The strength of steel in a concrete filled steel tube (CFT) is reduced in a fire, but the concrete filled structurally ensures the fire resistance due to its high thermal capacity. This research analyzed the fire resistance performance due to the variances of concrete strength filled inside of steel tube and the load ratios, which can influence on the fire resistance of CFT. As $280{\times}280{\times}6$ CFT columns with the concrete strengths of 24 MPa and 40 MPa and the axial load ratios of 0.9, 0.6, and 0.2 in accordance with KS F 2257-1 and 7 were heated with loading to examine the fire resistance performance, the fire resistance used to 24 MPa concrete showed 27, 113, and 180 minutes according to the axial load ratios, 0.9, 0.6, and 0.2 respectively. In case of 40 MPa concrete, the fire resistance were turned out to be 19 and 28 minutes for the axial load ratios, 0.9 and 0.6 respectively. The results of fire resistance with 40 MPa concrete showed the much lower fire resistance performance than those of 24 MPa concrete. In case of 40 MPa, the fire resistance performance was not increased significantly according to the axial load ratio than that of 24 MPa. The main reason why the higher concrete strength showed lower fire resistance than that of lower guessed the internal stress had the concrete strength weak.
In this paper, experimental program and associated numerical study were carried out to evaluate the fire resistance of unprotected concrete-filled rectangular steel tubular (CFT) columns subjected to the standard fire. The key testing parameters included the length effect, the load ratio, and the sectional dimensions of the CFT columns. Temperature distribution and axial deformation of the CFT column specimens were measured and analyzed. Rather early local buckling of steel tubes was observed in all the specimens. This caused subsequent load transfer from steel tube to concrete, and eventually triggered concrete crushing, or complete loss of the load bearing capacity of the column. This implies that the limit state of local buckling as well as overall flexural buckling should be incorporated in fire design procedure. As expected, the fire resistance time of specimen with higher load ratio consistently lessened. The prediction of fire resistance time of unprotected CFT columns based on the limiting steel temperature in current design codes or the formula proposed by previous studies is slightly conservative compared to the fire test results available. To establish the finite element analysis model that can be used to predict the thermal and structural behaviour of unprotected CFT columns in fire, the fully coupled thermal-stress analysis was also tried by using the commercial code ABAQUS. The numerical results showed a reasonable global correlation with the experimental results.
A numerical model considering the vapor pressure and the creep models, in the form of a analytical program, for tracing the behavior of high strength concrete (HSC) members exposed to fire is presented. The two stages, i.e., spalling procedure and fire resistance time, associated with the thermal, moisture flow, creep and structural analysis, for the prediction of fire resistance behavior are explained. The use of the analytical program for tracing the response of HSC member from the initial pre-loading stage to collapse, due to fire, is demonstrated. The validity of the numerical model used in this program is established by comparing the predictions from this program with results from others fire resistance tests. The analytical program can be used to predict the fire resistance of HSC members for any value of the significant parameters, such as load, sectional dimensions, member length, and concrete strength.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.34
no.1
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pp.95-105
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2014
Reinforced concrete (RC) shield tunnel lining must be designed for fireproof performance because the lining is sometimes exposed to very high temperature due to traffic accidents. Both experimental and numerical studies are carried out to evaluate fire resistance performance of precast RC tunnel lining systems. In the experimental studies, six full-scale precast RC tunnel segments are exposed to fire in order to examine the influence of various parameters on the fire resistance performance of precast RC tunnel lining. We used the temperature curve of the RABT criteria, which are severe conditions of fire temperatures. The fire test showed that the explosive spalling was not observed by substituting concrete to PP fiber reinforced concrete. A transient heat flow analysis was carried out in consideration of the material properties that change with temperature, and the results showed good agreement with the test results.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.689-692
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2008
HSC(High Strength Concrete) have superior properties well as improvement in durability compared with normal strength concrete. In spite of durability of HSC, explosive spalling of concrete is serious problem in structure safety. Therefore, Solving methods are required to control the explosive spalling. The properties of concrete are affected by changes of temperatures. Compressive strength and elasticity modulus were degraded depending on a rise of temperatures. Also, change in microstructure and dehydration of concrete subjected to high temperatures. This paper is concerned with change in microstructure and dehydration of the alumino silicate fire protection materials at high temperatures. The testing methods of fire protection materials in high temperature properties are make use of SEM, TG-DSC and XRD. From the experimental test results, influence of high temperatures on microstructure of alumino-silicate fire protection material was identified, including chemical dehydration of C-S-H and CH. The chemical dehydration of CH under various temperatures from to 450 to 600$^{\circ}$C has been measured using the TG-DSC. However, developed alumino silicate fire protection materials showed good stability in high Temperatures. Thus, the results indicate that it is possible to fireproof panels, fire protection of materials.
