As concrete is most usable material in construction industry it's been required to improve its quality. Nowadays, nanotechnology offers the possibility of great advances in construction. For the first time, the nonlinear buckling of straight concrete columns armed with single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) resting on foundation is investigated in the present study. The column is modelled with Euler-Bernoulli and Timoshenko beam theories. The characteristics of the equivalent composite being determined using mixture rule. The foundation around the column is simulated with spring and shear layer. Employing nonlinear strains-displacements, energy methods and Hamilton's principal, the governing equations are derived. Differential quadrature method (DQM) is used in order to obtain the buckling load of structure. The influences of volume percent of SWCNTs, geometrical parameters, elastic foundation and boundary conditions on the buckling of column are investigated. Numerical results indicate that reinforcing the concrete column with SWCNTs, the structure becomes stiffer and the buckling load increases with respect to concrete column armed with steel.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2003.05a
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pp.865-871
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2003
This paper presents the test results of 24 beam-end specimens to investigate the effect of concrete strength and cover thickness on the development resistance capacity in tensile lap splice length regions. The results showed that as higher strength concrete was employed, nor only development resistance capacity was influenced by cover thickness, but also more sufficient safety factor reserved shorter than the lap splice length provision in current design code. From experimental research results, high-strength concrete development length was not inverse ratio of ($\sqrt{f_{ck}}$) but directly inverse of $f_{ck}$, and it is also said that there is a certain limit length of the embedded steel over which the assumption of uniform bond stress distribution is valid specially for high-strength concrete not having a same embed length such as normal-strength concrete in current design criteria hypothesis.
Flexural fracture characteristics of newly-developed Grid-type carbon fiber plastics in the deteriorated reinforced concrete structures were investigated by the four-points fracture test to verify the strengthening effects in the beam specimens. Results showed that initial cracks appeared in the boundary layers of fibers embedded in the newly-placed mortar concrete slowly progressed to the direction of supports and showed fracture of fiber plastics and brittle failure of concrete in compression in sequence after the yielding of steel reinforcement. Accordingly the reasonable area of Grid-type carbon-fiber plastics in the strengthening design of deteriorated RC structures should be limited and given based on the ultimate strength design method to avoid the brittle failure of concrete structures.
Seok Yong Lim;Kwang Soo Youm;Kwang Yeom Kim;Yong-Hoon Byun;Young K. Ju;Tae Sup Yun
Computers and Concrete
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v.31
no.5
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pp.433-442
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2023
This study presents the visually observed behavior of fibers embedded in concrete samples that were subjected to a flexural bending test. Three types of fibers such as macro polypropylene, macro polyethylene, and the hybrid of steel and polyvinyl alcohol were mixed with cement by a designated mix ratio to prepare a total of nine specimens of each. The bending test was conducted by following ASTM C1609 with a net deflection of 2, 4, and 7 mm. The X-ray computed tomography (XCT) was carried out for 7 mm-deflection specimens. The original XCT images were post-processed to denoise the beam-hardening effect. Then, fiber, crack, and void were semi-manually segmented. The hybrid specimen showed the highest toughness compared to the other two types. Debonding based on 2D XCT sliced images was commonly observed for all three groups. The cement matrix near the crack surface often involved partially localized breakage in conjunction with debonding. The pullout was predominant for steel fibers that were partially slipped toward the crack. Crack bridging and rupture were not found presumably due to the image resolution and the level of energy dissipation for poly-fibers, while the XCT imaging was advantageous in evaluating the distribution and behavior of various fibers upon bending for fiber-reinforced concrete beam elements.
Ha, Tae-Wook;Kim, Dae-Young;Shin, Young-Wan;Yang, Hyung-Sik
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.10
no.3
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pp.269-282
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2008
In general, the effects of steel ribs are not considered in the numerical analysis of tunnel design. However, attempts have been increased recently to consider these effects in the analysis of shallow tunnels in soft ground, based on the fact that the steel ribs embedded in the shotcrete take a role to support some portion of the redistributed load due to excavation. In such analyses, the steel ribs can be considered in four different methods: (1) a conventional method where the steel ribs are not considered, (2) a method using the equivalent composite cross section in which the bending moment of shotcrete is not considered, (3) a method using the equivalent composite cross section in which both the compressive stress and the bending moment for the shotcrete and steel rib are considered, and (4) a method using beam elements for the shotcrete and the steel rib, respectively. These methods are adopted in the numerical analysis using FLAC 2D to investigate stresses of both the shotcrete and the steel rib. The overall results show that the analyses are more practical and economical when the effects of steel rib are considered fer the methods (2), (3), and (4). Since the results of those analyses considering steel rib capacity may be different according to the ground condition, it will be necessary to consider the appropriate method among them in accordance with design conditions.
