This paper examines the flexural behavior of full-scale prestressed concrete girders that were constructed of steel fiber reinforced ultra high performance concrete (UHPC). This study is designed to provide more information about the bending characteristics of UHPC girders in order to establish a reasonable prediction model for flexural resistance and deflection for future structural design codes. Short steel fibers have been introduced into prestressed concrete T-girders in order to study their effects under flexural loads. Round straight high strength steel fibers were used at volume fraction of 2%. The girders were cast using 150~190 MPa steel fiber reinforced UHPC and were designed to assess the ability of steel fiber reinforced UHPC to carry flexural loads in prestressed girders. The experimental results show that steel fiber reinforced UHPC enhances the cracking behavior and ductility of beams. Moreover, when ultimate failure did occur, the failure of girders composed of steel fiber reinforced UHPC was observed to be precipitated by the pullout of steel fibers that were bridging tension cracks in the concrete. Flexural failure of girders occurred when the UHPC at a particular cross section began to lose tensile capacity due to steel fiber pullout. In addition, it was determined that the level of prestressing force influenced the ultimate load capacity.
Kim, Hong-Seop;Kim, Gyu-Yong;Lee, Sang-Kyu;Son, Min-Jae;Nam, Jeong-Soo
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.21
no.3
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pp.76-85
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2017
In this study, to evaluate the mechanical properties of fiber-reinforced cement composites by strain rate, hydraulic rapid loading test system was developed. And compressive and tensile strength of the hooked steel fiber and polyamide fiber reinforced cement composite were evaluated. As a result, the compressive strength, strain capacity and elastic modulus were increased with increasing strain rate. The effect of compressive strength by type and volume fraction of fibers was not significant. The dynamic increase factor(DIF) of the compressive strength was higher than that of the CEB-FIP model code 2010 and showed a trend similar to that of ACI-349. The tensile strength and strain capacity were increased with increasing strain rate. The hooked steel fibers were drawn from the matrix. The tensile strength and strain capacity of hooked steel fiber reinforced cement composites were increased as the strain rate increased. The tensile strength and deformation capacity of the fiber reinforced cement composites were increased. And, hooked steel fibers were drawn from the matrix. On the other hand, because the bonding properties of polyamide fiber and matrix is large, polyamide fiber was cut-off with out pullout from matrix. The strain rate effect on the tensile properties of polyamide fiber reinforced cement composites was found to be strongly affected by the tensile strength of the fibers.
The experimental investigations into hooked-end round steel fibers (HSF) effect on the age-dependent strengths of high volume fly ash (HVFA) concrete is studied. The concrete was prepared with class F fly ash used as partial cement replacement varied from 0% to 70% on an equal weight basis. Two percentages of HSF (i.e., 0.5% and 1.5% by volume fraction) of 50 mm length were added in plain, and 50% fly ash concrete mixes. The compressive and flexural tensile strength was determined at 7, 28, 56, and 90 days. The strength results of fly ash concrete mixes with and without steel fibers were compared with the plain concrete strength. The test results indicated that the strength of fly ash concrete is comparable with the plain concrete strength and further increases with an increase in the percentage of steel fibers. The maximum flexure strength of HVFA concrete is found with 0.5% steel fibers. It is concluded that the HVFA concrete with steel fibers of 50 mm length can effectively be used in concrete construction. The analytical models are proposed to predict the age-dependent compressive and flexural tensile strength of HVFA concrete with and without HSF. The compressive and tensile strength of HVFA concrete with HSF can be predicted using these models when the 28-day compressive strength of plain concrete is known. The present study will be helpful in the design and construction of reinforced and pre-stressed concrete structures made with HVFA and HSF.
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.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.9
no.3
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pp.311-321
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2021
Many studies have been performed on hybrid fiber reinforced concrete for years, which is to improve some of the weak material properties of concrete. Studies on characteristics of hybrid fiber reinforced concrete using amorphous steel fiber and organic fiber, however, yet remain to be done. The purpose of this research is to evaluate the compressive and tensile behaviors and then propose a material model of high performance hybrid fiber reinforced concrete using amorphous steel fiber and polyamide fiber. For this purpose, the high performance hybrid fiber reinforced concretes were made according to their total volume fraction of 1.0% for target compressive strength of 40MPa and 60MPa, respectively, and then the compressive and tensile behaviors of those were evaluated. Also, based on the experimental results of the high performance hybrid fiber reinforced concrete and mortar, each material model for the compressive and tensile behavior was suggested. It was found that the experimental results and the proposed models corresponded relatively well.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.17
no.2
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pp.167-174
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2017
This research investigated the mechanical performance of slurry infiltrated high performance fiber reinforced cementitious composite (SI-HPFRCC) with high volume blast furnace slag powder. Hooked-end steel fibers (volume fraction of 6.4%) were used for the fabrication of SI-HPFRCC. A series of mechanical performance test was conducted including strength and toughness of SI-HPFRCC in compressive and flexural mode at four different ages. Compressive and flexural strength tests of the slurry matrix at the same ages were also conducted in order to evaluate fiber reinforcing effect on the mechanical performance. The flexural response of SI-HPFRCC shows an increasing brittleness with age. The compressive response also shows an increasing brittleness with age but the degree of brittleness is much lower than the flexural case. In terms of strength, SI-HPFRCC shows about 140~190% of compressive strength improvement and 440~500% flexural strength improvement comparing to the slurry matrix.
