The behavior of confined steel fiber-reinforced concrete (including confinement models) with compressive strengths ranging from normal to high strength is still rarely studied. This paper presents the results of an investigation of fifteen confined concrete cylinders containing steel fiber. The design parameters evaluated in the experiment included concrete compressive strength (covers normal to high strength), volume fraction of steel fiber and hoop spacing. The main objective of this study was to evaluate the behavior of confined steel fiber concrete by reviewing several design parameters, such as concrete strength (normal to high strength). It is then developed to be an analytical stress-strain expression for confined steel fiber concrete. The experimental program was carried out by making cylindrical specimens with a diameter of 100 mm and a height of 200 mm. The cylindrical test object is compressed in a monotonic uniaxial loading. Experimental results have shown steel fiber in concrete has an important role in increasing the compressive strength and strain of cylindrical concrete without steel fiber. In addition, the value of strength enhancement of confined concrete (K) along with increasing fiber fraction volume; which applies to normal to high-strength concrete. The value of K also increases if the compressive strength of the concrete tends to decrease and the spacing of the hoops is closer. The comparison of stress-strain behavior between the confined steel fiber concrete proposed by other researchers and the experimental results in general significantly different in post-peak response. The statistical analysis indicates that the value of Coefficient of Variation for the confinement model by Campione is the closest compared to other existing confinement models in predicting the values of K and Toughness Index. Furthermore, the analytic stress-strain expression of confined steel fiber concrete was developed by adopting and modifying several equations from the present models. The proposed analytical expression is then verified with the experimental results. The results of the verification show that the stress-strain behavior of confined steel fiber concrete is relatively close.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.6
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pp.209-217
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2021
This paper investigates the effect of high strength hooked-end steel fiber content and aspect ratio on the compressive and flexural performance of concrete. A total of ten mixtures were prepared and tested. Concretes with specific compressive strength of 30 MPa were reinforced with three different aspect ratios (l/d) of steel fibers 64, 67, and 80 and three different percentages of steel fibers 0.25, 0.50, and 0.75% by volume of concrete. Tensile strengths of steel fibers with l/d of 64, 67, and 80 are 2,000, 2,400, and 2,100 MPa, respectively. The compressive and flexural properties of plain and steel fiber-reinforced concrete (SFRC) mixtures were evaluated and compared. The experimental results indicated that the incorporation of high-strength hooked-end steel fibers had significant effects on the compressive and flexural performance of concrete. With the increase of steel fiber content, compressive performances, such as Poisson's ratio and toughness, of concrete were improved. The steel fibers with the least l/d of 67 resulted in a larger enhancement of compressive performances. The residual flexural strength, that is, post-cracking flexural resistance and toughness, of concrete is mainly depended on the dosage and aspect ratio of steel fibers. The residual flexural strength at serviceability (SLS) and ultimate limit state (ULS) defined in fib Model Code 2010 (MC2010) is increased as the fiber content and aspect ratio increase.
Deep coupling beams are more prone to suffer brittle shear failure. The addition of steel fibers to seismic members such as coupling beams can improve their shear performance and ductility. Based on the test results of steel fiber reinforced concrete(SFRC) coupling beams with span-to-depth ratio between 1.5 and 2.5 under lateral reverse cyclic load, the shear mechanism were analyzed by using strut-and-tie model theory, and the effects of the span-to-depth ratio, compressive strength and volume fraction of steel fiber on shear strengths were also discussed. A simplified calculation method to predict the shear capacity of SFRC deep coupling beams was proposed. The results show that the shear force is mainly transmitted by a strut-and-tie mechanism composed of three types of inclined concrete struts, vertical reinforcement ties and nodes. The influence of span-to-depth ratio on shear capacity is mainly due to the change of inclination angle of main inclined struts. The increasing of concrete compressive strength or volume fraction of steel fiber can improve the shear capacity of SFRC deep coupling beams mainly by enhancing the bearing capacity of compressive struts or tensile strength of the vertical tie. The proposed calculation method is verified using experimental data, and comparative results show that the prediction values agree well with the test ones.
