High strength steels have been widely applied in recent years due to high strength and good working performance. When subjected to fire conditions, the strength and elastic modulus of high strength steels deteriorate significantly and hence the load bearing capacity of structures reduces at elevated temperatures. The reduction factors of mechanical properties of high strength steels are quite different from mild steels. Therefore, the fire design methods deduced from mild steel structures are not applicable to high strength steel structures. In recent ten years, the first author of this paper has carried out a lot of fundamental research on fire behavior of high strength steels and structures. Summary of these research is presented in this paper, including mechanical properties of high strength steels at elevated temperature and after fire exposure, creep response of high strength steels at elevated temperature, residual stresses of welded high strength steel member after fire exposure, fire resistance of high strength steel columns, fire resistance of high strength steel beams, local buckling of high strength steel members, and residual strength of high strength steel columns after fire exposure. The results show that the mechanical properties of high strength steel in fire condition and the corresponding fire resistance of high strength steel structures are different from those of mild steel and structures, and the fire design methods recommended in current design codes are not applicable to high strength steel structures.
The operating temperature of VHTR components is much higher than that of conventional PWR due to high core outlet temperature of VHTR. Material requirements and technical issues of VHTR reactor components which are mainly dominated by high temperature service condition were discussed. The codification effort for high temperature material and design methodology are explained. The design class for VHTR components are classified as class A or B according to the recent ASME high temperature reactor design code. A separation of thermal boundary and pressure boundary is used for VHTR components as an elevated design solution. Key design characteristics for reactor pressure vessel, control rod, reactor internals, graphite reflector, circulator and intermediate heat exchanger were analysed. Thermo-mechanical analysis of the process heat exchanger, which was manufactured for test, is presented as an analysis example.
Alaskar, Abdulaziz;Alyousef, Rayed;Alabduljabbar, Hisham;Alrshoudi, Fahed;Mohamed, Abdeliazim Mustafa;Jermsittiparsert, Kittisak;Ho, Lanh Si
Advances in concrete construction
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제9권4호
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pp.355-365
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2020
The influence of temperature on the material of concrete filled columns (CFCs) under axial loading has been quantitatively studied in this research. CFCs have many various advantages and disadvantages. One of the important inefficiency of classic CFCs design is the practical lack of hooped compression under the operational loads because of the fewer variables of Poisson's rate of concrete compared to steel. This is the reason why the holder tends to break away from the concrete core in elastic stage. It is also suggested to produce concrete filled steel tube columns with an initial compressed concrete core to surpass their design. Elevated temperatures have essentially reduced the strengths of steel tubes and the final capacity of CFCs exposed to fire. Thus, the computation of bearing capacity of concrete filled steel tube columns is studied here. Sometimes, the structures of concrete could be exposed to the high temperatures during altered times, accordingly, outcomes have shown a decrement in compressive-strength, then an increase with the reduction of this content. In addition, the moisture content at the minimal strength is declined with temperature rising. According to Finite Element (FE), the column performance assessment is carried out according to the axial load carrying capacities and the improvement of ductility and strength because of limitations. Self-stress could significantly develop the ultimate stiffness and capacity of concrete columns. In addition, the design equations for the ultimate capacity of concrete columns have been offered and the predictions satisfactorily agree with the numerical results. The proposed based model (FE model of PEC column) 65% aligns with the concrete exposed to high temperature. Therefore, computed solutions have represented a better perception of structural and thermal responses of CFC in fire.
우리나라의 수로교는 구조검토결과 내력부족이 없고 시공결함이 없으며, 사용된 재료나 기술 및 시공된 후의 환경상태 등 모든 조건이 동일함에도 균열, 붕괴 등 구조안전을 위협하는 하자가 대부분 일정간격으로 반복되고 있다. 하자 보수 후 채 손상의 발생은 물론 보수 전 양호하였던 인접교각에까지 손상이 확대되어 감은 물론 보수를 하지 않고 장기간 방치된 경우에도 손상은 확대되었다. 또한 철거 후 재시공한 곳에서도 손상이 반복되는 양상을 보였다. 철근콘크리트조 수로교가 불과 수년경과 후 발생될 수밖에 없었던 손상은 구조적인 결함 때문이 아니라 받침장치의 부식 및 신축유격의 부족 등 기능장치의 결함으로 [대기온도변화에 의한 수로의 길이 방향 신 축 변형의 누적] 이라는 손상 메커니즘의 결과 때문이었다. 따라서 원인과는 무관한 통상적인 방법으로 이루어진 보수는 재 손상이나 이의 확산은 필연적이므로 손상 메커니즘이 형성되지 않도록 설계 및 시공되어야 수로교의 안전 및 내구성 확보가 가능하게 된다.
