This paper presents the results of axial compression testing and numerical modeling on reinforced concrete columns (RCC) with normal concrete (NC) and high-strength concrete (HSC), RCC confined by glass-fiber reinforced plastic pipes (GRP) casing as well as carbon fiber reinforced polymer (CFRP), The major parameters evaluated in the experiments were the effects of concrete type, GRP casing and CFRP wrapping, as well as the number of CFRP layers. 12 cylindrical RCC ($150{\times}600mm$) were prepared and divided into two groups, NC and HSC. Each group was divided into two parts; with and without GRP casing. In each part, one column was without CFRP strengthening layer, a column was wrapped with one CFRP layer and another column with two CFRP layers. All columns were tested under concentrated compression load. Numerical modeling was performed using ABAQUS software and the results of which were compared with experimental findings. A good agreement was found between the results. Results indicated that the utilization of CFRP wrapping and GRP casing improved compression capacity and ductility of RCC. The addition of one and two layer-FRP wrapping increased capacity in the NC group to an average of 18.5% and 26.5% and in the HSC group to an average of 10.2% and 24.8%. Meanwhile, the utilization of GRP casing increased the capacity of the columns by 3 times in the NC group and 2.38 times in the HSC group. The results indicated that although both CFRP wrapping and GRP casing increased confinement, the GRP casing gave more increase capacity and ductility of the RCC due to higher confinement. Furthermore, the confinement effect was higher on NC group.
Mohammed, Thaer Jasim;Bakar, B.H. Abu;Bunnori, N. Muhamad;Ibraheem, Omer Farouk
Computers and Concrete
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v.16
no.1
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pp.1-16
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2015
The proposed techniques to strengthen concrete members such as steel plates, polymers or concrete have important deficiencies in adherence and durability. The use of UHPFC plates can overtake effectively these problems. In this paper, the possibility of using UHPFC to strengthen RC beams under torsion is investigated. Four specimens of concrete beams reinforced with longitudinal bars only were tested under pure torsion. One of the beams was considered as the baseline specimen, while the others were strengthened by ultra-high-performance fiber concrete (UHPFC) on two, three, and four sides. Finite element analysis was conducted in tandem with experimental work. Results showed that UHPFC enhances the strength, ductility, and toughness of concrete beams under torsional load, and that finite element analysis is in good agreement with the experimental data.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.5A
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pp.317-325
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2012
In this study, to evaluate the shrinkage behavior of ultra high performance fiber reinforced concrete (UHPFRC) under restrained condition, restrained shrinkage test was performed according to ring-test mostly used at home and abroad. Ring-test was performed with the various thicknesses and radii of inner steel ring to give different degree of restraint. Free shrinkage and tensile tests were carried out simultaneously to estimate the degree of restraint, stress relaxation, and shrinkage cracking potential. Test results indicated that the average steel strain and residual tensile stress were reduced as the thicker inner steel ring was used, whereas degree of restraint was increased. The steel strain, residual tensile stress and degree of restraint were hardly affected by the size of radius of inner ring. In the case of all ring specimens, shrinkage crack did not occur because the residual tensile stress was lower than the tensile strength. About 39~65% of the elastic shrinkage stress was relaxed by the sustained interface pressure, and the maximum relaxed stress was increased as the thicker inner ring was applied. Finally, the degree of restraint with age was predicted by performing non-linear regression analysis, and it was in good agreement with the test results.
This paper investigates the effects of fiber volume fraction and panel thickness on face damage characteristics of steel fiber-reinforced concrete (SFRC) under high-velocity globular projectile impact. The target specimens were prepared with $200{\times}200mm$ prismatic panels with thickness of 30 or 50 mm. All panels were subjected to the impact of a steel projectile with a diameter of 20 mm and velocity of 350 m/s. Specifically, this paper explores the correlation between mechanical properties and face damage characteristics of SFRC panels with different fiber volume fraction and panel thickness. The mechanical properties of SFRC considered in this study included compressive strength, modulus of rupture, and toughness. Test results indicated that the addition of steel fiber significantly improve the impact resistance of conventional concrete panel. The front face damage of SFRC panels decreased with increasing the compressive toughness and rear face damage decreased as the modulus of rupture and flexural toughness increased. To evaluate the damage response of SFRC panels under high-velocity impact, finite element analysis conducted using ABAQUS/Explicit commercial program. The predicted face damage of SFRC panels based on simulation shows well agreement with the experimental result in similar failure mode.
This research investigated the influence of the number of twist on single fiber pullout behavior of Twisted steel (T-) fiber and tensile behavior of high performance cementitious composites reinforced with the (T-) fibers (HPFRCC). Micromechanical pullout model for T- fibers has been applied to analytically investigate the influence of various fiber parameters including the number of twist on single fiber pullout behavior; and, to optimize the number of twist to generate larger pullout energy during fiber pullout without fiber breakage. In addition, an experimental program including single fiber pullout and tensile tests has been performed to investigate the influence of twist ratio experimentally. Two types of T- fiber with different twisted ratios, T(L)- fiber (6ribs/30 mm) and T(H)- fiber (18ribs/30 mm), were tested. T(L)- fiber produced higher equivalent bond strength (larger pullout energy) although T(H)- fiber produced higher pullout stress during pullout since T(H)- fiber showed fiber breakage during pullout. Tensile test results confirmed that T(L)- fiber in high strength mortar generates better tensile performance of HPFRCC, e.g., load carrying capacity, strain capacity and multiple micro-cracking behavior.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.11a
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pp.53-56
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2005
This paper investigates the effect of ductile deformation behavior of high performance hybrid fiber-reinforced cement composites (HPHFRCCs) on the shear behavior of coupling beams to lateral load reversals. The matrix ductility and the reinforcement layout were the main variables of the tests. Three short coupling beams with two different reinforcement arrangements and matrixes were tested. They were subjected to cyclic loading by a suitable experimental setup. All specimens were characterized by a shear span-depth ratio of 1.0. The reinforcement layouts consisted of a classical scheme and diagonal scheme without confining ties. The effects of matrix ductility on deflections, strains, crack widths, crack patterns, failure modes, and ultimate shear load of coupling beams have been examined. The combination of a ductile cementitious matrix and steel reinforcement is found to result in improved energy dissipation capacity, simplification of reinforcement details, and damage-tolerant inelastic deformation behavior. Test results showed that the HPFRCC coupling beams behaved better than normal reinforced concrete control beams. These results were produced by HPHFRCC's tensile deformation capacity, damage tolerance and tensile strength.
