Reducing the self-weight of reinforced concrete structures problem is discussed in this paper by using two types of self-weight reduction, the first is by using lightweight coarse aggregate (crushed brick) and the second is by using styropor block. Experimental and Numerical studies are conducted on (LWAC) lightweight aggregate reinforced concrete slabs, having styropor blocks with various sizes of blocks and the ratio of shear span to the effective depth (a/d). The experimental part included testing eleven lightweight concrete one-way simply supported slabs, comprising three as reference slabs (solid slabs) and eight as styropor block slabs (SBS) with a total reduction in cross-sectional area of (43.3% and 49.7%) were considered. The holes were formed by placing styropor at the ineffective concrete zones in resisting the tensile stresses. The length, width, and thickness of specimen dimensions were 1.1 m, 0.6 m, and 0.12 m respectively, except one specimen had a depth of 85 mm (which has a cross-sectional area equal to styropor block slab with a weight reduction of 49.7%). Two shear spans to effective depth ratios (a/d) of (3.125) for load case (A) and (a/d) of (2) for load case (B), (two-line monotonic loads) are considered. The test results showed under loading cases A and B (using minimum shear reinforcement and the reduction in cross-sectional area of styropor block slab by 29.1%) caused an increase in strength capacity by 60.4% and 54.6 % compared to the lightweight reference slab. Also, the best percentage of reduction in cross-sectional area is found to be 49.7%. Numerically, the computer program named (ANSYS) was used to study the behavior of these reinforced concrete slabs by using the finite element method. The results show acceptable agreement with the experimental test results. The average difference between experimental and numerical results is found to be (11.06%) in ultimate strength and (5.33%) in ultimate deflection.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.12
no.2
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pp.111-120
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2024
This paper presents a study aimed at developing repair materials for emergency slope stabilization after disasters such as floods. The research assessed how different mix ratios of fly ash and reinforcement with basalt fibers affect the basic quality properties of mortars. Optimal amounts of fly ash were selected based on these properties, and appropriate amounts of chemical admixtures and thickeners were determined to enhance the quality attributed to the basalt fiber mixture. Notably, high-volume fly ash reduced the need for high-performance water reducers and improved workability, known benefits that also helped mitigate fiber ball issues in conjunction with the effects of thickeners. The experimental results indicated that the developed repair materials could potentially be used for emergency repairs, with a focus on initial age strength. This research aims to provide foundational data for repair materials used in future emergency slope stabilizations.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.11
no.1
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pp.121-129
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2007
The aim of this study is to investigate punching shear strength of exterior connections in the flat plate structure with rectangular column. To inspect the effect of column aspect ratios on the punching shear behavior, eight specimens for exterior connection were made and tested. In this experimental program the length of critical perimeter was kept constant, while column aspect ratio varied from 2.0 to 4.5. Two levels of concrete strength and slab reinforcement ratio were also considered. As the column aspect ratio increased, the punching shear strengths are decreased. The decrement of punching shear strength was small in specimens with high aspect ratio of column.
Park, Jong-Wook;Yun, Seok-Gwang;Kim, Byoung-Il;Lee, Jung-Yoon
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.24
no.4
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pp.399-406
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2012
Beam-column joints are generally recognized as the critical regions in the moment resisting reinforced concrete (RC) frames subjected to both lateral and vertical loads. As a result of severe lateral load such as seismic loading, the joint region is subjected to horizontal and vertical shear forces whose magnitudes are many times higher than in column and adjacent beam. Consequently, much larger bond and shear stresses are required to sustain these magnified forces. The critical deterioration of potential shear strength in the joint area should not occur until ductile capacity of adjacent beams reach the design demand. In this study, a method was provided to predict the deformability of reinforced concrete beam-column joints failing in shear after the plastic hinges developed at both ends of the adjacent beams. In order to verify the deformability estimated by the proposed method, an experimental study consisting of three joint specimens with varying tensile reinforcement ratios was carried out. The result between the observed and predicted behavior of the joints showed reasonably good agreement.
Shrinkage strains of concrete slab in multi-story building are restrained by structural members such as columns or walls, then can induce cracks due to excessive shrinkage stress over tensile strength of member. In this study, a shrinkage stress analysis method of concrete slab in multi-story building considering not only material properties such as shrinkage, creep and reinforcement effect but also construction sequence is proposed. Tensile stresses of slab due to shrinkage are calculated by converting shrinkage strains into equivalent temperature gradients, creep that can release shrinkage stress can be considered by replacing the modulus of elasticity of concrete, Ec , to the effective secant modulus of elasticity of concrete, E$\_$eff/ Reinforcements are also considered by modeling them as equivalent beam elements in FEM program. Results of step by step analysis reflecting construction sequence summed up to calculate stresses of the whole building considering that shrinkage stresses of the building come from the difference of shrinkage between i-th floor and (i-1)-th floor, named as effecitive shrinkage, and it can be varied by construction sequence. The results of 10-story example building show that shrinkage stresses of lower floors are greater than those of upper floors, that is, stresses of lower floors(1∼2FI.) exceed modulus of rupture of concrete, but stress ratios of higher floors are in the range of 27.9∼92.8%.
