The objective of this work is to study the restraining effect in fire resistance of framed structures and to evaluate the global response of reinforced concrete frames when exposed to fire based on advanced finite element method. To study the response a single portal frame is analyzed. The effect of floor slab on this frame is studied by modeling a beam-column-slab assembly. The evolution of temperature distribution, internal stresses and deformations of the frame subjected to ISO 834 standard fire curve for both the frames are studied. The thermal and structural responses are evaluated and a comparison of results of individual members and entire structure is done. From the study it can be seen that restraining forces has significant influence on both stresses and deflection and overall response of the structure when compared to individual structural member. Among the various structural elements, columns are the critical members in fire and failure of column causes the failure of entire structure. The fire rating of various structural elements of the frame is determined by various failure criteria and is compared with IS456 2000 tabulated fire rating.
In recent years, concrete-filled box or tubular columns have been commonly used in high-rise buildings. However, a number of fire test results show that there are significant differences between high strength concrete (HSC) and normal strength concrete (NSC) after being subjected to high temperatures. Therefore, this paper presents an investigation on the fire resistance of HSC filled steel tubular columns (CFTCs) under combined temperature and loading. Two groups of full-size specimens were fabricated to consider the effect of type of concrete infilling (plain and reinforced) and the load level on the fire resistance of CFTCs. Prior to fire test, a constant compressive load (i.e., load level for fire design) was applied to the column specimens. Thermal load was then applied on the column specimens in form of ISO 834 standard fire curve in a large-scale laboratory furnace until the set experiment termination condition was reached. The results demonstrate that the higher the axial load level, the worse the fire resistance. Moreover, in the bar-reinforced concrete-filled steel tubular columns, the presence of rebars not only decreased the spread of cracks and the sudden loss of strength, but also contributed to the load-carrying capacity of the concrete core.
As performance-based design (PBD) has a direct impact on evacuation safety assessments, designing fire scenarios based on real fire tests is essential. To improve the reliability of the PBD for fire safety in multiplexes, information on fire behavior, such as heat release rate (HRR) and fire spread rate, are provided in this study by conducting a standard fabric flammability test. To this end, several chairs were arranged in a pattern that resembled a theater-style seating. The peak HRR and heating value per unit mass for each chair ranged from 415 kW to 988 kW and 15.2 MJ/kg to 23.8 MJ/kg, respectively. The heating values per unit mass of the new and old chairs were 23.6 MJ/kg and 16.7 MJ/kg, respectively. As the quantity of plastic and cushioning materials in the new chairs was more than that of the old ones, the new chairs were more vulnerable to fire hazards. Furthermore, when the chairs were arranged in a line, the fire spread rate was observed to be 0.39-0.42 m/min, regardless of the ignition location. Finally, a fire growth curve showing the peak HRR and fire spread rate was also demonstrated.
Reinforced concrete structures are vulnerable to high temperature conditions such as those during a fire. At elevated temperatures, the mechanical properties of concrete and reinforcing steel as well as the bond between steel rebar and concrete may significantly deteriorate. The changes in the bonding behavior may influence the flexibility or the moment capacity of the reinforced concrete structures. The bond strength degradation is required for structural design of fire safety and structural repair after fire. However, the investigation of bonding between rebar and concrete at elevated temperatures is quite difficult in practice. In this study, bond constitutive relationships are developed for normal and high-strength concrete (NSC and HSC) subjected to fire, with the intention of providing efficient modeling and to specify the fire-performance criteria for concrete structures exposed to fire. They are developed for the following purposes at high temperatures: normal and high compressive strength with different type of aggregates, bond strength with different types of embedment length and cooling regimes, bond strength versus to compressive strength with different types of embedment length, and bond stress-slip curve. The proposed relationships at elevated temperature are compared with experimental results.
The theoretical bases on characteristics of heat release rate in compartment of building for scenario of smoke management are introduced and the numerical applications to simple compartment model are carried out. The growth stage which is important for smoke management design is modelled as t-squared fire curve including fire growth coefficient with related to growth rate. The conditions for the happening of flashover is presented such as $600^{\circ}C$ of temperature or $20kW/m^2$ of radiation heat flux. After the flashover happen, the fire in compartment changes to fully developed fire having the characteristics of ventilation-controlled fire. As the result of numerical analysis to simple compartment model, the time to reach 900K under ceiling for condition of medium growth is twice for condition of fast growth.
