In order to investigate the dynamic impact resistance of steel fiber reinforced full light-weight concretes, we implemented drop weight impact test on a total of 6 reinforced beams with 0, 1 and 2%, steel fiber volume fraction. The purpose of this test was to determine the failure modes of beams under different impact energies. Then, we compared and analyzed the time-history curves of impact force, midspan displacement and reinforcement strain. The obtained results indicated that the deformations of samples and their steel fibers were proportional to impact energy, impact force, and impact time. Within reasonable ranges of parameter values, the effects of impact size and impact time were similar for all volumetric contents of steel fibers, but they significantly affected the crack propagation mechanism and damage characteristics of samples. Increase of the volumetric contents of steel fibers not only effectively reduced the midspan displacement and reinforcement strain of concrete samples, but also inhibited crack initiation and propagation such that cracks were concentrated in the midspan areas of beams and the frequency of cracks at supports was reduced. As a result, the tensile strength and impact resistance of full light-weight concrete beams were significantly improved.
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.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.11a
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pp.579-582
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2005
Tunnel lining is the final support of a tunnel and reflects the results of the interaction between ground and support system. Recently it is very difficult to support and manage the tunnel because the cracks on tunnel lining cause problems in supporting and managing tunnels. Therefore the analysis of the cracks is quite strongly required. The major role played by the steel fiber occurs in the post-cracking zone, in which the fibers bridge across the cracked matrix. Because of its improved ability to bridging cracks, steel fiber reinforcement concrete(SFRC) has better crack properties than that of reinforced concrete. In this study, mechanical behaviour of a tunnel lining was examined by model tests. The model tests were carried out under various conditions taking different loading shapes, thicknesses and leakage of lining, and volume content of steel fiber. From these model test, the cracking load, the failure load, defection and cracking position and type were examined and the characteristics of deformation and failure for tunnel lining were estimated and researched.
The past earthquakes revealed the importance of the design of moment-resisting reinforced concrete framed structures with ductile behavior. Due to seismic activity, failures in framed structures are widespread in beam-column joints. Hence, the joints must be designed to possess sufficient strength and stiffness. This paper investigates the effects of fibers on the ductility of hybrid fiber reinforced self-compacting concrete (HFRSCC) when subjected to seismic actions; overcoming bottlenecks at the beam-column joints has been studied by adding low modulus sisal fiber and high modulus steel fiber. For this, the optimized dose of hooked end steel fiber content (1.5%) was kept constant, and the sisal fiber content was varied at the rate of 0.1%, up to 0.3%. The seismic performance parameters, such as load-displacement behavior, ductility, energy absorption capacity, stiffness degradation, and energy dissipation capacity, were studied. The ductility factor and the cumulative energy dissipation capacity of the hybrid fiber (steel fiber, 1.5% and sisal fiber, 0.2%) added beam-column joint specimen is 100% and 121% greater than the control specimen, respectively. And also the stiffness of the hybrid fiber reinforced specimen is 100% higher than the control specimen. Thus, the test results showed that adding hybrid fibers instead of mono fibers could significantly enhance the seismic performance parameters. Therefore, the hybrid fiber reinforced concrete with 1.5% steel and 0.2% sisal fiber can be effectively used to design structures in seismic-prone areas.
The main aim of this research was to investigate the shear strength of non-prismatic steel fiber reinforced concrete beams under monotonic loading considering different parameters. Experimental program included tests on fifteen non-prismatic reinforced concrete beams divided into three groups. For the first and the second groups, different parameters were taken into consideration which are: steel fibers content, shear span to minimum depth ratio ($a/d_{min}$) and tapering angle (${\alpha}$). The third group was designed mainly to optimize the geometry of the non-prismatic concrete beams with the same concrete volume while the steel fiber ratio and the shear span were left constant in this group. The presence of steel fibers in concrete led to an increase in the load-carrying capacity in a range of 10.25%-103%. Also, the energy absorption capacity was increased due to the addition of steel fibers in a range of 18.17%-993.18% and the failure mode was changed from brittle to ductile. Tapering angle had a clear effect on the shear strength of test specimens. The increase in tapering angle from ($7^{\circ}$) to ($12^{\circ}$) caused an increase in the ultimate shear capacity for the test specimens. The maximum increase in ultimate load was 45.49%. The addition of steel fibers had a significant impact on the post-cracking behavior of the test specimens. Empirical equation for shear strength prediction at cracking limit state was proposed. The predicted cracking shear strength was in good agreement with the experimental findings.
In this study, a new understanding is presented on the microcracking behavior of high strength concrete (HSC) with steel fiber addition having prior compressive loading history. Microcracking behavior at critical stress (σcr) region, using seven fiber addition volume of 0.5, 0.75, 1.0, 1.25, 1.5, 1.75, and 2.0% was evaluated, at two aspect ratios (60 and 75). The specimens were loaded up to a specified compressive stress levels (0.70fc-0.96fc), and subsequently subjected to split tensile tests. This was followed by microscopic analyses afterwards. Four compressive stress levels as percentage of fc were selected according to the linearity end point based on stress-time (σ-t) diagram under uniaxial compression. It was seen that pre-compression has an effect on the linearity end point as well as fiber addition where it lies within 85-91% of fc. Tensile strength gain was observed in some cases with respect to the 'maiden' tensile strength as oppose to tensile strength loss due to the fiber addition with teething effect. Aggregate cracking was the dominant failure mode instead of bond cracks due to improved matrix quality. The presence of the steel fiber improved the extensive failure pattern of cracks where it changes from 'macrocracks' to a branched network of microcracks especially at higher fiber dosages. The applied pre-compression resulted in hardening effect, but the cracking process is similar to that in concrete without fiber addition.
