Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.11
no.1
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pp.35-40
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2008
Various characters of the concrete are greatly improved as the effect of the steel fiber. As the improvement effect of the steel fiber, the increment in flexural strength, shear strength, toughness, and impact strength are remarkable, and tenacious concrete is obtained. This paper presents model which can predict mechanical behavior of the structure according to aspect ratio and volume fraction of steel fiber. Experiments on compressive strength, elastic modulus and tensile strength were performed with self-made cylindrical specimens of variable aspect ratios. This paper presents an analytical study on the behavior of a beam specimen with steel fiber reinforced concrete(SFRC). The effect of the SFRC on the crack pattern, failure mode and the flexural behavior of the structure were investigated. The analysis model based on the nonlinear layered finite element method was successfully able to find the necessary amount of steel fibers, tensile steels and beam section which can best approximate flexural strength and ductility of a given conventionally reinforced concrete beam.
Chloride ingress implies a complex interaction between physical and chemical process, in which heat, moisture and chloride ions transport through concrete cover. Meanwhile, reinforced concrete structure itself undergoes evolution due to variation in temperature, relative humidity and creep effects, which can potentially change the deformation and trigger some micro-cracks in concrete. In addition, all of these process show time-dependent performance with complex interaction between structures and environments. In the present work, a time-dependent behavior of chloride transport in reinforced concrete beam subjected to flexural load is proposed based on the well-known section fiber model. The strain state varies because of stress redistribution caused by the interaction between environment and structure, mainly dominated by thermal stresses and shrinkage stress and creep. Finally, in order to clear the influence of strain state on the chloride diffusivity, experiment test were carried out and a power function used to describe this influence is proposed.
Life-cycle performance analysis of a reinforced concrete box section bridge was generated. Moreover, Monte Carlo simulation with important sampling (IS) was used to simulate the bridge material and load uncertainties. The bridge deterioration model was generated with the basic probabilistic principles and updated according to the measurement data. A genetic algorithm (GA) with the response surface model (RSM) was used to determine the deterioration rate. The importance of health monitoring systems to sustain the bridge to give services economically and reliably and the advantages of fiber-optic sensors for SHM applications were discussed in detail. This study showed that the most effective loss of strength in reinforced concrete box section bridges is corrosion of the reinforcements. Due to reinforcement corrosion, the use of the bridge, which was examined, could not meet the desired strength performance in 25 years, and the need for reinforcement. In addition, it has been determined that long-term health monitoring systems are an essential approach for bridges to provide safe and economical service. Moreover the use of fiber optic sensors has many advantages because of the ability of the sensors to be resistant to environmental conditions and to make sensitive measurements.
Impregnation of molten thermoplastic resin into continuous unidirectional fiber bundles was investigated. The degree of impregnation is defined as the ratio between the number of impregnated fibers and the total number of fibers of a bundle. The degree of impregnation was modeled as a function of time, impregnation pressure, temperature and tow size assuming the radial inward flow through the fiber bundle is governed by the Darcy's law. The permeability was assumed to be constant. Experiments were performed to evaluate the validity of the medel. Today's T300 graphite fiber bundles and Polyetheretherketone(PEEK) resin was used. A fiber bundle and resin powder were put into a mold and pressure and temperature were applied. After a predetermined time, the sample was taken out and microphotographs of the cross-section were taken. From the microphotographs, the number of impregnated fibers was counted and then the degree of impregnation was determined. Experiments were also performed for different tow sizes. Good agreements were found between the model and the experiments rendering a confidence in the model.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1993.04a
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pp.65-72
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1993
Steel fiber reinforced concrete(SFRC) which is made by short, randomly distributed steel fibers in concrete is superior in its tensile mechanical properties to plain concrete in enhancement of tensile strength and tensile ductility. These improvements are attributed to crack arresting mechanism and formation of longer crack paths due to fibers , which as a consequence lead to increase in energy absorption capacity of SFRC. In the post-peak region under tensile stresses, major macrocrack forms at critical section. The opening of this macrocrack is mainly resisted by both of the fiber pull-out bridging the cracked surfaces and the resistance by matrix softening. In this study, micromechaincal approach has been made in order to simulate tensile behavior of SFRC and based on which the theoretical model is presented. This model reflects the features of both the composite material concept and the spacing concept in predicting tensile strength of SFRC. The model also takes into account for the effects of matrix tensile softening and fiber bridging by pull-out on the resistance for the post-peak behavior of SFRC. It has been shown that the developed model satisfactory predicts the experimental results.
