Fiber reinforced polymers (FRPs) have gained increasing popularity in upgrades of reinforced structural elements due to high strength to weight ratio and ease of application. In this study, the effectiveness of the carbon reinforced polymer wrapping (CFRP) on ductility and strength of circular reinforced concrete columns, made of low strength concrete, is presented. Four circular reinforced columns with similar dimensions, longitudinal and confining steel reinforcement were tested under combined axial load and bending moment. Three specimens were strengthened with CFRP and the results were compared with the control specimen. The main parameter of the experimental study was selected as the level of eccentricity. First of all, the strain profiles of FRPs in the circumferential direction were observed and the confining stress distributions were examined. Then, an axial stress-strain model for FRP confined concrete with a transition from softening to hardening response for different confinement ratios is proposed. The proposed model was verified by comparing the model estimations with the test results obtained from this study and results reported by other researches. In addition, a parametric study was presented to obtain a simple equation to estimate curvature ductility of FRP confined circular columns.

A logical progression from the maturing field of colloidal semiconductor quantum dots to the emerging subclass of impurity-doped colloidal semiconductor nanoparticles is underway. To this end, the present work describes the formation and analysis of a new form of Tin-doped Indium Oxide (ITO). The form is that of a colloidal dispersion comprised of pure-phase, 4-6 nanometer ITO particles possessing an essentially single crystalline character. This system forms a non-agglomerated, optically clear solution in a variety of non-polar solvents and can remain in this state, at room temperature, for months and potentially, years. ITO is the most widely used member of the exotic materials family known as Transparent Conductive Oxides (TCOs) and is the primary enabling material behind a wide variety of opto-electronic device technologies. Material synthesis was achieved by initiating a series of interrelated nucleophilic substitution reactions that provided sufficient intensity to promote doping efficiencies greater than 90% for a wide range of tin concentrations. The optical clarity of this colloidal system allowed the intrinsic properties of single crystalline ITO particles to be evaluated prior to their use in thin-films or composite structures. Monitoring the temporal progression of n-type degeneracy by its effects on the optical properties of colloidal dispersions shed light on the fundamental issues of particle formation, band filling (Burstein-Moss) dynamics, and the very origin of n-type degeneracy in ITO. Central to these studies was the issue of excess electron character. The two limiting cases of entirely free and entirely confined electron motion were evaluated by application of bulk-like band dispersion analysis and the effective mass approximation, respectively. This provided a means to estimate the number of excess conduction band electrons present within an individual particle boundary. The ability to control and optimize the level of n-type degeneracy within the colloidal ITO nanoparticle form by compositional variation was also demonstrated. A key to the widespread adoption of a new material by industry is an ability to produce multi-gram and perhaps, kilogram quantities with no significant sacrifice in quality. Accordingly, a modified synthesis process was developed to allow for the mass production of high-quality colloidal ITO nanocrystals.

The effectiveness of a new structural material, namely textilereinforced mortar (TRM), was investigated experimentally in this study as a means of confining old-type reinforced concrete columns with limited capacity due to bar buckling or due to bond failure at lap splice regions. Comparisons with equal stiffness and strength fiber-reinforced polymer (FRP) jackets allow for the evaluation of the effectiveness of TRM versus FRP. Tests were carried out on full scale non-seismically detailed RC columns subjected to cyclic uniaxial flexure under constant axial load. Thirteen cantilever-type specimens with either continuous longitudinal reinforcement (smooth or deformed) or lap splicing of longitudinal bars at the floor level were constructed and tested. Experimental results indicated that TRM jacketing is quite effective as a means of increasing the cyclic deformation capacity of old-type RC columns with poor detailing, by delaying bar buckling and by preventing splitting bond failures in columns with lap spliced bars. Compared with their FRP counterparts, TRM jackets used in this study were found to be equally effective in terms of increasing both the strength and deformation capacity of the retrofitted columns. From the response of specimens tested in this study, it can be concluded that TRM jacketing is an extremely promising solution for the confinement of reinforced concrete columns, including poorly detailed ones with or without lap splices in seismic regions.

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Dans la gamme de tailles nanométriques, les propriétés optiques de particules uniques d'or et d'argent sont celles du solide massif modifiées par le confinement diélectrique : en particulier les Résonances de Plasmon de Surface. L'interaction lumièrenanoparticule étant très faible, l'étude d'une particule unique a pu être réalisée grâce au développement d'une technique optique originale en champ lointain basée sur la modulation spatiale de l'échantillon. Cette technique a permis la détection et la caractérisation optique géométrique de nanoparticules uniques d'environ 10 nm de diamètre, à l'aide de sources laser ou d'un continuum. L'utilisation d'une lampe blanche et d'un montage proche UltraViolet – visible – proche InfraRouge a permis l'étude de plus grosses particules et donc du mode quadrupolaire du plasmon ainsi que l'analyse de valeurs publiées des fonctions diélectriques des métaux nobles. L'étude de particules en fonction de leur taille a permis de vérifier le passage au mode quasi-statique d'oscillation collective des électrons de conduction. La corrélation des mesures optiques à la microscopie électronique à transmission a montré l'influence de la forme et des interactions entre particules sur cette réponse optique.

