International Journal of Concrete Structures and Materials
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제10권3호
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pp.271-295
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2016
In this study, an extensive literature review has been conducted on the material characterization of UHPC and its potential for large-scale field applicability. The successful production of ultra-high performance concrete (UHPC) depends on its material ingredients and mixture proportioning, which leads to denser and relatively more homogenous particle packing. A database was compiled from various research and field studies around the world on the mechanical and durability performance of UHPC. It is shown that UHPC provides a viable and long-term solution for improved sustainable construction owing to its ultrahigh strength properties, improved fatigue behavior and very low porosity, leading to excellent resistance against aggressive environments. The literature review revealed that the curing regimes and fiber dosage are the main factors that control the mechanical and durability properties of UHPC. Currently, the applications of UHPC in construction are very limited due to its higher initial cost, lack of contractor experience and the absence of widely accepted design provisions. However, sustained research progress in producing UHPC using locally available materials under normal curing conditions should reduce its material cost. Current challenges regarding the implementation of UHPC in full-scale structures are highlighted. This study strives to assist engineers, consultants, contractors and other construction industry stakeholders to better understand the unique characteristics and capabilities of UHPC, which should demystify this resilient and sustainable construction material.
Coupled thermo-hydraulic-mechanical (THM) processes are essential for the long-term performance of deep geological disposal of high-level radioactive waste. In this study, a numerical sensitivity analysis was performed to analyze the effect of rock properties on THM responses after the execution of the heater test at the Kamaishi mine in Japan. The TOUGH-FLAC simulator was applied for the numerical simulation assuming a continuum model for coupled THM analysis. The rock properties included in the sensitivity study were the Young's modulus, permeability, thermal conductivity, and thermal expansion coefficients of crystalline rock, rock salt, and clay. The responses, i.e., temperature, water content, displacement, and stress, were measured at monitoring points in the buffer and near-field rock mass during the simulations. The thermal conductivity had an overarching impact on THM responses. The influence of Young's modulus was evident in the mechanical behavior, whereas that of permeability was noticed through the change in the temperature and water content. The difference in the THM responses of the three rock type models implies the importance of the appropriate characterization of rock mass properties with regard to the performance assessment of the deep geological disposal of high-level radioactive waste.
Recently, underground pipes are utilized in various fields of applications such as sewer lines, drain lines, water mains, gas lines, telephone and electrical conduits, culverts, oil lines, etc. Most of pipes are installed for long-term purposes and they should be safely installed in consideration of installation conditions because there are unexpected various terrestrial loading conditions. In this paper, we present the result of investigation pertaining to the structural behavior of glass fiber reinforced thermosetting polymer plastic (GFRP) flexible pipes buried underground. The mechanical properties of the GFRP flexible pipes produced in the domestic manufacturer are determined and the results are reported in this paper. In addition, ring deflection is measured by the field tests and the finite element analysis (FEA) is also conducted to simulate the structural behavior of GFRP pipes buried underground. From the field test results, we predicted long-term, up to 50 years, ring deflection of GFRP pipes buried underground based on the method suggested by the existing literature. It was found that the GFRP flexible pipe to be used for cooling water intake system in the nuclear power plant is appropriate because 5% ring deflection limitation for 50 years could be satisfied.
For surface hardening of a continuous casting mold component, a fundamental metallurgical investigation on dissimilar laser clads (Cu-NiCrBSi) is performed. In particular, variation behavior of microstructures and mechanical properties (hardness and wear resistance) of dissimilar clads during long-term service is clarified by performing high-temperature post-clad heat treatment (temperature range: 500 ~ 1,000 ℃ and isothermal holding time: 20 ~ 500 min). The microstructures of clad metals (as-clads) consist of fine dendrite morphologies and severe microsegregations of the alloying elements (Cr and Si); substrate material (Cu) is clearly confirmed. During the post-clad heat treatment, the microsegregations are totally homogenized, and secondary phases (Cr-based borides and carbides) precipitated during the short-term heat treatment are also almost dissolved, especially at the heat treatment conditions of 950 ℃ for 500 min. Owing to these microstructural homogenization behaviors, an opposite tendency of the surface mechanical properties can be confirmed. In other words, the wear resistance (wear rate) improves from 4.1 × 10-2 ㎣/Nm (as-clad condition) to 1.4 × 10-2 ㎣/Nm (heat-treated at 950 ℃ for 500 min), whereas the hardness decreases from 453 HV (as-clad condition) to 142 HV (heat-treated at 950 ℃ for 500 min).