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.
In this study, high temperature design and integrity evaluation methodology have been developed for Type 316L stainless steel air-to-sodium heat exchanger which uses 700℃ sodium as coolant. Currently the only design rules that take creep effects into consideration explicitly for the 316L stainless steel subjected to high temperature in the creep range are French RCC-MRx, where elevated temperature designs are possible around 550℃. Absent design coefficients at high temperature were determined based on the material properties newly determined in previous studies, and high-temperature design evaluation methodologies were developed based on 3D finite element analyses on the 700℃ class heat exchanger. In addition, works were conducted on the web-based design evaluation program of HITEP_RCC-MRx including incorporation of material properties and design coefficients up to 700℃. Methodologies on high temperature design evaluations on Type 316L stainless steel high-temperature heat exchanger were suggested.
El-Mahdya, Osama O.;Hamdy, Gehan A.;Hisham, Mohammed
Structural Engineering and Mechanics
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제77권5호
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pp.673-689
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2021
This paper addresses the efficiency of thermal insulation layers applied to protect structural elements strengthened by fiber-reinforced polymers (FRP) in the case of fire event. The paper presents numerical modeling and nonlinear analysis of reinforced concrete (RC) columns externally strengthened by FRP and protected by thermal insulation layers when subjected to elevated temperature specified by standard fire tests, in order to predict their residual capacity and fire endurance. The adopted numerical approach uses commercial software includes heat transfer, variation of thermal and mechanical properties of concrete, steel reinforcement, FRP and insulation material with elevated temperature. The numerical results show good agreement with published results of full-scale fire tests. A parametric study was conducted to investigate the influence of several variables on the structural response and residual capacity of insulated FRP-confined columns loaded by service loads when exposed to fire. The residual capacity of FRP-confined RC column was affected by concrete grade and insulation material and was shown to improve substantially by increasing the concrete cover and insulation layer thickness. By increasing the VG insulation layer thickness 15, 32, 44, 57 mm, the loss in column capacity after 5 hours of fire was 30%, 13%, 7% and 5%, respectively. The obtained results demonstrate the validity of the presented approach for estimation of fire endurance and residual strength, as an alternative for fire testing, and for design of fire protection layers for FRP-confined RC columns.
A combustion chamber is designed and fabricated for studying the combustion characteristics of counterflow flames at elevated pressure and establishing the fundamental combustion database of counterflow flames. The combustion chamber design aims to allow the maximum operating pressure of 11 bar and be able to conduct flame visualization and the measurements of flame extinction limits, flame temperature and combustion emissions at elevated pressure. Preliminary tests for counterflow nonpremixed $CH_4-NH_3-N_2$/air flames at 1-3 bar have been conducted, and the results confirm the proper operation of the designed chamber.
Process design has been performed for the warm hydroforming of light weight alloy tubes. For the heating of tubes, specially designed induction heating system has been adopted to ensure rapid heating of tubes. The induction heating system uses 30kHz frequency induction coil in order to concentrate the energy in the tube and prevent the energy loss. But the induced heat by the integrated heating system, consisting of induction coil, tube, pressure oil and dies, was normally not equally distributed over the length and circumference of the tube specimen, and consequent temperature distribution was non-uniform. So additional heating element has been inserted into the inside of the tube to maintain the forming temperature and reduce temperature drop due to heat loss to the molds. And for that heat loss, a heat insulation system has also been installed. The drop in flow stress at elevated temperatures results in lower internal pressure for hydroforming and lower clamping forces. The proposed warm hydroforming process has been successfully implemented when applying 6061 aluminum extruded tubes.
As one of the ways to enhance the economical features in sodium-cooled fast reactor development, the concept of an integrated steam generator and pump system (ISGPS) is proposed from a structural point of view. And the related intermediate heat transfer system (IHTS) piping layout compatible with the ISGPS is described in detail. To assure the creep design lifetime of 60 years, the structural integrity is investigated through high temperature structural evaluation procedures by the SIE ASME-NH computer code, which implements the ASME-NH design rules. From the results of this study, it is found that the proposed ISGPS concept is feasible and applicable to a commercial SFR design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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