Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.5
no.3
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pp.282-289
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2017
The flexural behavior tests of UHPC segmental Box girder which has 160MPa compressive strength and 15.4m length were carried out. The test variables are area of prestressing wires, volume fraction of steel fibers and longitudinal reinforcing bars in upper flange and web. PS tendons which has 32 strands of 15.2mm diameter in lower flange, 24 strands and 14 strands in lower flange were arranged and volume fraction of 2%, 1.5% and 1.0% is used in box girder concrete. UHPFRC box girder which has 32 strands in lower flange showed the over reinforcement and brittle behavior. UHPFRC box girder which has 24 strands showed the similar peak load as 32 strands girder and ductile behavior as large deflection. UHPFRC box girder which has 14 strands showed half of the peak load of 24 strands box girder and ductile behavior. After the application of the formular for the reinforcement index to the behavior of the UHPFRC box girders, reinforcement index does not determine the characteristic of behavior of UHPFRC box girder exactly. So the index should consider the dimension precisely and modify the reference value corresponding to the 0.005 strain of the prestressing strands.
In this article, static, buckling and free vibration analyses of a sinusoidal micro composite beam reinforced by single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) with considering temperature-dependent material properties embedded in an elastic medium in the presence of magnetic field under transverse uniform load are presented. This system is used at micro or sub micro scales to enhance the stiffness of micro composite structures such as bar, beam, plate and shell. In the present work, the size dependent effects based on surface stress effect and modified strain gradient theory (MSGT) are considered. The generalized rule of mixture is employed to predict temperature-dependent mechanical and thermal properties of micro composite beam. Then, the governing equations of motions are derived using Hamilton's principle and energy method. Numerical results are presented to investigate the influences of material length scale parameters, elastic foundation, composite fiber angle, magnetic intensity, temperature changes and carbon nanotubes volume fraction on the bending, buckling and free vibration behaviors of micro composite beam. There is a good agreement between the obtained results by this research and the literature results. The obtained results of this study demonstrate that the magnetic intensity, temperature changes, and two parameters elastic foundations have important effects on micro composite stiffness, while the magnetic field has greater effects on the bending, buckling and free vibration responses of micro composite beams. Moreover, it is shown that the effects of surface layers are important, and observed that the changes of carbon nanotubes volume fraction, beam length-to-thickness ratio and material length scale parameter have noticeable effects on the maximum deflection, critical buckling load and natural frequencies of micro composite beams.
In the present study, the various dynamic properties of MWCNT embedded fiber reinforced polymer uniform and tapered composite (MWCNT-FRP) plates are investigated. Various configurations of a tapered composite plate with ply-drop off and uniform composite plate have been considered for the development of the finite element formulation and experimental investigations. First order shear deformation theory (FSDT) has been used to derive the kinetic and potential energy equations of the hybrid composite plates by including the effect of rotary inertia, shear deformation and non-uniformity in thickness of the plate. The governing equations of motion of FRP composite plates without and with MWCNT reinforcement are derived by considering a nine- node rectangular element with five degrees of freedom (DOF) at each node. The effectiveness of the developed finite element formulation has been demonstrated by comparing the natural frequencies and damping ratio of FRP composite plates without and with MWCNT reinforcement obtained experimentally. Various parametric studies are also performed to study the effect of CNT volume fraction and CNT aspect ratio of the composite plate on the natural frequencies of different configurations of CNT reinforced hybrid composite plates. Further the forced vibration analysis is performed to compare the dynamic response of the various configurations of MWCNT-GFRP composite plate with GFRP composite plate under harmonic excitations. It was observed that the fundamental natural frequency and damping ratio of the GFRP composite plate increase approximately 8% and 37% respectively with 0.5wt% reinforcement of MWCNT under CFCF boundary condition. The natural frequencies of MWCNT-GFRP hybrid composite plates tend to decrease with the increase of MWCNT volume fraction beyond 2% due to agglomeration of CNT's. It is also observed that the aspect ratio of the CNT has negligible effect on the improvement of dynamics properties due to randomly orientation of CNT's.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.6
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pp.76-83
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2021
This study examines the bending behavior of lap-spliced ultra-high-strength fiber-reinforced concrete members and evaluates the safety of the design codes for ultra-high-strength fiber-reinforced concrete structures. An experiment on a total of six beams was performed. The main variables were the fiber-inclusion and the lap-spliced length at the center of the beams. The steel fibers in a volume fraction of 2% were used, and the lap-splice lengths were determined to be 8db and 16db. As a result of the test, the specimens not reinforced with fiber lost abrupt load-bearing capacity at the lap region and did not experience yielding of the reinforcing bar. In the case of fiber-reinforced concrete, if a lap-splice length of 16db is secured, the yielding of the main reinforcing bar can be experienced, and appropriate flexural strength can be expressed. Based on the experimental results of this study, as a result of reviewing the lap-splice length calculation formulas of the current design standards and the ultra-high-strength concrete structural design recommendations, it was found that all of them were evaluated conservatively.
