The Application of Steel Fiber Shotcrete in tunneling construction has become part of tunneling practice at least since the 1970s because of its high bending and tensile properties. Over the past 3 decades, researcher from all over the world have been significantly developing the associated technologies for improved performance of SFRS. But still it has some major drawbacks in terms of durability, damage of pumping hose, wastage due to rebound concrete, corrosion and it costs high. To overcome this situation researcher has to look for some alternative material. Therefore, this part study deals with the three types of fiber in order to find good alternative for steel fiber. Polyamide and Polypropylene fiber were used in this study with 0.6, 0.5% mixing ratio. To evaluate its fresh and harden properties air content, slump, compressive, split tensile and bending strength were measured. After comparing the results of all three types of fiber reinforced concrete with its different mixing proportion this study propose that polyamide fiber with addition ratio of 0.6 % for field use.
Park Tae-Man;Park Seong-Min;Hong Hyeok-Jun;Kang Gyeong-Soo;Yoon Jeong-Bae
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.17
no.1
s.85
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pp.113-120
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2005
The purpose of this study is to investigate the strength and ductility improvement of columns retrofitted by steel-fiber composite plate. Test specimens strengthened by three different materials - steel plate(SP), carbon fiber sheet(CF) and fiber-steel composite plate(CP) - were tested under cyclic lateral load with a constant axial load equal to $20\%$ of the axial compression capacity. The structural capacity of composite plate was good or better than that of other retrofitting materials. Test results from all retrofitted specimens showed that considerably higher retrofitting amount was required for strength enhancement. The ductility of retrofitted columns by composite plate was fairly improved. Also, energy ductility ratio was more effective than displacement ductility ratio for ductility estimation of retrofitted column.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.12
no.4
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pp.95-106
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1992
This paper presents a comparative evaluation of five different types of steel fibers used as reinforcing material in concrete beams. Two types of plain and RC beams were prepared to compare the relative flexural behavior. The fibers used were dog bone (paddled), both ends hooked. コ-type straight. crimped and wavy type with aspect ratio of 43 to 75. Fiber volume fraction of 1 to 2% were used while shear span to depth ratio (aid) and steel ratio p were fixed. Fiber reinforcement effect index Ef and effective toughness index Te were adopted to evaluate fiber reinforcing effects. The effect of fiber reinforcement on flexural strength is higher in plain beams than in RC beams. Hooked and dog bone type fibers were found to be more effective than the other type ones in enhancing the flexural strength and post-peak energy absorption capacity of concrete beams.
Park, Kyoung-Woo;Lee, Jun-Seok;Kim, Woo;Kim, Dae-Joong;Lee, Gi-Yeol
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.26
no.4
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pp.475-482
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2014
This paper presents the experimental results concentrically reinforced concrete tension members and compares cracking behavior of amorphous steel fiber and normal steel fiber reinforced concrete members. Two kind of steel fibers were included as a major experimental parameter together with the six cover thickness to bar diameter ratio ($c/d_b$). The presence of amorphous steel fibers effectively controlled the splitting cracks initation and propagation. In the amorphous steel fiber reinforced specimens, no splitting cracks were observed that becomes higher with cover thickness to bar diameter ratio is 2.0. Crack spacing of the each specimens reinforced with amorphous steel fibers and normal steel fibers becomes larger with the increase in cover thickness, and also measured maximum and average crack spacing are significantly smaller than current design code provision. Based on the measured crack spacings, a relationships for predicting the crack spacing is proposed using the measured average crack spacing in amorphous steel fiber reinforced concrete tension members.
This paper presents the investigations towards developing a better understanding on the contribution of steel fibers on the tensile strength of high-performance fiber reinforced concrete (HPFRC). An extensive experimentation was carried out with w/cm ratios ranging from 0.25 to 0.40 and fiber content ranging from zero to 1.5 percent with an aspect ratio of 80. For 32 concrete mixes, flexural and splitting tensile strengths were determined at 28 days. The influence of fiber content in terms of fiber reinforcing index on the flexural and splitting tensile strengths of HPFRC is presented. Based on the test results, mathematical models were developed using statistical methods to predict 28-day flexural and splitting tensile strengths of HPFRC for a wide range of w/cm ratios. The expressions, being developed with strength ratios and not with absolute values of strengths and are applicable to wide range of w/cm ratio and different sizes/shapes of specimens. Relationship between flexural and splitting tensile strengths has been developed using regression analysis and absolute variation of strength values obtained was within 3.85 percent. To examine the validity of the proposed model, the experimental results of previous researchers were compared with the values predicted by the model.
