• Computers and Concrete
• /
• 제22권1호
• /
• pp.93-100
• /
• 2018

It is seldom possible that geotechnical materials like rocks and concretes found without joints, cracks, or discontinuities. Thereby, the impact of micro-cracks on the mechanical properties of them is to be considered. In the present study, the effect of micro-crack on the failure mechanism of rock specimens under uniaxial compression was investigated experimentally. For this purpose, thermal stress was used to induce micro-cracks in the specimens. Several cylindrical and disk shape specimens were drilled from granite collected from Zanjan granite mine, Iran. Some of the prepared specimens were kept in room temperature and the others were heated by a laboratory furnace to different temperature levels (200, 400, 600, 800 and 1000 degree Celsius). During the experimental tests, Acoustic Emission (AE) sensors were used to monitor specimen failure at the different loading sequences. Also, Scanning Electron Microscope (SEM) was used to distinguish the induced micro-crack by heating in the specimens. The fractographic analysis revealed that the thin sections heated to $800^{\circ}C$ and $1000^{\circ}C$ contain some induced micro-fractures, but in the thin sections heated to $200^{\circ}C$, $400^{\circ}C$ and $600^{\circ}C$ have not been observed any micro-fracture. In the next, a comprehensive experimental investigation was made to evaluate mechanical properties of heated and unheated specimens. Results of experimental tests showed that induced micro-cracks significantly influence on the failure mode of specimens. The specimens kept at room temperature failed in the splitting mode, while the failure mode of specimens heated to $800^{\circ}C$ are shearing and the specimens heated to $1000^{\circ}C$ failed in the spalling mode. On the basis of AE monitoring, it is found that with increasing of the micro-crack density, the ratio of the number of shear cracks to the number of tensile cracks increases, under loading sequences.

• 지질공학
• /
• 제6권3호
• /
• pp.137-153
• /
• 1996

본 연구는 이미 알려져 있는 공동 지역에서 1년 6개월에 걸친 고정점 관측 및 이동 관측망에 의한 실험을 통하여 지하 매질에 공동이 존재할 때에 나타나는 지진파의 이상 현상에 의하여 지하에 존재하는 공동을 탐지 및 식별할 수 있는 가능성을 찾는데 그 목적이 있다. 한양 대학교 지진 연구소에서는 경기도 화성군 봉담면에 위치한 삼보 광산에서 고정 지진 관측을 수행하였다. 이 자료의 대부분은 인근 골재 채취장에서의 화약류 발파에 의한 것이며 본 연구에서는 이 화약류 발파에 의한 자료를 이용하였다. 고정 관측소 관측의 경우 지상 관측과 삼보 광산의 갱도 안에서의 지하 관측을 수행하였다. 이 두 자료으 경우 종파의 초동 후 150 ~ 250 msec 후에 전환파(converted phase)의 출현에 의하여 편파 특성이 매우 급격하게 변하는 양상을 보여 준다. 전환파가 발생하는 깊이는 평균 약 190m 정도로서 삼보 광산의 갱도 깊이와 잘 일치되는 결과를 보여 준다. 또한 횡파 분열(Shear-wave Splitting) 현상이 관측되었다. 빠른 횡파(fS)와 느린횡파(sS)의 시간 차이는 약 30-60ms 정도의 차이(평균 42 ms)를 보인다. 이러한 결과는 다른 연구의 결과보다는 상당히 큰 값을 보여 주는데 이는 지하 공동에 의한 균열(Crack)이 상당히 발달해 있는 것을 나타내는 결과이다. 또한 화약 발파 실험에 의한 자료는 공동에 설칠한 지진계와 비공동 지역에 설피한 지진계를 비교 분석하였다. 공동 지역에서 설치한 지진계의 경우 고정 관측소의 경우와 같이 종파의 초동후에 편파 특성이 매우 급격하게 변하는 양상을 보이나 비공동 지역에 설치한 지진계의 경우는 편파 특성이 매우 안정적인 양상을 보인다. 또한 공동 지역을 지난 지진파의 특징은 현저한 고주파수 성분의 감쇄와 탁월한 저주파의 성질을 갖는 위상이 관측되었다.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제26권2호
• /
• pp.151-157
• /
• 2014