Park, Ji Woong;Lee, Gun Cheol;Koh, Kyung Taek;Ryu, Gum Sung
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.18
no.2
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pp.125-132
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2018
In this study, a direct tensile test was planned to identify the tensile performance of UHPC, and the irregularity of cracks, which is a problem of the direct tensile test, was complemented through the introduction of notches at the center of a specimen. In this regard, a number of specimens divided by batch to reduce the deviation of direct tensile test values were fabricated to present reference data with respect to highly reliable direct tensile strength values. In addition, the mechanical properties and reliability of the specimens were examined under the curing conditions of the specified design strength of 120MPa for the steel fiber reinforced concrete with 1.5% fiber volume fraction, which is most suitable for the field application. As a result, the deviation of averages by batch between compressive strength and direct tensile strength did not show a large difference, and all cracks occurred within 20mm in the direct tensile test. At the 95% confidence interval of the direct tensile strength, the range was considerably small in the mean and the standard deviation, and there was no significant difference depending on the curing conditions. The results confirmed that a stable direct tensile test was performed, and highly reliable results were obtained through the fabrication of specimens by batch and test progress.
Arani, Ali Ghorbanpour;Haghparast, Elham;Zarei, Hassan BabaAkbar
Steel and Composite Structures
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v.23
no.5
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pp.529-541
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2017
In the present study, vibration analysis of functionally graded carbon nanotube reinforced composite (FGCNTRC) plate moving in two directions is investigated. Various types of shear deformation theories are utilized to obtain more accurate and simplest theory. Single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are selected as a reinforcement of composite face sheets inside Poly methyl methacrylate (PMMA) matrix. Moreover, different kinds of distributions of CNTs are considered. Based on extended rule of mixture, the structural properties of composite face sheets are considered. Motion equations are obtained by Hamilton's principle and solved analytically. Influences of various parameters such as moving speed in x and y directions, volume fraction and distribution of CNTs, orthotropic viscoelastic surrounding medium, thickness and aspect ratio of composite plate on the vibration characteristics of moving system are discussed in details. The results indicated that thenatural frequency or stability of FGCNTRC plate is strongly dependent on axially moving speed. Moreover, a better configuration of the nanotube embedded in plate can be used to increase the critical speed, as a result, the stability is improved. The results of this investigation can be used in design and manufacturing of marine vessels and aircrafts.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.19
no.1
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pp.100-108
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2015
The purpose of this study is to evaluate the effect of improvement on the impact resistance and strength properties of cement composites by surface modification of aramid fiber. For aramid fiber reinforced cement composites, therefore, dispersion capability and the bonding efficiency between the fibers and the cement composite material need to be improved. It is possible by modifying surface properties to hydrophobic, it is considered that oiling agent ratio of 1.2 % and improvement of performance is in need to be investigated. In this study, short aramid fibers were mixed by different fiber length and oiling agent ratio. And improvement of strength properties and impact resistance performance of hybrid cement composites were evaluated under the influence of steel fiber. As a result, strength properties of aramid fiber reinforced cement composites are different by mixing ratio of fiber, oiling agent ratio and length of fiber. In case of cement composites which have same volume fraction and fiber length, tensile strength and flexural strength were improved with increase of the emulsions throughput of the fiber surface. The results of evaluation on the static strength properties had effects on impact resistance performance by high-velocity impact. And it was observed that the scabbing of rear was suppressed with increase of the oiling agent ratio.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.3
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pp.31-39
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2021
In this study, the fiber blending ratio and strain rate effect on the tensile properties synergy effect of hybrid fiber reinforced cement composite was evaluated. Hooked steel fiber(HSF) and smooth steel fiber(SSF) were used for reinforcing fiber. The fiber blending ratio of HSF+SSF were 1.5+0.5, 1.0+1.0 and 0.5+1.5vol.%. As a results, in the cement composite(HSF2.0) reinforced with HSF, as the strain rate increases, the tensile stress sharply decreased after the peak stress because of the decrease in the number of straightened pull-out fibers by increase of micro cracks in the matrix around HSF. When 0.5 vol.% of SSF was mixed, the micro cracks was effectively controlled at the static rate, but it was not effective in controlling micro cracks and improving the pull-out resistance of HSF at the high rate. On the other hand, the specimen(HSF1.0SSF1.0) in which 1.0vol.% HSF and 1.0vol.% SSF were mixed, each fibers controls against micro and macro cracks, and SSF improves the pull-out resistance of HSF effectively. Thus, the fiber blending effect of the strain capacity and energy absorption capacity was significantly increased at the high rate, and it showed the highest dynamic increase factor of the tensile strength, strain capacity and peak toughness. On the other hand, the incorporation of 1.5 vol.% SSF increases the number of fibers in the matrix and improves the pull-out resistance of HSF, resulting in the highest fiber blending effect of tensile strength and softening toughness. But as a low volume fraction of HSF which controlling macro crack, it was not effective for synergy of strain capacity and peak toughness.