The corrosion of steel reinforcing bar(re-bar) has been the major cause of the reinforced concrete deterioration. FRP(Fiber-reinforced polymer) reinforcing bar has emerged as one of the most promising and affordable solutions to the corrosion problems of steel reinforcement in structural concrete. In this study, long-term durability performance of FRP re-bar were evaluated. The mechanical and durability properties of two type of CFRP- and GFRP re-bar were investigated; the FRP re-bars were subjected to alkaline solution, acid solution, salt solution and deionized water. The mechanical and durability properties were investigated by performing tensile and short beam tests. Experimental results confirmed the desirable resistance of FRP re-bar to aggressive chemical environment.
The effect of organoclays on the mechanical properties of cured phenol formaldehyde resin and oriented strand lumber made from Mountain Pine Beetle killed pine strands was analyzed. Three organoclays were used: a natural montmorillonite, hydrophobic organically modified 10 A, and hydrophilic organically modified 30 B. The oriented strand lumber samples were less creep deformation as well as improved internal bonding strength by adding organoclays in the order of 10 A 2% > MMT 2% > 30 B 2% > control. Furthermore, time-temperature superposition (TTS) analysis was proved to be able to predict the long-term creep behavior of MPB-OSL samples.
Ta and Hf added Ti-l5Sn-4Nb alloys without V and Al elements for biomaterial were melted by arc furnace in response to recent concerns about the long term safety of Ti-6Al-4V alloy. All specimens were homogenized at $1000^{\circ}C$ and solution treatment was performed at $812^{\circ}C$ and aging treatment at $500^{\circ}C$. The microstructure and mechanical properties were analysed by optical micrograph, hardness tester and instron. Ti-l5Sn-4Nb system alloys showed widmanstatten microstructure which is typical microstructure in $\alpha$+$\beta$ type Ti alloys. The Ti-l5Sn-4Nb-2Hf and Ti-l5Sn-4Nb-2Ta alloys showed better hardness and tensile strength compared with Ti-6Al-4V. The result of XPS analysis, Ti-l5Sn-4Nb alloy in air atmosphere consisted of $TiO_2$, SnO and NbO.
보통 지중에 매설되는 관은 강성관과 연성관으로 구분된다. 연성관 중 유리섬유강화플라스틱(Glass fiber reinforced thermosetting polymer plastic, GFRP)으로 이루어진 GFRP 관은 지중에 매설시 지반과 관의 상호관계를 고려하여 설계되어야 한다. 본 연구에서는 지중에 매설되는 GFRP 관의 장단기의 구조적 거동을 조사하고자 한다. 먼저, 국내에서 생산되는 GFRP 관의 역학적 성질조사를 하고, 현장매설실험과 유한요소해석을 수행하여 장기거동 예측에 대한 기초자료로 활용하였다. GFRP 관의 장기거동을 예측하기 위해 약 5,232시간 동안의 수직 관변형을 조사하였으며, 이를 바탕으로 최대 50년 동안의 관변형에 대하여 Monod-type 방법으로 예측하였다.
An investigation has been performed to develop an analysis tool based on a nonlinear beam theory, which can be used to predict the long-term behavior of an artificial hip joint. The nonlinear behav ior of the femur arise from the coupled dependence of the bone density and the mechanical properties on each other. The beam theory together with its numerical algorithm is developed to take into account the nonlinear bone remodeling process of the femur that is long enough to be assumed as a beam. A piecewise linear curve for the bone remodeling rate is used in the bone remodeling theory and the surface area density of bone is modeled as the third order polynomial function of bone density. At each section of the beam, a constant curvature is assumed and the longitudinal strains are also assumed to vary linearly across the section. The Newton-Rhapson iteration method is used to solve the nonlinear equations for each cross section of the bone and a backward method is used to march along the time. The density and the remodeling signal ar, calculated along with time for the various time steps, and the developed beam theory has been verified by comparing with the results of finite element analysis of a remodeling bone with an artificial hip joint of titanium prosthesis subjected to uni-axial loads and pure bending moment. It is concluded that the developed beam theory can be used to predict the long-term behavior of the femur and thus to design the artificial hip prosthesis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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