초고성능 콘크리트(UHPC)의 높은 강도 및 내구성으로 인하여 교량 바닥판에 UHPC를 적용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. UHPC 바닥판은 강도 및 강성이 기존 콘크리트보다 월등히 높아 합성된 강재 거더 상부 플랜지의 구조적 역할을 대신할 수 있을 것이므로, 이 연구에서는 상부 플랜지를 생략한 역T형 거더를 UHPC 바닥판과 합성한 형식을 제안하고자 한다. 역T형 거더를 적용함에 있어 상부플랜지에 전단연결재를 용접하는 방식으로 전단연결재를 설치할 수 없으므로, 새로운 형식의 전단연결재의 개발이 필요하다. 이 연구에서는 3가지 형식의 전단연결재를 제안하고 이들의 정적 극한강도를 실험적으로 평가하였다. 첫 번째 형식은 웨브에 스터드를 횡방향으로 직접 용접한 전단연결재이고, 두 번째는 유럽에서 개발된 퍼즐스트립 형식의 전단연결재이며, 마지막은 횡방향 스터드와 퍼즐스트립을 조합한 전단연결재이다. 실험 결과 횡방향 스터드는 AASHTO LRFD에 제시된 기존 스터드 전단연결재의 강도 설계식 보다 평균 24% 크게 나타났으나, 바닥판에 쪼갬 균열이 현저히 발생하여 이를 방지하기 위한 새로운 대책이 필요한 것으로 나타났다. 퍼즐스트립은 기존 유럽의 연구에서 제안한 극한강도 평가식 보다 40% 큰 강도를 보여, 기존의 평가식이 지나치게 보수적인 것으로 나타났다. 마지막으로 2가지를 조합한 형식의 전단연결재의 극한강도는 각각의 전단연결재의 극한강도를 산술적으로 합한 것보다 작은 극한 강도를 보였고 바닥판에 균열 또한 현저하였으므로, 조합에 따른 상승효과를 기대할 수 없었다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제7권2호
• /
• pp.29-36
• /
• 1987

초기균열을 갖는 대부분의 구초체는 부재크기가 증가함에 따라 강도가 저하한다. 이러한 현상을 크기효과(size effect)라고 한다. 유리, 금속, 콘크리트 동, 구조재료중에서 콘크리트는 비록 초기균열이 없더라도 이 size effect 현상을 보인다. 현존의 크기효과 법칙에 따르면 매우 큰 콘크리트 구조체는 거의 하중을 저하할 수 없다. 그러나 실제로는 초기 균열이 없는 경우 상당한 크기의 응력을 저항할 수 있다. 이러한 현상은 매우 큰 구조체와 작은 구조체는 강도기준의 적용이 합당하고, 그 중간 크기의 구조체는 비선형파괴역학의 적용이 합당함을 말한다. 이 논문에서는 비선형파괴역학에 근거하여 유도된 실험식에, 기존의 실험치를 이용하여 비선형회귀분석올 행하여 실험상수를 정함으로써 일축압축, 할열(splitting)인장 및 전단강도에 대한 실험식을 제시한다.

• Composites Research
• /
• 제36권4호
• /
• pp.259-263
• /
• 2023

This study investigated the open hole tensile (OHT) properties of carbon fiber/epoxy composites and compared them to bolt joint tensile (BJT) properties. The net nominal modulus and strength (1376 MPa) were found to be higher than the gross nominal strength (1041 MPa), likely due to increasing hole size. The OHT and BJT specimens exhibited similar stiffness, as expected without bolt rotation causing secondary bending. OHT specimens experienced a sharp drop in stress indicating unstable crack propagation, delamination, and catastrophic failure. BJT specimens failed through shear out on the bolt side and bearing failure on the nut side, involving fiber kinking, matrix splitting, and delamination, resulting in lower strength compared to OHT specimens. The strength retention of carbon fiber/epoxy composites with open holes was 66%. Delamination initiation at the hole's edge caused a reduction in the stress concentration factor. Filling the hole with a bolt suppressed this relieving mechanism, leading to lower strength in BJT specimens compared to OHT specimens. Bolt joint efficiency was calculated as 15%. The reduction in strength in bolted joints was attributed to fiber-matrix splitting and delamination, aligning with Hart Smith's bolted joint efficiency diagram. These findings contribute to materials selection and structural reliability estimation for carbon fiber/epoxy composites. They highlight the behavior of open hole and bolt joint configurations under tensile loading, providing valuable insights for engineering applications.