Zhao, Li-Cai;Chen, Shi-Shuenn;Xu, Yi-Peng;Tahouneh, Vahid
Steel and Composite Structures
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v.38
no.5
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pp.477-496
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2021
The main objective of this paper is to study vibration of sandwich open cylindrical panel with damaged core and FG face sheets based on three-dimensional theory of elasticity. The structures are made of a damaged isotropic core and two external face sheets. These skins are strengthened at the nanoscale level by randomly oriented Carbon nanotubes (CNTs) and are reinforced at the microscale stage by oriented straight fibers. These reinforcing phases are included in a polymer matrix and a three-phase approach based on the Eshelby-Mori-Tanaka scheme and on the Halpin-Tsai approach, which is developed to compute the overall mechanical properties of the composite material. Three complicated equations of motion for the panel under consideration are semi-analytically solved by using 2-D differential quadrature method. Several parametric analyses are carried out to investigate the mechanical behavior of these multi-layered structures depending on the damage features, through-the-thickness distribution and boundary conditions. It is seen that for the large amount of power-law index "P", increasing this parameter does not have significant effect on the non-dimensional natural frequency parameters of the FG sandwich curved panel. Results indicate that by increasing the value of isotropic damage parameter "D" up to the unity (fully damaged core) the frequency would tend to become zero. One can dictate the fiber variation profile through the radial direction of the sandwich panel via the amount of "P", "b" and "c" parameters. It should be noticed that with increase of volume fraction of fibers, the frequency parameter of the panels does not increase necessarily, so by considering suitable amounts of power-law index "P" and the parameters "b" and "c", one can get dynamic characteristics similar or better than the isotropic limit case for laminated FG curved panels.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.6
no.2
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pp.100-107
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2018
The material and geometrical nonlinear finite elment analysis of UHPFRC 50M composite box girder was carried out. Constitute law in tension and compressive region of UHPFRC and HPC were modeled based on specimen test. The accuracy of nonlinear FEM analysis was verified by the experimental result of UHPFRC 50M composite girder. The UHPFRC 50M segmental composite box girder which has 1.5% steel fiber of volume fraction, 135MPa compressive strength and 18MPa tensile strength was tested. The post-tensioned UHPFRC composite girder consisted of three segment UHPFRC U-girder and High Strength Concrete reinforced slab. The parts of UHPFRC girder were modeled by 8nodes hexahedron elements and reinforcement bars and tendons were built by 2nodes linear elements by Midas FEA software. The constitutive laws of concrete materials were selected Multi-linear model both of tension and compression function under total strain crack model, which was included in classifying of smeared crack model. The nonlinearity of reinforcement elements and tendon was simulated by Von Mises criteria. The nonlinear static analysis was applied by incremental-iteration method with convergence criteria of Newton-Raphson. The validation of numerical analysis was verified by comparison with experimental result and numerical analysis result of load-deflection response, neutral axis coordinate change, and cracking pattern of girder. The load-deflection response was fitted very well with comparison to the experimental result. The finite element analysis is seen to satisfactorily predict flexural behavioral responses of post-tensioned, reinforced UHPFRC composite box girder.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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