The addition of steel fibers in concrete mixture is recognized as a non-conventional mass reinforcement scheme that improves the torsional, flexural, and shear behavior of structural members. However, the analysis of fiber reinforced concrete beams under combined torsion, bending, and shear is limited because of the complicated nature of the problem. Therefore, nonlinear 3D finite element analysis was conducted using the "ANSYS CivilFEM" program to investigate the behavior of fiber reinforced concrete L-beams. These beams were tested at different reinforcement schemes and loading conditions. The reinforcement case parameters were set as follows: reinforced with longitudinal reinforcement only and reinforced with steel bars and stirrups. All beams were tested under two different combined loading conditions, namely, torsion-to-shear ratio (T/V) = 545 mm (high eccentricity) and T/V = 145 mm (low eccentricity). Eight intermediate L-beams were constructed and tested in a laboratory under combined torsion, bending, and shear to validate the finite element model. Comparisons with the experimental data reveal that the program can accurately predict the behavior of L-beams under different reinforcement cases and combined loading ratios. The ANSYS model accurately predicted the loads and deformations for various types of reinforcements in L-beams and captured the concrete strains of these beams.
Shear failure of reinforced concrete (RC) beams is a major concern for structural engineers. It has been shown through various studies that the shear strength and ductility of RC beams can be improved by adding steel fibers to the concrete. An accurate model predicting the shear strength of steel fiber reinforced concrete (SFRC) beams will help SFRC to become widely used. An artificial neural network (ANN) model consisting of an input layer, a hidden layer of six neurons and an output layer was developed to predict the shear strength of SFRC slender beams without stirrups, where the input parameters are concrete compressive strength, tensile reinforcement ratio, shear span-to-depth ratio, effective depth, volume fraction of fibers, aspect ratio of fibers and fiber bond factor, and the output is an estimate of shear strength. It is shown that the model is superior to fourteen equations proposed by various researchers in predicting the shear strength of SFRC beams considered in this study and it is verified through a parametric study that the model has a good generalization capability.
Gulsan, Mehmet Eren;Al Jawahery, Mohammed S.;Alshawaf, Adnan H.;Hussein, Twana A.;Abdulhaleem, Khamees N.;Cevik, Abdulkadir
Advances in concrete construction
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v.6
no.5
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pp.423-463
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2018
This paper investigates the behavior of normal and self-compacted steel fiber reinforced concrete (SCC-SFRC) corbels rehabilitated by Basalt Fiber Mesh (BFM) and Basalt Fiber Fabric (BFF) for the first time in literature. The research objective is to study the effectiveness of BFM and BFF in the rehabilitation of damaged reinforced concrete corbels with and without epoxy injection. The experimental program includes two types of concrete: normal concrete, and self-compacted concrete. For normal concrete, 12 corbels were rehabilitated by BFM without injection epoxy in cracks, with two values of compressive strength, three ratios of steel fiber (SF), and two values of shear span. For self-compacted concrete, 48 corbels were rehabilitated with different parameters where 12 corbels were rehabilitated by BFM with and without epoxy injection, 18 heated corbels with three different high-temperature level were rehabilitated by repairing cracks only by epoxy injection, and 18 heated corbels with three different high-temperature level were rehabilitated by repairing cracks by epoxy and wrapping by BFF. All 48 corbels have two values of compressive strength, three values volumetric ratios of SF, and two values of the shear span. Test results indicate that RC corbels rehabilitated by BFM only without injection did not show any increase in the ultimate load capacity. Moreover, For RC corbels that were repaired by epoxy without basalt wrapping, the ultimate load capacities showed an increase depending on the mode of failure of corbels before the rehabilitation. However, the rehabilitation with only crack repairing by epoxy injection is more effective on medium strength corbels as compared to high strength ones. Finally, it can be concluded that use of BFF is an effective and powerful technique for the strengthening of damaged RC corbels.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.421-424
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2008
Ultra high strength steel fiber-reinforced concrete is characterized with high tensile strength and ductility. This paper revealed the influence of fiber volume fraction on the tensile softening behaviour of ultra high strength steel fiber-reinforced concrete and developed tensile softening model to predict the deformation capacity by finite element method analysis with experimental results. The initial stiffness of ultra high strength steel fiber-reinforced concrete was constant irrespective of fiber volume fraction. The increase of fiber volume fraction improved the flexural tensile strength and caused more brittle softening behaviour. Finite element method analysis proposed by Uchida et al. was introduced to obtain the tensile softening curve from three point notched beam test results and we proposed the tensile softening model as a function of fiber volume fraction and critical crack width.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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