This paper presents the results of an experimental investigation on the flexural behavior of doubly reinforced lightweight concrete (R.L.C.) beams tested under cyclic loading. A total of 20 beam specimens were tested. Test results are presented in terms of ductility index, the degradation of strength and stiffness, and energy dissipation. The flexural properties of R.L.C. beam were compared to those of normal concrete (R.C.) beams. Test results show that R.L.C. beam with low and medium concrete strength (20, 40MPa) performed displacement ductility similar to the R.C. beam. The ductility can be improved by enhancing the concrete strength or decreasing the tension reinforcement ratio. Using lightweight aggregate in concrete is advantageous to the dynamic stiffness of R.L.C. beam. Enhancement of concrete strength and increase of reinforcement ratio will lead to increase of the stiffness degradation of beam. The energy dissipation of R.L.C beam, similar to R.C. beam, increase with the increase of tension reinforcement ratio. The energy dissipation of unit load cycle for smaller tension reinforcement ratio is relatively less than that of beam with higher reinforcement ratio.
Kim, Sang Heon;Kim, Se Hwan;Park, Young Shin;Jeon, Hyun Gyu;Seo, Chee Ho
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.15
no.2
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pp.177-183
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2015
In this study, the thermal conductivity, physical and mechanical properties of lightweight aggregate concretes with hollow micro sphere(HMS) are experimentally examined as a basic research for the development of structural insulation concrete. As the results of this experiment, in the case of concrete mixed with HMS, the value of slump has been reduced, so it is found that the dosage of superplasticizer should be increased. As the replacement ratio of HMS increases, it has shown that the compressive strength is somewhat decreased due to the low interfacial adhesion strength of HMS. But the thermal conductivity is found to be greatly improved with the replacement ratio of HMS increases, the thermal conductivity of HMS shows the lower value of 68% at lightweight aggregate concrete and 32% of normal concrete. Also it is found that the compressive strength is decreased and thermal conductivity is increased as the water-cement ratio increases. The most outstanding for insulation performance is observed when using 20% of HMS and 50% of water-cement ratio.
The microstructure and mechanical properties of concrete will degrade significantly at high temperatures, thus affecting the bond strength between reinforcing steel and surrounding concrete in reinforced concrete members. In this study, the effect of individual and hybrid fiber on the local bond-slip behavior of lightweight aggregate concrete (LWAC) after exposure to elevated temperatures was experimentally investigated. Tests were conducted on local pullout specimens (150 mm cubes) with a reinforcing bar embedded in the center section. The embedment lengths of the pullout specimens were 4.2 times the bar diameter. The parameters investigated included concrete type (control group: ordinary LWAC; experimental group: fiber reinforced LWAC), concrete strength, fiber type, and targeted temperature. The test results showed that for medium-strength LWACs exposed to high temperatures, the use of only steel fibers did not significantly increase the residual bond strength. Moreover, the addition of individual and hybrid fiber had little effect on the residual bond strength of the high-strength LWAC after exposure to a temperature of 800℃.
The strength theory of concrete is significant to structure design and nonlinear finite element analysis of concrete structures because concrete utilized in engineering is usually subject to the action of multi-axial stress. Experimental results have revealed that lightweight aggregate (LWA) concrete exhibits plastic flow plateau under high compressive stress and most of the lightweight aggregates are crushed at this stage. For the purpose of safety, therefore, in the practical application the strength of LWA concrete at the plastic flow plateau stage should be regarded as the ultimate strength under multi-axial compressive stress state. With consideration of the strength criterion, the ultimate strength surface of LWA concrete under multi-axial stress intersects with the hydrostatic stress axis at two different points, which is completely different from that of the normal weight concrete as that the ultimate strength surface is open-ended. As a result, the strength criteria aimed at normal weight concrete do not fit LWA concrete. In the present paper, a multi-axial strength criterion for LWA concrete is proposed based on the Unified Twin-Shear Strength (UTSS) theory developed by Prof Yu (Yu et al. 1992), which takes into account the above strength characteristics of LWA under high compressive stress level. In this strength criterion model, the tensile and compressive meridians as well as the ultimate strength envelopes in deviatoric plane under different hydrostatic stress are established just in terms of a few characteristic stress states, i.e., the uniaxial tensile strength $f_t$, the uniaxial compressive strength $f_c$, and the equibiaxial compressive $f_{bc}$. The developed model was confirmed to agree well with experimental data under different stress ratios of LWA concrete.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.19
no.5
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pp.22-29
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2015
Modern structures is the tendency of being increasingly taller and larger. The concrete with large weight has the disadvantage of increasing the weight on the structure. therefore, the method of carrying out the weight saving of the concrete is required. one of such method is to use a lightweight aggregate. However, studies on structural lightweight concrete, lacking for the recognition of the lightweight concrete, so also is lacking. therefore it is necessary to study on the physical characteristic value of the lightweight concrete. In this study, in order to investigate the tensile properties of lightweight concrete, Crack mouth opening displacement (CMOD) experiments were carried out. the fracture energy of the lightweight concrete subjected to inverse analysis were derived from the CMOD experimental results.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.5
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pp.551-557
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2010
The purpose of this study is to estimate experimentally the flexural behavior, capacity and validity of existing regulation of net tensile strain in lightweight concrete beams and polymer modified lightweight concrete beams. One normal weight concrete beam and four lightweight concrete beams, three polymer modified lightweight concrete beams were constructed as same figure and attempted to evaluate the difference of strength and ductility in specimens of different net tensile strain in extreme tension steel. Test results are indicated in terms of load-deflection behavior and ductility index. As the value of net tensile strain increased, the flexural strength and stiffness of specimen decreased but ductility index increased in both of lightweight concrete beams and polymer modified lightweight concrete beams. It is considered that to achieve similar ductility index of normal weight concrete, net tensile strain in extreme tension steel should exceed 0.005 for lightweight concrete beam and polymer modified lightweight concrete beam.