• Smart Structures and Systems
• /
• 제8권3호
• /
• pp.321-341
• /
• 2011

Acoustic emission (AE) monitoring was conducted for mortar specimens under three types of static loading patterns (cubic-splitting, direct-shear and pull-out). Each of the applied loading patterns was expected to produce a particular fracture process. Subsequently, the AEs generated by various fracture or damage processes carried specific information on temporal micro-crack behaviors of concrete for post analysis, which was represented in the form of detected AE signal characteristics. Among various available characteristics of acquired AE signals, frequency content was of great interest. In this study, cement-based piezoelectric sensor (as AE transducer) and home-programmed DEcLIN monitoring system were utilized for AE monitoring on mortar. The cement-based piezoelectric sensor demonstrated enhanced sensitivity and broad frequency domain response range after being embedded into mortar specimens. This broad band characteristic of cement-based piezoelectric sensor in frequency domain response benefited the analysis of frequency content of AE. Various evaluation methods were introduced and employed to clarify the variation characteristics of AE frequency content in each test. It was found that the variation behaviors of AE frequency content exhibited a close relationship with the applied loading processes during the tests.

• Advances in concrete construction
• /
• 제10권4호
• /
• pp.319-332
• /
• 2020

The impacts of reinforcing concrete matrix with steel fibers, polypropylene fibers and recycled plastic fibers using different volume fractions of 0.15%, 0.5%, 1.5% and 2.5% on the compressive and tensile characteristics are experimentally investigated in the current research. Also, flexural behavior of plain concrete (PC) beams, shear performance of reinforced concrete (RC) beams and compressive characteristics of both PC and RC columns reinforced with recycled plastic fibers were studied. The experimental results showed that the steel fibers improved the splitting tensile strength of concrete higher than both the polypropylene fibers and recycled plastic fibers. The end-hooked steel fibers had a positive effect on the compressive strength of concrete while, the polypropylene fibers, the recycled plastic fibers and the rounded steel fibers had a negative impact. Compressive strength of end-hooked steel fiber specimen with volume fraction of 2.5% exhibited the highest value among all tested samples of 32.48 MPa, 21.83% higher than the control specimen. The ultimate load, stiffness, ductility and failure patterns of PC and RC beams in addition to PC and RC columns strengthened with recycled plastic fibers enhanced remarkably compared to non-strengthened elements. The maximum ultimate load and stiffness of RC column reinforced with recycled plastic fibers with 1.5% volume fraction improved by 21 and 15%, respectively compared to non-reinforced RC column.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제17권6호
• /
• pp.11-20
• /
• 2013

5층 이하 비내진상세를 가지는 철근콘크리트 건축물의 지진시 긴급 위험도 평가를 위한 부재의 정량적 손상도 평가 기준을 제시하기 위하여 실대형 크기의 철근콘크리트 1층 1경간 골조 실험체의 정적실험을 실시하였다. 실험결과, 실험체는 기둥의 휨항복후 전단파괴에 의하여 파괴되었으며, 기둥과 접합부에 균열, 압괴 등의 손상이 발생한 반면, 보에는 균열 등의 손상이 거의 발생하지 않았다. 이와 같이 비내진상세를 가지며 휨항복후 전단파괴하는 철근콘크리트 기둥의 손상도를 5단계로 분류하고 손상단계별 한계상태를 평가하기 위한 정량적 기준으로서 지진시 상대적으로 측정이 용이한 잔류 층간변형각과 잔류 균열폭을 이용하였다. 손상한계상태의 잔류 층간변형각 및 잔류 균열폭은 실험결과에 따른 손상한계상태의 최대 층간변형각과의 관계에 의하여 결정하였으며, 한계 최대 층간변형각은 실험결과에 의한 부재의 하중-변형 관계 및 손상발생 현황을 바탕으로 결정하였다. 한계 잔류 층간변형각은 해당 최대 층간변형각에 의한 잔류 층간변형각 중의 최대값 이상이 되도록 하였으며, 한계 잔류 균열폭은 해당 최대 층간변형각에 의한 잔류 전단균열폭의 최소값 및 잔류 휨균열폭의 평균값으로 결정하였다. 한편, 본 논문을 통하여 제시한 손상한계상태의 잔류 층간변형각과 잔류 균열폭은 지진으로 동일한 부재 변형이 발생할 경우 내진설계가 실시된 부재를 대상으로 하는 국외 손상도 평가 기준에 의한 값보다 작은 것으로 나타났다.