Computational Structural Engineering : An International Journal
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v.1
no.1
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pp.39-48
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2001
An analytical compressive stress-strain relationship model for circular and rectangular concrete specimens confined with laminated carbon fiber sheets (CFS) is studied. Tsai-Hill and Tsai-Wu failure criteria were used to implement orthotropic behavior of laminated composite materials. By using these criteria, an algorithm which analyzes the confinement effect of CFS on concrete was developed. The proposed analytical model was verified through the comparison with experimental data. Various parameters such as concrete strength, ply angle, laminate thickness, section shape, and ply stacking sequences were investigated. Numerical results by the proposed model effectively simulate the experimental compressive stress-strain behavior of CFS confined concrete specimens. Also, the pro-posed model estimates the compressive strength of the specimen to a high degree of accuracy.
Under longitudinal loading continuous fiber reinforced metal matrix composite(MMC) have interpreted an outstanding performance. However, the applicability of continuous fiber reinforced MMCs is somewhat limited due to their relatively poor transverse properties. Therefore, the transverse properties of MMCs are significantly influenced by the properties of the fiber/matrix interface. In this study, elastic-plastic behavior of transversely loaded unidirectional fiber reinforced metal matrix composites investigated by using elastic-plastic finite element analysis. Different fiber placement(square and hexagon) and fiber volume fractions were studied numerically. The interface was treated as three thin layer (with different properties) with a finite thickness between the fiber and the matrix. The analyses were based on a two-dimensional generalized plane strain model of a cross-section of an unidirectional composite by the ANSYS finite element analysis code.
A theoretical study was performed to investigate the behavioral chracteristics and shear strength of fiber reinforced concrete slender beams. In the fiber reinforced concrete beam, the shear force applied to a cross section of the beam was resisted by both compressive zone and tensile zone. The shear capacity of the compressive zone was defined addressing the interaction with the normal stresses developed by the flexural moment in the cross section. The shear capacity of the tensile zone was defined addressing the post-cracking tensile strength of fiber reinforced concrete. Since the magnitude and distribution of the normal stresses vary according to the flexural deformation of the beam, the shear capacity of the beam was defined as a function of the flexural deformation of the beam. The shear strength of the beam and the location of the critical section were determined at the intersection between the shear capacity and shear demand curves. The proposed method was developed as a unified shear design method which is applicable to conventional reinforced concrete as well as fiber reinforced concrete.
Recently, carbon fiber-reinforced composite is widely used in many aerospace applications. Among most of the aerospace vehicles, human-powered aircraft essentially uses it for minimizing the weight of the vehicle and gaining high stiffness to increase its efficiency. In this paper, main wing spar of the human-powered aircraft is investigated. Finite element models were created based on the baseline model built in 2013 to make analysis of cross-section of the spar with varying ply angles of each layer of the spar. Objective function, which is affected from bending rigidity, torsional rigidity, and strength ratio, was evaluated for every cases. The model of 2013 and present cases were put into comparison by values evaluated from objective function. From the comparison, it was concluded that there are more chances to improve the baseline model to make the vehicle better in stiffness and weight than the model of 2013.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.37
no.2
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pp.357-367
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2017
Bending and axial forces simultaneously occur at the cross-section of a shotcrete lining reinforced with steel supports due to the tunnel geometry. The shotcrete has changing flexural stiffness depending on the axial forces and, as a result, severely nonlinear behavior. The mechanical properties of a shotcrete-steel composite also depend on the type of steel support. This study presents a fiber section element model considering the effect of axial force to evaluate the nonlinear behavior of a shotcrete-steel composite. Additionally, the model was used to analyze the effects of different types of steel supports on the load capacity. Furthermore, a modified hyperbolic model for ground reaction, including strain-softening, is proposed to account for the ground-lining interaction. The model was validated by comparing the numerical results with results from previous load test performed on arched shotcrete specimens. The changes in mechanical responses of the lining were also investigated. Results show a lining with doubly reinforcement rebar has similar load capacity as a lining with H-shaped supports. The use of more materials for the steel support enhances the residual resistance. For all types of steel reinforcement, the contribution of steel supports during peak load decreases as the ground becomes stiffer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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