Park, Jung-Jun;Go, Gyung-Taek;Kang, Su-Tae;Ryu, Gum-Sung;Kim, Sung-Wook
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.05b
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pp.473-476
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2005
Silica fume has merits of filling the voids, enhancement of reheological chracteristics, prduction of secondary hydrates by pozzolanic reaction in reactive powder concretes. However silica fume has been imported in high-cost in domestic industry, we need to investigate replaceable material in stead of silica fume in a view of economy Therefore, in this paper, in order to investigation replacement of silica fume in ultra-high strength SFRCC we used another mineral admixtures like that fly-ash, blast slag.
The flexural behavior test of UHPC segmental box girder which has 160 MPa compressive strength and 15.4 m length was carried out. The effect of steel fibers in combination with reinforcing bars on improving the ductile performance of UHPC box girder was evaluated by comparing the flexural behavior of the UHPC segmental box girders made by the two kinds of mixing portion. The test variables are volume fraction of steel fibers and the arrangement of reinforcing bars. The behavior of UHPC box girder BF2 composed of 1% volume fraction of steel fibers and longitudinal reinforcing bars in web and upper flange with stirrup showed the similar ductile behavior with the girder BF1 composed of 2% volume fraction without stirrup in elastic stress region. But BF1 had the better stiffness and showed the more ductile behavior in inelastic stress region. Segmental interfaces of UHPC box girder have not any crack and slide until the final flexural collapse load.
Jinkun Sun;Rita Yi Man Li;Lindong Li;Chenxi Deng;Shuangshi Ma;Liyun Zeng
Advances in concrete construction
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v.15
no.5
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pp.333-348
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2023
Fast infrastructure development boosts the demand for shotcrete. Despite sand and stone being the most common coarse and fine aggregates for shotcrete, excessive exploration of these materials challenges the ecological environment. This study utilized an industrial solid waste, high-titanium heavy slag, blended with steel fibers to form Wet Shotcrete of Steel Fiber-reinforced High-Titanium Heavy Slag (WSSFHTHS). It investigated its workability, shotcrete performance and mechanical properties under different water-to-cement ratios, fly ash content, superplasticizer dosage, and steel fiber content. The tunnel excavation and support were investigated by conducting finite element numerical simulation analysis and was used in 3 tunnel lining pipes in Zhonggouwan tailing pond. The major findings are as follows: (1) The water-to-cement ratio (w/c ratio) significantly impacted the compressive strength of WSSFHTHS. The highest 28-day compressive strength of 60 MPa was achieved when the w/c ratio was 0.38; (2) Adding fly ash improved the workability and shotcrete performance and strength development of WSSFHTHS. The best anti-permeability performance was achieved when the fly ash constituted 15%, with the lowest permeability coefficient of 4.596 × 10-11 cm/s; (3) The optimum superplasticizer dosage for WSSFHTHS is 0.8%. It provided the best workability and shotcrete performance. Excessive dosage resulted in water bleeding and poor aggregate encapsulation, while insufficient dosage decreased flowability and adversely affected shotcrete performance; (4) The dosage of steel fibers significantly impacted the flexural and tensile strength of WSSFHTHS. When the steel fiber dosage was 45 kg/m3, the 28-day flexural and tensile strengths were 8.95 MPa and 6.15 MPa, respectively; (5) By integrating existing shotcrete techniques, the optimal lining thickness was 80 mm for WSSFHTHS per simulation. The results revealed that after using WSSFHTHS, the displacement of the tunnel surrounding the rock significantly improved, with no cracks or hollows, similar to the simulation results.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.18
no.1E
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pp.29-34
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2006
Elastic modulus, tensile and bond capacities are important factors for developing an effective reinforcing action of a flexural member as a reinforcing material for concrete structures. Reinforcement must have enough bond capacity to prevent the relative slip between concrete and reinforcement. This paper presents an experimental study to clarify the bond capacity of prestressed carbon fiber reinforced polymer(CFRP) rod manufactured by an automatic assembly robot. The bond characteristics of CFRP rods with different pitch of helical wrapping were analyzed experimentally. As the result, all types of CFRP rods show a high initial stiffness and good ductility. The mechanical properties of helical wrapping of the CFRP rods have an important effect on the bond of these rods to concrete after the bond stress reached the yield point. The stress-slip relationship analyzed from the pull-out test of embedded cables within concrete was linear up to maximum bond capacity. The deformation within the range of maximum force seems very low and was reached after approximately 1 mm. The average bond capacity of CF20, CF30 and CF40 was about 12.06 MPa, 12.68 MPa and 12.30 MPa, respectively. It was found that helical wrapping was sufficient to yield bond strengths comparable to that of steel bars.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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