The bonding behaviors of Lightweight Aggregate Concrete (LWAC) and normal weight concrete were investigated experimentally. Pull-out tests were carried out to measure the bond strengths of three groups of specimens with compressive strength levels of 60, 40, and 20 MPa, respectively. Test results showed that the difference in the bond failure pattern between LWAC and normal weight concrete was significant as the concrete compressive strength became lower than 40 MPa. The corresponding bond strengths of LWAC were lower than that for normal weight concrete. As the compressive strength of concrete became relatively high (> 40 MPa), a bond failure pattern in normal weight concrete occurred that was similar to that in LWAC. The bond strength of LWAC is higher than that for normal weight concrete because it possesses higher mortar strength. Stirrup use leads to an increase of approximately 20% in nominal bond strength for both types of concrete at any strength level.
Kaloop, Mosbeh R.;Bardhan, Abidhan;Hu, Jong Wan;Abd-Elrahman, Mohamed
Advances in nano research
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v.13
no.5
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pp.499-512
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2022
This study investigates the efficiency of ensemble machine learning for predicting the lightweight-aggregate concrete (LWC) characteristics. A stacking ensemble (STEN) approach was proposed to estimate the dry density (DD) and 28 days compressive strength (Fc-28) of LWC using two meta-models called random forest regressor (RFR) and extra tree regressor (ETR), and two novel ensemble models called STEN-RFR and STEN-ETR, were constructed. Four standalone machine learning models including artificial neural network, gradient boosting regression, K neighbor regression, and support vector regression were used to compare the performance of the proposed models. For this purpose, a sum of 140 LWC mixtures with 21 influencing parameters for producing LWC with a density less than 1000 kg/m3, were used. Based on the experimental results with multiple performance criteria, it can be concluded that the proposed STEN-ETR model can be used to estimate the DD and Fc-28 of LWC. Moreover, the STEN-ETR approach was found to be a significant technique in prediction DD and Fc-28 of LWC with minimal prediction error. In the validation phase, the accuracy of the proposed STEN-ETR model in predicting DD and Fc-28 was found to be 96.79% and 81.50%, respectively. In addition, the significance of cement, water-cement ratio, silica fume, and aggregate with expanded glass variables is efficient in modeling DD and Fc-28 of LWC.
The present investigation is to identify an optimum mix combination amongst 28 different types of artificial lightweight aggregates by pelletization method with aggregate properties. Artificial aggregates with different combinations were manufactured from fly ash, cement, hydrated lime, ground granulated blast furnace slag (GGBFS), silica fume, metakaolin, sodium bentonite and calcium bentonite, at a standard 17 minutes pelletization time, with 28% of water content on a weight basis. Further, the artificial aggregates were air-dried for 24 hours, followed by hardening through the cold-bonding (water curing) process for 28 days and then testing with different physical and mechanical properties. The results found the lowest impact strength value of 16.5% with a cement-hydrated lime (FCH) mix combination. Moreover, the lowest water absorption of 16.5% and highest individual pellet crushing strength of 36.7 MPa for 12 mm aggregate with a hydrated lime-GGBFS (FHG) mix combination. The results, attained from different binder materials, could be helpful for manufacturing high strength artificial aggregates.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.11a
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pp.201-204
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2004
The purpose of this study is recycling of sewage sludge and fly-ash. In this experiment, green aggregates, which is a mixture of sewage sludge and clay and fly-ash, with different content of sewage sludge (up to $80wt\%$). Then they were burned in different soak temperatures from $1190^{\circ}C\;to\;1290^{\circ}C$ with changed soak time and heating rate at 5, 7, 10 minutes and $20^{\circ}C/min$, $30^{\circ}C/min$ respectively in order to produce lightweight aggregate (LWA). Data of both experiment series were generated to evaluate the quality of LWA as well as the relationship between burning condition and product's quality.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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