The effects of changes in area and location of fire source, fire growth rate, and volume of compartment on the major fire characteristics, including heat release rate, in closed compartment fires were examined. To this end, a fire simulation using Fire Dynamics Simulator (FDS) was performed for ISO 9705 room with a closed opening. As main result, it was found that the changes in the area and location of fire source did not significantly affect the thermal and chemical characteristics inside the compartment, such as maximum heat release rate, total heat release, maximum temperature at upper layeras well as species concentrations. However, increasinthe fire growth rate and volume of compartment resulted in increase of the maximum heat release rate and total heat release, decrease in the limiting oxygen concentration and increase in the maximum CO concentration. Finally, a methodology for the application of fire growth curves to closed compartment fires was proposed by deriving the correlation of the maximum heat release rate expressed as a function of the fire growth rate and the volume ratio of compartment based on the ISO 9705 room.
Numerical simulation has been performed to investigate the characteristics of the mist flow through the fire suppression nozzles. The commercial CFD software, FLUENT with the proper modeling was applied for analyzing both the internal and external flow of the spray nozzles. Computations were made for the full cone nozzle in the operation range of the low pressure and high flow-rate. To validate the present computational procedure, numerical results are compared with measurements in terms of K-factor, SMD, axial spray velocity and spray angles. Numerical results suggested that the present numerical model can be used as an adequate tool for a design purpose of mist-spray nozzles.
Chung, H.;Lee, C.;Jung, H.;Choi, B.;Han, Y.;Ohck, Y.
유체기계공업학회:학술대회논문집
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2005.12a
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pp.233-239
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2005
In the present study, numerical simulation has been performed to investigate the characteristics of the mist flow through the fire suppression nozzles. The commercial CFD software, FLUENT with the proper modeling was applied in both the internal and external flow region of the spray nozzles. Applications were done to the full cone nozzle for the operation range of the low pressure and high flow-rate. Numerical validation was proved by the comparison of the experimental data. Parametric study of the key design factors was tried to improve the performance.
The prediction performance of B-RISK was evaluated for the fire behaviors of combustibles in a compartment using Fire Dynamics Simulator (FDS). First of all, to predict the heat release rate (HRR) for two combustible sets, the HRR for one combustible set and the design fire curve were used as input values for B-RISK. Comparing results of B-RISK calculations with experimental data for two combustible sets, it was found that B-RISK results predicted insufficiently for fire growth rate of experimental data but there was good agreement for maximum HRR and total HRR with the experimental data. And the B-RISK results were used for input values of FDS to evaluate the fire behaviors of B-RISK results. Comparing results of FDS calculations with experimental data, the simulation results showed that the temperature and concentrations of O2, CO2 in the fire growth phase were different from the experimental data. However, when using the B-RISK result for percentile 70%, the simulation results sufficiently predicted the overall fire behaviors.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.22
no.3
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pp.293-310
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2020
The purpose of this study is to present the most effective smoke exhaust mode by comparing the quantitatively evaluated risks according to the smoke exhaust mode when a train fire occurs in a subway platform. Therefore, applying the typical subway platform as a model, train fire scenarios are developed with the evacuation start time and location of the fire train for each exhaust mode. The fire accident rates (F) are calculated and the number of fatalities (N) was quantitatively estimated by fire analysis and evacuation analysis for each scenario. In addition, the F/N curve compared with the social risk assessment criteria and the following conclusions were obtained. In the event of a train fire at the subway station platform, the evacuation must start up within 600 s in maximum to ensure the evacuees' safety. To secure evacuation safety, it is advantageous to operate the HVAC system of the platform in the air-supply mode at station without TVF. Comparing the F/N curve for each exhaust mode with the social risk criteria, it turned out that the risk significantly exceeds the social risk criteria in case of no mechanical ventilation. As a result, this paper shows that the ventilation mode in which TVF are exhausted and HVAC system is operated in the pressurized mode are the most effective smoke exhaust mode for ensuring evacuation safety.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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