Kim, Kyeong-Hwan;Yeo, DongHun;Lee, Sang-Ho;Yoon, Young-Cheol
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.30
no.3
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pp.265-274
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2017
This study presents a sustainable design method to optimize the embodied energy and $CO_2$ emission complying with the design code for reinforced concrete column. The sustainable design method effectively achieves the minimization of the environmental load and energy consumption whereas the conventional design method has been mostly focused on the cost saving. Failure of reinforced concrete column exhibits compressive or tensile failure mode against an external force such as flexure and compression; thus, optimization analyses are conducted for both failure modes. For the given sections and reinforcement ratios, the optimized sections are determined by optimizing cost, embodied energy, and $CO_2$ emission and various aspects of the sections are thoroughly investigated. The optimization analysis results show that 25% embodied energy and 55% $CO_2$ emission can be approximately reduced by 10% increase in cost. In particular, the embodied energy and $CO_2$ emission were more effectively reduced in the tensile failure mode rather than in the compressive failure mode. Consequently, it was proved that the sustainable design method effectively implements the concept of sustainable development in the design of reinforced concrete structure by optimizing embodied energy consumption and $CO_2$ emission.
Shin, Jae-Lin;Kim, Woo-Suk;Baek, Seung-Min;Kang, Thomas H.-K.;Kwak, Yoon-Keun
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.27
no.3
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pp.215-227
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2015
In this study, twenty four steel-fiber reinforced concrete (SFRC) beams using recycled coarse aggregates (RCA) were manufactured to examine the shear behavior of SFRC and to determine the beams' ultimate shear strengths. The RCA replacement ratio was fixed at 30%. The variables studied in this investigation are: (1) shear span-to-depth ratios (a/d) of 2, 3 and 4; (2) longitudinal reinforcement ratio (${\rho}$) of 0.008 and 0.0127; and (3) steel fiber volume fractions ($V_f$) of 0, 0.5, 0.75 and 1%. Test results were analyzed and then compared with the findings and proposals of various other researchers. Based on the test results, the more steel fiber volume fraction is increased, the large crack resistance and shear strength are exhibited. Most of the experimental data is higher than the theoretical value. Therefore, steel-fiber reinforced concrete beams using recycled coarse aggregates are suggested to be applied for building structures.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.21
no.6
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pp.106-112
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2017
This paper presents a mathematical model derived from the upper-bound theorem of concrete plasticity to rationally evaluate the shear friction strength of concrete interfaces with a construction joint. The upper limit of the shear friction strength was formulated from the limit state of concrete crushing failure on the strut-and-tie action along the construction joints to avoid overestimating the shear transfer capacity of a transverse reinforcement with a high clamping force. The present model approach proposed that the cohesion and coefficient of friction of concrete can be set to be $0.27(f_{ck})^{0.65}$ and 0.95, respectively, for rough construction joints and $0.11(f_{ck})^{0.65}$ and 0.64, respectively, for smooth ones, where $f_{ck}$ is the compressive strength of concrete. From the comparisons with 155 data compiled from the available literature, the proposed model gave lower values of standard deviation and coefficient of variation of the ratios between predictions and experiments than AASHTO and fib 2010 equations, indicating that the proposed model has consistent trends with test results, unlike the significant underestimation results of such code equations in evaluating the shear friction strength.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.34
no.6
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pp.1677-1685
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2014
Short discrete fibers compounded with concrete can enhance the tensile resistance and ductility of concrete. Recently, the effectiveness of the reinforcement has increased according to the increasing length of steel fiber. However, the lengthening of steel fiber requires reducing the ratio of the fiber content to remain the workability and quality of concrete. Thus, the present study evaluated the flexural performance of fiber reinforced concrete with less than l.0% fiber volume ratios of steel fiber, 30mm and 60mm long, and polypropylene fiber, being evaluated as a good reinforcing material with chemical stability, long-term durability, and cost effectiveness. Concrete with more than 0.25% steel and 0.5% polypropylene fibers improved the brittle failure of concrete after reaching cracking strength. Concrete reinforced with polypropylene exhibited deflection-softening behavior, but that with more than 0.5% polypropylene delayed stress reduction and recovered flexural strength by 60 to 80% after cracking strength. In conclusion, concrete reinforced with more than 0.75% polypropylene could improve structural flexural performance. In particular, energy absorption capacity of reinforced concrete with 1.0% polypropylene fiber was similar to that with 0.5% and 0.7% steel fibers.
You, Young-Jun;Park, Young-Hwan;Kim, Hyung-Yeol;Choi, Jin-Won;Kim, Jang-Ho Jay
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.25
no.2
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pp.187-194
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2013
Fiber reinforced polymer (FRP) has been gathering interest from designers and engineers for its possible usage as a replacement reinforcement of a steel reinforcing bar due to its advantageous characteristics such as high tensile strength, non-corrosive material, etc. Since it is manufactured with various contents ratios, fiber types, and shapes without any general specification, test results for concrete members reinforced with these FRP reinforcing bars could not be systematically used. Moreover, since investigations for FRP reinforced members have mainly focused on short-term behavior, the purpose of this study is to evaluate long-term behaviors of glass FRP (GFRP) reinforcing bar and concrete beams reinforced with GFRP. In this paper, test results of tensile and bond performance of GFRP reinforcing bar and creep behavior are presented. In the creep tests, results showed that 100 years of service time can be secured when sustained load level is below 55% of tensile strength of GFRP reinforcing bar. A modification factor of 0.73 used to calculate long-term deflection of GFRP reinforced beams was acquired from the creep tests for GFRP reinforced concrete beams. It is expected that these test results would give more useful information for design of FRP reinforced members.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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