Ce travail concerne la synthèse et l'étude de nanoparticules d'oxydes de terres rares. Les agrégats sont synthétisés par LECBD (Low Energy Cluster Beam Deposition) puis déposés sur différents substrats pour analyse. La spectroscopie de photoélectrons X montre que les agrégats produits possèdent la stoechiométrie du matériau massif. Les dépôts sont imagés par microscopie électronique. Dans les conditions usuelles les agrégats déposés ont une taille faiblement dispersée autour d'une valeur moyenne de 3 nm. Les agrégats sont alors cristallisés et présentent une forme particulière, le dodécaèdre rhombique. La conservation de la structure cristalline ainsi que la stabilité particulière du dodécaèdre rhombique sont discutées en relation avec les propriétés de la liaison ionique. Les propriétés de luminescence de Gd2O3 dopé Eu3+ ont permis de mettre en évidence une transition de structure pour les agrégats de très petite taille. Cette transition peut être expliquée par la pression de Gibbs induite par la tension de surface. La simulation de la luminescence des agrégats montre l'influence importante de la surface dans l'élargissement inhomogène des spectres de luminescence des nanoparticules. Le confinement quantique dans Gd2O3 dopé Eu3+ est démontré. Le comportement observé présente des similitudes avec celui de matériaux moins ioniques. Une interprétation est proposée.

L'objectif de cette thèse est de caractériser le comportement du béton à des niveaux de confinement axiale de l'ordre du GigaPascal. Il s'inscrit dans un cadre plus général de maîtrise du comportement du béton sous impact. Le béton étudié est un béton dont les propriétés sont proches de celles des bétons courants. Une presse triaxiale est utilisée pour caractériser le comportement triaxial du béton selon différents trajets de chargement. Ces essais montrent le caractère irréversible de la compaction des bétons et l'influence du chemin de sollicitation sur celle-ci. Les essais uniaxiaux confinés et proportionnels montrent l'existence d'états limites en contraintes et en déformations. La comparaison des seuils de déformation montre que la surface seuil ainsi définie est indépendante du chemin de sollicitation. La comparaison des résultats des premiers essais en extension indique une absence d'influence de l'angle de Lode pour les niveaux de contrainte atteints durant les essais. L'étude des faciès de rupture après essais montre une évolution de l'inclinaison des plans de rupture avec le confinement. La fissuration s'oriente perpendiculairement à la direction principale maximale de charge lorsque les niveaux de confinement augmentent. L'étude numérique réalisée permet d'évaluer la capacité du modèle PRM-couplé à reproduire les essais triaxiaux expérimentaux. Ce modèle reproduit bien la compaction isotrope du matériau ainsi que la surface seuil définie par les états limite. Son défaut majeur est de ne pas prendre en compte l'influence des contraintes déviatoires sur le comportement en compaction du béton.

Die glasartige Dynamik in nanoskaligen Polymergeometrien ist ein hochaktuelles Forschungsgebiet, dessen Komplexität durch zahlreiche kontroverse Ergebnisse in der Fachliteratur unterstrichen wird. Die vorliegende Dissertation liefert zu dieser Thematik einen fundierten experimentellen Beitrag, indem erstmals an identisch präparierten Polymerfilmen mittels Kombination unterschiedlicher Analysemethoden (Ellipsometrie, Breitband Dielektrischer Spektroskopie, Röntgenreflektometrie) die Glasübergangstemperatur (Tg) in begrenzter Geometrie dünner Filme bestimmt wurde. Folgende Aspekte, die zum Verständnis der glasartigen Dynamik in dünnen Filmen dienen, werden in dieser Arbeit aufgegriffen: I) Welchen Einfluss haben attraktive, repulsive Grenzflächenwechselwirkungen zwischen Polymer und Substrat; II) Welche Rolle spielt die Polymerarchitektur (linear, verzweigt, hochverzweigt); III) Zeigen unterschiedliche Analysemethoden vergleichbare Ergebnisse und IV) In welcher Weise beeinflussen präparative und experimentelle Faktoren den Glasübergang in dünnen Filmen.

Thesis (Ph. D. in Physics)--Vanderbilt University, May 2004. / Title from title screen. Includes bibliographical references.

Semi-crystalline polymers have shown increased crystalline order and size when confined in multilayered films by coextrusion1. The resulting large crystals lead to dramatic improvements in gas barrier properties. Ordered polymers whose characteristics are between that of the liquid phase and the crystalline phase are known as liquid crystalline polymers. The highly ordered mesogens in liquid crystalline polymers contribute to their exceptional bulk properties. In this research, side-chain liquid crystalline polymers were confined in multilayered films, made by either multilayer coextrusion or spin coating, with a non-liquid crystalline polymer in an attempt to improve the ordering of the liquid crystalline mesogens. The liquid crystalline behavior and morphology was studied to understand the correlation between the confinement size and the properties of the multilayer films. Commercial main chain liquid crystalline polymers and hydrogen bonded liquid crystalline polymers were also explored in this research for their use in multilayer coextrusion. / text