This study was conducted to verify seismic performance of special moment frame's joints at roof-level with high-strength concrete and SD600 bars. K-RC-H was designed according to the seismic code and K-HPFRC-H had 150% of the original hoop spacing and 1.0% steel fiber volume fraction compared with K-RC-H. Both specimens had remarkable seismic performance without noticeable decrease in moment, but with very good energy dissipation before rebar failure. The U-bars in the joint sufficiently constrained rebar's action that pushed the cover upward. SD600 bars with $1.25l_{dt}$ had minimum slip in the joint. It was considered that the steel fiber contributed to improvement of the bending moment and joint shear distortion, and the result showed that it would be possible to increase the hoop spacing to 150% of the regular spacing.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.2
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pp.111-118
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2020
In this paper, the flexural creep behavior of hooked-end steel fiber reinforced high-strength concrete was evaluated to investigate the steel fiber content influence on long-term behavior of flexural members. An experimental program consisted of nine prismatic beam specimens with dimensions of 150 × 150 × 600mm reinforced with different contents of steel fiber (0, 0.75 and 1.5% at the volume fraction). To introduce flexural creep loading to notched prismatic beam specimens, a four-point bending test setup was used. The sustained load with 40% of the flexural strength was applied by means of a lever system and controlled by a load cell for 90 days. During sustained loading, crack mouth opening displacement (CMOD) was monitored. Conventional flexural test after creep tests were carried out to evaluate the residual capacity of each specimen. Test results showed that steel fiber content has a significant effect on the flexural creep behavior of high-strength concrete and long-term flexural load with 40% of flexural strength doesn't generate negative effects on the residual capacity of steel fiber reinforced high-strength concrete.
The aim of this study is to investigate the relationship between Barcol hardness (H) and flexural modulus (E) degradation of composite sheets subjected to flexural fatigue. The resin transfer molding (RTM) method was used to produce 3-mm-thick composite sheets with fiber volume fraction of 44%. The composite sheets were subjected to flexural fatigue tests and Barcol scale hardness measurements. After these tests, the stiffness and hardness degradations were investigated in the composite sheets that failed after around one million cycles (stage III). Flexural modulus degradation values were in the range of 0.41-0.42 with the corresponding measured hardness degradation values in the range of 0.25-0.32 for the all fatigued composite sheets. Thus, a 25% reduction in the initial hardness and a 41% reduction in the initial flexural modulus can be taken as the failure criteria. The results showed that a reasonably well-defined relationship between Barcol hardness and flexural modulus degradation in the distance range.
This study aimed to theoretical calculate the thermal residual stress in continuous SiC fiber reinforced titanium matrix composites. The analytical solution of residual stress field distribution was obtained by using coaxial cylinder model, and the numerical solution was obtained by using finite element model (FEM). Both of the above models were compared and the thermal residual stress was analyzed in the axial, hoop, radial direction. The results indicated that both the two models were feasible to theoretical calculate the thermal residual stress in continuous SiC fiber reinforced titanium matrix composites, because the deviations between the theoretical calculation results and the test results were less than 8%. In the titanium matrix composites, along with the increment of the SiC fiber volume fraction, the longitudinal property was improved, while the equivalent residual stress was not significantly changed, keeping the intensity around 600 MPa. There was a pronounced reduction of the radial residual stress in the titanium matrix composites when there was carbon coating on the surface of the SiC fiber, because carbon coating could effectively reduce the coefficient of thermal expansion mismatch between the fiber and the titanium matrix, meanwhile, the consumption of carbon coating could protect SiC fibers effectively, so as to ensure the high-performance of the composites. The support of design and optimization of composites was provided though theoretical calculation and analysis of residual stress.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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