Kim, Duck-Woo;Kim, Gyu-Yong;Hwang, Eui-Chul;Son, Min-Jae;Baek, Jae-Wook;Nam, Jeong-Soo
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2018.11a
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pp.44-45
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2018
In this study, water vapor pressure of high strength concrete reinforced with amorphous steel fiber(AF) was evaluated. Experimental results show that spalling occurs when the incorporation rate of amorphous steel fiber is 0.5 vol.% or more. This is because the ratio of AF increased per unit area influenced the formation of the water vapor pressure discharge passage by the polypropylene fiber(PPF) melting. Therefore, it is necessary to find the proper mixing ratio of AF and PPF to prevent spalling.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.11a
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pp.417-420
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2006
For a better understanding of the fracture behavior of concrete structures, knowledge of the post-cracking behavior of concrete material is essential. The tension softening diagram can describe the post-cracking behavior of concrete in tension. In this paper, Four points bending tests with a notch have been carried out to investigate tensile properties of the steel fiber reinforced concrete(SFRC). Poly-linear approximation method combined with FEM analysis is applied to the steel fiber reinforced concrete to determine the tension softening diagrams and also to certify the validity of the method. The simulated load-CMOD curves using the determined softening diagrams though the poly-linear approximation method completely agree with the measured ones.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.12
no.3
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pp.101-109
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2008
Many researchers have reported that adding steel fiber to concrete improved its tensile and flexural strength significantly, but relatively few studies have been made on the compressive behavior of steel fiber-reinforced concrete. It is still less in case of high strength steel fiber-reinforced cementitious composites(SFRC). The main objective of this research is to examine the effect of adding steel fiber on the compressive strength of high strength SFRC using fiber reinforcing index(RI, $V_f(I_f/d_f)$). It was found from the study that compressive strength was noticeably increased in proportion to RI. In conclusion, the relationship between Reinforcing Index(RI) and compressive strength in case of high strength steel fiber-reinforced cementitious composites was suggested.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1997.10a
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pp.333-338
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1997
This paper describes an experimental study on the crack and fracture behavior of the FRC column. The test were carried out as Fiber contents in the Steel Fiber Reinforced Concrete and addition of Polypropylene Fiber in PFRC for evaluate the ability of ductility. In this study, the width and size of crack reduced remarkably and the progress of cracks were restrained by the steel fiber contents increasing, and in the case of PFRC the occurrence of initial crack reduced conspicuously. Accordingly, the addition of steel fiber in Reinforced Concrete Columns considerably prevent an unexpected buckle and rupture, secure durability and stability of columns.
In this study, the modulus of elasticity of low, normal and high strength steel fiber reinforced concrete has been predicted by developing a fuzzy logic model. The fuzzy models were formed as simple rules using only linguistic variables. A fuzzy logic algorithm was devised for estimating the elastic modulus of SFRC from compressive strength. Fibers used in all of the mixes were made of steel, and they were in different volume fractions and aspect ratios. Fiber volume fractions of the concrete mixtures have changed between 0.25%-6%. The results of the proposed approach in this study were compared with the results of equations in standards and codes for elastic modulus of SFRC. Error estimation was also carried out for each approach. In the study, the lowest error deviation was obtained in proposed fuzzy logic approach. The fuzzy logic approach was rather useful to quickly and easily predict the elastic modulus of SFRC.
In this paper, dynamic behavior of steel fiber reinforced concrete(SFRC) by experimental method is discussed. Because of its improved ability to dissipate energy, impact resistance and fatigue behavior, SFRC has a better dynamic behavior than that of plain concrete. Dynamic behavior is influenced by longitudinal reinforcement ratio, volume and type of steel fiber, strength of concrete and the stress level. Impact resistance and fatigue behavior in the SFRC has been evaluated from dynamic experimental test data at various levels of cracked states in the elements.
Dadmand, Behrooz;Pourbaba, Masoud;Sadaghian, Hamed;Mirmiran, Amir
Computers and Concrete
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v.26
no.5
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pp.451-465
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2020
This paper presents experimental and numerical investigations on mechanical properties of ultra-high-performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC) with four types of steel fibers; micro steel (MS), crimped (C), round crimped (RC) and hooked-end (H), in two fiber contents of 1% and 2% (by volume) and two lengths of 13 and 30 mm. Compression, direct tension, and four-point bending tests were carried out on four types of specimens (prism, cube, dog-bone and cylinder), to study tensile and flexural strength, fracture energy and modulus of elasticity. Results were compared with UHPC specimens without fibers, as well as with available equations for the modulus of elasticity. Specimens with MS fibers had the best performance for all mechanical properties. Among macro fibers, RC had better overall performance than H and C fibers. Increased fibers improved all mechanical properties of UHPFRC, except for modulus of elasticity, which saw a negligible effect (mostly less than 10%). Moreover, nonlinear finite element simulations successfully captured flexural response of UHPFRC prisms. Finally, nonlinear regression models provided reasonably well predictions of flexural load-deflection behavior of tested specimens (coefficient of correlation, R2 over 0.90).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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