Cyclic flexural behavior of hybrid SMA/steel fiber reinforced concrete analyzed by optical and acoustic techniques

Sherif, Muhammad M.; Khakimova, Evelina; Tanks, Jonathon; Ozbulut, Osman E.

doi:10.1016/j.compstruct.2018.06.039

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“…Auch im Stahlbau gab es bereits Forschung zur Verstärkung von ermüdungsgefährdeten Stahlteilen mit eisenbasierter Formgedächtnislegierung. Die zyklische Belastung von Beton, der mit Ni‐TI‐Formgedächtnisfasern und Stahlfasern bewehrt wurde, wurde in untersucht. Intelligente selbsteinstellende Lager aus eisenbasierter Formgedächtnislegierung (Fe‐28Mn‐6Si‐5Cr (mass %)) wurden in untersucht.…”

Section: Materialienunclassified

Selbstvorspannende ultrahochfeste Betonelemente

Kromoser¹,

Strieder²,

Kirnbauer

2019

Beton und Stahlbetonbau

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1 Einleitung Beton ist charakterisiert durch eine verhältnismäßig hohe Druckfestigkeit und eine vergleichsweise niedrige Zugfestigkeit. Um das Material möglichst effizient nutzen zu können, müssen Baustrukturen so gestaltet werden, dass hauptsächlich Druckspannungen und nur geringe Zugspannungen auftreten. Oft führen externe Lasten jedoch zu einer Biegebeanspruchung, die sich insbesondere bei dünnwandigen Bauteilen negativ auswirkt. Aufgrund der kleinen statischen Nutzhöhe z. B. bei Schalentragwerken führt dies auch schon bei geringen Beanspruchungen zu relativ hohen Zugbeanspruchungen und in weiterer Folge zu Rissen. Diese sind insbesondere bei Bauteilen mit hohen optischen Anforderungen wie Fassadenplatten oder bei Bauteilen mit hohen Dichtigkeitsanforderungen wie Rohren oder Wasserbehältern problematisch. Eine Möglichkeit, höhere Biegespannungen unter Gebrauchslast rissfrei aufnehmen zu können, ist eine Vorspannung. Für dünnwandige Bauteile wird aktuell meist eine Vorspannung im sofortigen Verbund verwendet. Nachteilig ist dabei, dass die Spannglieder immer einen geradlinigen Verlauf zwischen den Spannvorrichtungen aufweisen. Eine Umlenkung wäre zwar möglich, ist aber praktisch schwer umsetzbar. Janke et al. [1] haben die Idee beschrieben, dünnwandige gekrümmte Elemente mit Formgedächtnislegierung (FGL) zu bewehren. Die Idee der Autoren ist nun, eine vorgedehnte FGL als Bewehrung zu verwenden und das gesamte Bauteil im Rahmen einer geeigneten Nachbehandlung nach Erreichen einer notwendigen Mindestfestigkeit des Betons thermisch zu aktivieren. Die Betonfestigkeit muss dabei bereits so weit entwickelt sein, dass die Vorspannkräfte aus der Formgedächtnislegierung vom Beton aufgenommen werden können, ohne dass dieser frühzeitig geschädigt Durch thermische Nachbehandlung können die Eigenschaften von Materialien gezielt beeinflusst werden. Ein Beispiel dafür ist Beton. Durch den Erwärmungsprozess können der Aushärtungsprozess beschleunigt und etwaig vorhandene puzzolanische Zuschlagstoffe zugunsten einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften aktiviert werden. Eisenbasierte Formgedächtnislegierungen reagieren unter bestimmten Umständen auch sensitiv auf Temperatureinwirkung. Eine vorab mechanisch eingeprägte Form, die beispielsweise durch Vordehnen hergestellt wird, kann durch eine thermische Behandlung wieder rückgängig gemacht werden. Wird diesem "Formgedächtniseffekt" ein Widerstand entgegengesetzt, so führt dieser zu einer Zugkraft im Metallteil, die gezielt als Vorspannung genutzt werden kann. Bewehrt man nun Beton mit Stäben oder Matten aus einer eisenbasierten Formgedächtnislegierung und behandelt die Bauteile entsprechend thermisch nach, kann ein Selbstvorspannungseffekt erzeugt werden, der sich vorteilhaft auf die Gebrauchstauglichkeit und Steifigkeit der Bauteile auswirkt. Der vorliegende Beitrag gibt einen Überblick über eine erste Machbarkeitsstudie zu diesem Ansatz. Nach einer Beschreibung der verwendeten Ausgangsmaterialien wird eine erste Serie von Dreipunktbiegeversuchen präsentiert, anhand dere...