• 콘크리트학회지
• /
• 제2권1호
• /
• pp.91-100
• /
• 1990

초기 균열을 갖는 대부분의 구조 부재의 있어서, 부재의 크기가 중가함에 따라 일반적으로 강도가 감소하는 현상을 보인다. 이를 크기효과라고 하며, 특히 콘크리트는 유리, 철과같은 구조 재료와는 달리 초기균열이 없는 경우에도 이러한 크기효과를 나타낸다는 것이 실험에 의해 나타나고 있다. 기존의 크기효과 법칙을 따르면 크기가 배우 큰 콘크리트 부재는 응력을 거의 받을 수 없는 것으로 나타나나, 실험에 의하면 강도의 감소율이 현저하게 감소되어 기존의 크기효과 법칙과 큰 차이를 보인다. 따라서, 본 논문에서는 콘크리트 구조물의 비선형 파괴역학에 근거하여 비유사 균열이 존재하는 경우에 대한 크기효과식을 유도하여 기존의 할열인장강도, 전단강도 및 압축강도 실험치에 대한 회귀분석을 통하여 보다 나은 모델식을 제시하였다.

• Geomechanics and Engineering
• /
• 제16권3호
• /
• pp.273-284
• /
• 2018

A detailed understanding of the mechanical behaviors for crushed coal rocks after grouting is a key for construction in the broken zones of mining engineering. In this research, experiments of grouting into the crushed coal rock using independently developed test equipment for solving the problem of sampling of crushed coal rocks have been carried out. The application of uniaxial compression was used to approximately simulate the ground stress in real engineering. In combination with the analysis of crack evolution and failure modes for the grouted specimens, the influences of different crushed degrees of coal rock (CDCR) and solidified grout strength (SGS) on the mechanical behavior of grouted specimens under uniaxial compression were investigated. The research demonstrated that first, the UCS of grouted specimens decreased with the decrease in the CDCR at constant SGS (except for the SGS of 12.3 MPa). However, the UCS of grouted specimens for constant CDCR increased when the SGS increased; optimum solidification strengths for grouts between 19.3 and 23.0 MPa were obtained. The elastic moduli of the grouted specimens with different CDCR generally increased with increasing SGS, and the peak axial strain showed a slightly nonlinear decrease with increasing SGS. The supporting effect of the skeleton structure produced by the solidified grouts was increasingly obvious with increasing CDCR and SGS. The possible evolution of internal cracks for the grouted specimens was classified into three stages: (1) cracks initiating along the interfaces between the coal blocks and solidified grouts; (2) cracks initiating and propagating in coal blocks; and (3) cracks continually propagating successively in the interfaces, the coal blocks, and the solidified grouts near the coal blocks. Finally, after the propagation and coalescence of internal cracks through the entire specimens, there were two main failure modes for the failed grouted specimens. These modes included the inclined shear failure occurring in the more crushed coal rock and the splitting failure occurring in the less crushed coal rock. Both modes were different from the single failure mode along the fissure for the fractured coal rock after grouting solidification. However, compared to the brittle failure of intact coal rock, grouting into the different crushed degree coal rocks resulted in ductile deformation after the peak strength for the grouted specimens was attained.