Numerical Modeling of Heat Transfer in Reinforced Concrete Columns Exposed to Fire

화재에 노출된 철근콘크리트 기둥의 수치해석적 열전달 모델

Reinforced concrete columns exposed to fire experience severe deterioration in material properties and subsequent structural capacities. Degree of losses in structural capacity of a column due to fire-damage mainly depends on the amount of heat transferred into the column during the fire. A reasonable heat transfer model of fire-damaged reinforced concrete column needs to take into account the heat-dependent nonlinear properties of heat conductivity and heat capacity of concrete as well as the evaporation of moistures in a section during the fire. Compared to the previously suggested models, the developed model in this study has included all these parameters in its numerical expressions based on explicit finite difference method. The developed model could predict the temperature changes with a reasonable accuracy for the columns exposed to fire.

화재에 노출된 철근콘크리트 기둥은 기둥을 구성하는 재료물성의 변화와 함께 기둥의 구조적 성능에도 결과적으로 열화현상을 나타내게 된다. 기둥의 구조적 성능의 열화정도는 화재동안 기둥단면에 전달된 열의 양과 관련이 있다. 이를 예측하기 위한 합리적인 열 전달 모델은 기둥이 가열을 받는 동안 전달된 열 정도에 따라 변하는 콘크리트의 전도율 및 열용량, 그리고 단면 내 잉여수 증발에 대한 적절한 고려를 하여야 한다. 본 연구에서 제안한 모델은 양해법 유한차분법에 근거하여 개발되었으며 기존에 제안된 모델들에 비하여 이들 모든 변수들의 영향을 적절하게 고려하고 있다. 본 연구에서 개발된 모델은 기존 화해 실험에 의한 기둥 단면 내 온도를 적절하게 예측하였다.