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Section: Materialienunclassified

Selbstvorspannende ultrahochfeste Betonelemente

Kromoser¹,

Strieder²,

Kirnbauer

2019

Beton und Stahlbetonbau

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“…The recovery stress due to the shape memory effect was the cause of crack-closing [ 13 , 14 , 15 ], prestressing [ 16 , 17 ], and crack-repairing [ 18 ] in the cementitious composite. The superelastic characteristic provides the self-recovering capacity under the unloading condition [ 19 , 20 , 21 ]. In reinforced mortar, the SMA fibers without heating for phase transformation play the passive fibers like steel, carbon, and glass fibers for providing only the bridging effect.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Straining Behavior of Mortar Reinforced by Cold Drawn Crimped and Dog-Bone-Shaped Fibers under Monotonic and Cyclic Compressions

2021

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The straining behavior of the shape memory alloy (SMA) fibers-reinforced mortar was investigated in this study by the monotonic compressive and cyclic compressive tests. Two types of SMA fibers with a crimped and dog-bone shape were used due to the high pullout resistance capacity, which guaranteed that the fibers and mortar matrix were composited well. The plain mortar was mixed with two different compositions to create the higher elastic modulus mortar matrix and the lower elastic modulus mortar matrix compared with the elastic modulus of SMA fibers. The results of the experimental test indicated that the non-heated SMA fibers could control the strains in both elastic and plastic phases; in which, the crimped fiber was more effective in precracking due to the higher composite capacity while the dog-bone-shaped fiber had a higher effect in post-cracking. After heating, the dog-bone-shaped fiber slipped more than that of the crimped fiber; thus, the heated crimped fiber was more effective than the heated dog-bone-shaped fiber in controlling strains after cracking. The effect of SMA fibers on the elastic modulus depended on both the elastic modulus of mortar matrix and the property of SMA fibers. In the plastic phase, the fibers were effective on reducing the speed of damage in monotonic case. An equation using reinforcing index was suggested for damage evolution in the cyclic case.

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“…Its frequency range can reach from infrasound (<20 Hz) to ultrasound (>20 kHz). As a weak vibration signal, acoustic wave plays an extremely important role in human daily life and communication [1]. In practical applications, by detecting acoustic waves in different frequency bands, it can be applied in the fields of ultrasonic medicine, underwater acoustic monitoring, building structure monitoring, and aerospace.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

A Comprehensive Study of Optical Fiber Acoustic Sensing

et al. 2019

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The optical fiber acoustic sensing system is suitable for long-distance monitoring of the acoustic signals generated by the external disturbances. According to the continuity of sensing units, quasi-distributed and distributed optical fiber acoustic sensing technologies are differentiated to meet different application requirements. On the one hand, the recent progress of Fabry-Perot interferometer (FPI) focusing on the diaphragm material, and the research hotspots in the field of the continuous Fiber Bragg grating (FBG) array are firstly reviewed. On the other hand, Mach-Zehnder interferometry (MZI), Michelson interferometry (MI), and Sagnac interferometry (SI) have rapidly developed in the aspect of the demodulation algorithm optimization with the purpose of the sensing performance improvement. Moreover, the current primary research works of the phase-sensitive optical time-domain reflectometer (ϕ-OTDR) are the signalto-noise ratio improvement and the mixed optical structure design. Finally, this paper presents an overview of the recent advances of optical fiber acoustic sensing system in the application domains of military defense, structural health monitoring, petroleum exploration, and development. INDEX TERMS Acoustic detection, distributed acoustic sensing, optical fiber sensing, ϕ-OTDR, structural health monitoring.

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Cyclic flexural behavior of hybrid SMA/steel fiber reinforced concrete analyzed by optical and acoustic techniques

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Selbstvorspannende ultrahochfeste Betonelemente

Selbstvorspannende ultrahochfeste Betonelemente

Straining Behavior of Mortar Reinforced by Cold Drawn Crimped and Dog-Bone-Shaped Fibers under Monotonic and Cyclic Compressions

A Comprehensive Study of Optical Fiber Acoustic Sensing

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