Kim, Sung Bae;Choi, Seng Kwan;Lee, Chang Nam;Kim, Sang Sup
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.18
no.1
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pp.113-122
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2006
The purpose of this paper is to evaluate the fire resistance of the TSC beam, a composite beam composed of a concrete beam enclosed by steel plates. Since a discrepancy was observed between the structural mechanisms of TSC and typical composite beams, the fire performances of the two beams are likewise believed to be partially dissimilar. In this experiment, small and medium-sized TSC beams were tested under given conditions in the laboratory, with/without one of the most widely used spray-on fire protections in Korea. Furthermore, based on the steel and concrete properties under elevated temperatures that were obtained from Eurocode, temperature development across the section was suggested, analyses. To determine the capacity of a modified plastic section, th e fire performance of the model was also examined.
High strength concrete (HSC) has been mainly used in large SOC structures. HSC have superior property as well as improvement in durability compared with normal strength concrete. In spite of durability of HSC, explosive spalling in concrete front surface near the source of fire occurs serious problem in structural safety. Therefore, this study is concerned with experimentally investigation of fire resistance at high temperature due to fireproof material covering thickness in addition to concrete cover. From the test result, it was appeared that the use of fireproof material results in good performance for fire resistance and spalling prevention, and the optimal fireproof covering thickness is 1~3mm. On the other hand, the temperature was rapidly increased by explosive spalling within 30 minutes and showed very little rise caused by evaporation heat after then. It was also found that the void channel was remained at high temperature as PP fiber melts at about $200^{\circ}C$, and the pore pressure in concrete was decreased.
Kim, Jeong-Jin;Lee, Sang-Hyun;Lee, Joo-Ho;Shin, Jae-Kyung;Park, Jong-Ho;Jeong, Yong
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2010.05a
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pp.395-396
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2010
The purpose of this research is that development of fire-high resistance concrete for high-rise buildings is carried out with a test, which is for confirmation of fire-resistance capacity of 80MPa high-strength concrete. In this test, self-developed Polymix to confirm fire-resistance capacity of high-strength concrete in domestic high-rise buildings recently is applied.
Kim, Young-Hun;Lee, Mun-Hwan;Lee, Sea-Hyun;Yu, Jong-Su;Jeong, Jun-Young;Ryu, Deug-Hyun
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2009.05a
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pp.227-228
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2009
This study proceeded to find the optimum mixing rate of a high strength concrete with 80MPa of the contribution and composite effect on the resistance to fire of the fibers were analyzed and the corresponding results were exploited to derive practical mix proportions. Also proceeded to propriety examination of limit value for optimum operating condition.
Kim, Sun Hee;Yom, Kong Soo;Kim, Yong Hwan;Choi, Sung Mo
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.26
no.6
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pp.499-509
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2014
This study focuses on mixing steel fiber in the concrete to improve the ductility and toughness of the columns. The purpose of the study is to evaluate the load capacity and deformation capacity associated with the amount of steel fiber and loading condition and to analyze the interplay between the steel fiber reinforced concrete and the welding built-up square tube in terms of structure and fire resistance performance. Reinforcement of concrete with steel fiber(Vf=0.375%), when cross-section shape and boundary condition (load ratio) remained unchanged, improved fire resistance performance by 1.1~1.3 times. It is deemed that the area resisting thermal load increased and fire resistance performance was improved since the concrete reinforced with steel fiber restrained cracking. In addition, the fact that the cross-sections of the concrete were barely damaged indicates that load share capacity was greatly improved.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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