This paper introduces new specimens of Steel-Carbon Fibre Reinforced Polymer composite developed in accordance with standard test method and definition for mechanical testing of steel (ASTM-A370). The main purpose of this research is to study the behaviour of steel-CFRP composite specimen under uniaxial tension to use it in beams in lieu of traditional steel bar reinforcement. Eighteen specimens were prepared and divided into six groups, depending upon the number of the layers of CFRP. Uniaxial tensile tests were conducted to determine yield strength and ultimate strength of specimens. Test results showed that the stress-strain curve of the composite specimen was bilinear prior to the fracture of CFRP laminate. The tested composite specimens displayed a large difference in strength with remarkable ductility. The ultimate load for Steel-Carbon Fibre Reinforced Polymer composite specimens was found using the model proposed by Wu et al. (2010) and nonlinear FE analysis. The ultimate loads obtained from FE analysis are found to be in good agreement with experimental ones. However, ultimate loads obtained applying Wu model are significantly different from experimental/FE ones. This suggested modification of Wu model. Modified Wu's model which gives a better estimate for the ultimate load of Steel-Carbon Fibre Reinforced Polymer (SCFRP) composite specimen is presented in this paper.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.52
no.4
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pp.73-81
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2010
The cemented sand and gravel (CSG) method is a construction technique that adds cement and water to rock-like materials, such as rivered gravel or excavation muck which can be obtained easily at areas adjacent to dam sites. This study was performed to evaluate the compaction and compressive strength properties of stress-strain, elastic modulus and fracture mode CSG materials reinforced polypropylene fiber. Polypropylene fiber widely used for concrete reinforcement is randomly distributed into cemented sand. The two types of polypropylene fiber (monofillament and fibrillated fiber) were used and fiber fraction ratio was 0, 0.2 %, 0.4 %, 0.6 % and 0.8 % by the weight of total dry soil. The effect of fiber fraction ratio and fiber shape on compaction and compressive strength were investigated. The optimum moisture contents (OMC) of CSG material increased as fiber fraction increased and the dry density of CSG material decreased as fiber fraction. Also, the maximum increase in compressive strength was obtained at 0.4 % content of monofillament and fibrillated fiber. CSG material behaviour was controlled not only by fiber fraction but also fiber distribution, fiber shape and fiber type.
Based on the experiment results, the damage and fracture behavior of concrete at the ages of 1d, 2d, 7d and 28d, in three-point bending and uniaxial tensile tests, were simulated with a finite element program, ABAQUS. The critical stress intensity factor $K_{IC}^s$ and the critical crack tip opening displacement ($CTOD_C$) of concrete were calculated with effective-elastic crack approach for the three-point bending test of grade C30 concrete. Based on the crack band model, a bilinear strain-softening curve was derived to simulate the LOAD-CMOD curves and LOAD-Displacement curves. In numerical analysis of the uniaxial tension test of concrete of grade C40, the damage and fracture mechanics were combined. The smeared cracking model coupling with damaged variable was adopted to evaluate the onset and development of microcracking of uniaxial tensile specimen. The uniaxial tension test was simulated by invoking the damage plastic model which took both damage and plasticity as inner variables with user subroutines. All the numerical simulated results show good agreement with the experimental results.
To predict the stress-strain behavior of the soil more approximately, the concept of the critical state soil mechanics was added to the plasticity increment theory in the bounding surface Plasticity model. This model was constituted with two ellipse and one hyperbola in older to describe the behaviour of the isotropically consolidated soil. Thus, this model is very complicate due to the various parameters used. Therefore, the accurate understanding and skill of the theory is required in order to apply this model to the practical geotechnical problems. In the present paper, the bounding surface shape paraiheter R and A, the mapping center parameter C among various parameters used were varied and the results were numerically analized. Finally, each sensitivity with respect to monotonic and cyclic loading was analized and the range of the value of the each parameter was proposed.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2005.03a
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pp.838-845
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2005
Slope stability analyses have been carried out to investigate surcharge loading effects. Finite Element Analysis (FEA) involves the stress-strain behaviour of soils achieving reasonably accurate and useful results of slope stability analysis. Therefore, in this study, one of well known FEA programs, SIGMA/W, has been used to do slope stability analyses with respect to various upper slope angles and surcharge loadings. Factor of Safety(FS) exponentially decreases and significantly good correlation with the increased slope angle for upper slopes. As the surcharge loading increases from 10 t/m to 90 t/m for nail-reinforced slopes, the FS in fully saturated condition decreases from 42% to 47% and from 17% to 25% for relatively low and high strength of soils, respectively, than in dry condition.