Non-linear finite element analysis for newly developed precast concrete details for beam-to-column connection which can be used in moderate seismic region was carried out in this study. Developed precast system is based on composite structure and which have steel tube in column and steel plate in beam. Improving cracking strength of joint under reversed cyclic loading, joint area was casted with ECC (Engineering Cementitious Composites). Since this newly developed precast system have complex sectional properties and newly developed material, new analysis method should be developed. Using embedded elements and models of non-linear finite element analysis program ABAQUS previously tested specimens were successfully analyzed. Analysis results show comparatively accurate and conservative prediction. Using finite element model, effect of axial load magnitude and flexural strength ratio were investigated. Developed connection have optimized performance under axial load of 10~20% of compressive strength of column. Plastic hinge was successfully developed with flexural strength ratio greater than 1.2.
Fiber-reinforced concrete (FRC) is a composite material where small fibers made from steel or polypropylene or similar material are embedded into concrete matrix. In a material model each constituent should be adequately described, especially the interface between the matrix and fibers that is determined with the 'bond-slip' law. 'Bond-slip' law describes relation between the force in a fiber and its displacement. Bond-slip relation is usually obtained from tension laboratory experiments where a fiber is pulled out from a matrix (concrete) block. However, theoretically bond-slip relation could be determined from bending experiments since in bending the fibers in FRC get pulled-out from the concrete matrix. We have performed specially designed laboratory experiments of three-point beam bending with an intention of using experimental data for determination of material parameters. In addition, we have formulated simple layered model for description of the behavior of beams in the three-point bending test. It is not possible to use this 'forward' beam model for extraction of material parameters so an inverse model has been devised. This model is a basis for formulation of an inverse model that could be used for parameter extraction from laboratory tests. The key assumption in the developed inverse solution procedure is that some values in the formulation are known and comprised in the experimental data. The procedure includes measured data and its derivative, the formulation is nonlinear and solution is obtained from an iterative procedure. The proposed method is numerically validated in the example at the end of the paper and it is demonstrated that material parameters could be successfully recovered from measured data.
Garg, A.;Mukhopadhyay, T.;Chalak, H.D.;Belarbi, M.O.;Li, L.;Sahoo, R.
Steel and Composite Structures
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v.44
no.5
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pp.707-720
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2022
In the present work, bending and free vibration analyses of multilayered functionally graded (FG) graphene platelet (GPL) and fiber-reinforced hybrid composite beams are carried out using the parabolic function based shear deformation theory. Parabolic variation of transverse shear stress across the thickness of beam and transverse shear stress-free conditions at top and bottom surfaces of the beam are considered, and the proposed formulation incorporates a transverse displacement field. The present theory works only with four unknowns and is computationally efficient. Hamilton's principle has been employed for deriving the governing equations. Analytical solutions are obtained for both the bending and free vibration problems in the present work considering different variations of GPLs and fibers distribution, namely, FG-X, FG-U, FG-Λ, and FG-O for beams having simply-supported boundary condition. First, the matrix is assumed to be strengthened using GPLs, and then the fibers are embedded. Multiscale modeling for material properties of functionally graded graphene platelet/fiber hybrid composites (FG-GPL/FHRC) is performed using Halpin-Tsai micromechanical model. The study reveals that the distributions of GPLs and fibers have significant impacts on the stresses, deflections, and natural frequencies of the beam. The number of layers and shape factors widely affect the behavior of FG-GPL-FHRC beams. The multilayered FG-GPL-FHRC beams turn out to be a good approximation to the FG beams without exhibiting the stress-channeling effects.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.16
no.2
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pp.10-18
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2012
Most of studies on existing strengthening methods were mainly on increase of stiffness and strength of shear strengthening to rectangular beam. As concrete of beam and slab is poured simultaneously on the characteristics of construction in reinforced concrete beam-slab structure, adjacent slab uniformed after hardening has T-shaped beam cross section which makes the flange of beam, enhances the stiffness of the beam and widens the area supporting compressive strength, but available data of flexural behavior of T-shaped beam are lacking. In this research the T-shaped beams would be made, then the reinforced effects and structural properties can be estimated according to the kinds of reinforced materials and reinforced position. The conclusions are shown as below. To sum up the experimental results, The specimen which was reinforce by CB embedded inside of concrete indicated excellent resistive behavior, internal force and stiffness when it was destroyed. The steel plate reinforced specimen of stiffness and internal force were increase but it expressed lower reinforce effects because of lowering anchored force between concrete. Fiber sheet strengthening showed superior effects but the interfacial delamination was found due to the lack of anchored force in destruction. So the measure is needed now.
Choi, Young Hwan;Kim, Kang Su;Choi, Sung Mo;Lee, Sangsup
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.19
no.6
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pp.575-585
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2007
In this study, a new design equation was presented for square CFTs with high-strength concrete subjected to axial compression and bending. In a previous study, a design equation for square CFTs with normal strength concrete was proposed. A parametric study by fiber analysis was performed taking the width-to-thickness ratio (b/t) and the relative concrete strength to the yield strength of the steel tube (fck/Fy) as the main parameters of this study to determine the maximum moment and the axial load at the maximum moment. A new constitutive model for concrete was adopted for fiber analysis in order to take into account the effect of high-strength concrete. The results of the parametric study were embedded into the method which was presented in the previous study to formulate a new design equation that can be easily used for estimating the strength of square CFTs with high-strength concrete.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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