Han Sang Mook;Kim Sung Wook;Kang Su Tae;Kang Jun Hyung
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.11a
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pp.57-60
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2005
The objective of this paper is to investigate and analyze the behaviour of prestressed I section structural members constructed with ultra high perfomance steel fiber reinforced cementitious concrete (SFR-UHPC). This material is known as reactive powder concrete (RPC) mixed with domestic materials and its compressive strength is over 150MP. The parameters of test specimens were span to depth ratio, prestressing force, prestressing wire placement and web width. Most influential parameter to determine the failure mode between shear and flexural action was proved to be shear span ratio. The characteristics of ultra high-strength concrete is basically brittle, but due to the steel fiber reinforcement behaviour of this structure member became ductile after the peak load. As a result of the test, the stress block of compressive zone should be redefined. The proposed analytical calculation of internal force capacity based by plastic analysis gave a good prediction for the shear and flexural strength of specimens. The numerical verification of the finite element model which constitutive law developed for Mode I fracture of fiber reinforced concrete correctly captured the overall behaviour of the specimens tested.
Ghamari, Ali;Kurdi, Javad;Shemirani, Alireza Bagher;Haeri, Hadi
Computers and Concrete
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v.25
no.6
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pp.509-516
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2020
Adding fibers improves concrete performance in respect of strength and plasticity. There are numerous fibers for use in concrete that have different mechanical properties, and their combination in concrete changes its behavior. So, to investigate the behavior of the fiber reinforced concrete, an in vitro study was conducted on concrete with different fiber compositions including different ratios of steel, polypropylene and glass fibers with the volume of 1%. Two forms of fibers including single-stranded and aggregated fibers have been used for testing, and the specimens were tested for compressive strength and dividable tensile strength (splitting tensile) to determine the optimal ratio of the composition of fibers in the concrete reinforced by hybrid fibers. The results show that the concrete with a composition of steel fibers has a better performance than other compounds. In addition, by adding glass and propylene fibers to the composition of steel fibers, the strength of the samples is reduced. Also, if using the combination of fibers is required, the use of a combination of glass fibers with steel fibers will provide a better compressive strength and tensile strength than the combination of steel fibers with propylene.
In this study, finite element analysis of Carbon-Steel Laminates with different layup pattern was conducted to verify similarity to the results of previous studies and to develop the effective model for low-velocity impact analysis. As in the experiment, Finite element analysis of the Fiber metal laminates (FMLs) with five different lamination patterns was carried out, and the impact resistance of the FMLs was confirmed by comparing the energy absorption ratio. The FMLs showed the higher energy absorption ratio than the mild steel having the same thickness, and it was confirmed that all the FMLs had the high energy absorption ratio over than 96%. In addition, the low-velocity impact analysis model proposed in this study can be effectively used to study composite forms and automotive structures.
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.
This paper presents the experimental results of flexural and compression steel members strengthened with carbon fiber reinforced polymers (CFRP) sheets. In the flexural test, the five specimens were fabricated and the test parameters were the number of CFRP ply and the ratio of partial-length bonded CFRP sheets of specimen. The CFRP sheet strengthened steel beam had failure mode: CFRP sheet rupture at the mid span of steel beams. A maximum increase of 11.3% was achieved depending on the number of CFRP sheet ply and the length of CFRP sheet. In the compression test, the nine specimens were fabricated and the main parameters were: width-thickness ratio (b/t), the number of CFRP ply, and the length of the specimen. From the tests, for short columns it was observed that two sides would typically buckle outward and the other two sides would buckle inward. Also, for long columns, overall buckling was observed. A maximum increase of 57% was achieved in axial-load capacity when 3 layers of CFRP were used to wrap HSS columns of b/t = 60 transversely.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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