This paper handles the repairing of deficient square Concrete-Filled Steel-Tube (CFST) beams subject to bending through an experimental and numerical program. Eight square-CFST beams were tested. A 5-mm artificial notch was induced at mid-span of seven beams, four of them were repaired by using CFRP sheets and two were repaired by using GFRP sheets. The beam deflection, strain and ultimate moments were recorded. It was found that providing different cut-off points for the different layers of FRP sheets prohibited failure at termination points due to stress concentrations. Using different lengths of FRP sheets around the notch retarded crack propagation and prevented FRP rupture at the crack position. Finite element analysis was then conducted and the proposed FE model was verified against the recorded experimental data. The influence of various parameters as FRP sheet length, tensile modulus and the number of layers were studied. The moment capacity of damaged square-CFST beams was improved up to 77.6% when repaired by using four layers of CFRP, however, this caused a dramatic decrease in beam deflection. U-wrapping of notched-CFST beam with 0.75 of its length provided a comparable behaviour as wrapping the full length of the beam.
Stress-strain models of fibre reinforced polymer (FRP) confined concrete have been widely investigated; however, the existing load which is always supported by structures during the retrofitting phase, namely 'preload', has been neglected. Thus, preload effects should be clarified, providing insightful information for FRP retrofitting of structures with preload conditions. Towards this aim, experiments were performed for 27 cylinder concrete specimens with the diameter 150 mm and the height 300 mm. Three specimens were used to test the compressive strength of concrete to compute the preloads 20%, 30% and 40% of the average strength of these specimens. Other 24 specimens were divided into 2 groups; each group included 4 subgroups. Four subgroups were subjected to the above preloads and no preload, and were then wrapped by 2 FRP layers. Similar designation is applied to group 2, but wrapped by 3 FRP layers. All specimens were tested under axial compression to failure. Explosive failure is found to be the characteristic of specimens wrapped by FRP. Experimental results indicated that the preload decreases 12-13% the elastic and second stiffness of concrete specimens wrapped by 2 FRP layers. The stiffness reduction can be mitigated by the increase of FRP layers. Preload negligibly reduces the ultimate force and unclearly affects the ultimate displacement probably due to complicated cracks developed in concrete. A mechanism of preload effects is presented in the paper. Finally, to take into account preload effects, a modification of the widely used model of un-preload FRP confined concrete is proposed and the modified model demonstrated with a reasonable accuracy.
In the analysis of dynamic problem, determination of mazimun shear modulus is essential for the estimation of shear stress at any strain level. Although many models for silica sands were presented, the direct accomodation of those models to crushable sand would be difficult because of crushability during torsion. In this research dynamic behaviour of tested sand is presented. The shear modulus of loose crushable sand shows similar results to silica sand. However, as the density of crushable sand increases the shear modulus decreases because of crushability by increasing surface contact area. And modulus number is expressed in terms of state parameter by Been and Jefferies (1965).
Background: Understanding the behaviour of nuclear fuel claddings by conducting burst test on single cladding tube under simulated loss-of-coolant accident conditions and developing theoretical cum empirical predictive computer codes have been the focus of several investigations. The developed burst criterion (a) assumes symmetrical deformation of cladding tube in contrast to experimental observation (b) interpolates the properties of Zircaloy-4 cladding in mixed α+β phase (c) does not account for azimuthal temperature variations. In order to overcome all these drawbacks of burst criterion, it is reasoned that artificial intelligence technique may be a better option to predict the burst parameters. Methods: Artificial neural network models based on feedforward backpropagation algorithm with logsig transfer function are developed. Results: Neural network architecture of 2-4-4-3, that is model with two hidden layers having four nodes in each layer is found to be the most suitable. The mean, maximum, and minimum prediction errors for this optimised model are 0.82%, 19.62%, and 0.004%, respectively. Conclusion: The burst stress, burst temperature, and burst strain obtained from burst criterion have average deviation of 19%, 12%, and 53% respectively whereas the developed neural network model predicted these parameters with average deviation of 6%, 2%, and 8%, respectively.
A new formulation based on lumped plasticity and inelastic hinges is presented in this paper for nonlinear analysis of Reinforced Concrete (RC) frame structures. Inelastic hinge behaviour is described using the principles of Continuum Damage Mechanics (CDM). Member formulation contains provisions to model stiffness degradation due to cracking of concrete and yielding of reinforcing steel. Depending on its nature, cracking is classified as concentrated or distributed. Concentrated cracking is accounted through a damage variable and its growth is defined based on strain energy principles. Presence of distributed flexural cracks in a member is taken care of by modelling it as non-prismatic. Plasticity theory supported by effective stress concept of CDM is applied to describe the post-yield response. Nonlinear quasi-static analysis is carried out on a RC column and a wide two-storey RC frame to verify the formulation. The column is subjected to constant axial load and monotonic lateral load while the frame is subjected to only lateral load. Computed results are compared with those due to experiments or other numerical methods to validate the performance of the formulation and also to highlight the contribution of distributed cracking on global response.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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