KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.7
no.3
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pp.203-212
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1987
The hydration and strength of concrete are affected by curing conditions, especially curing temperature. In this paper, the hydration temperature of heated curing concrete specimen are measured by thermo-couples instead of conduction calorimeter, and strengths of concrete are tested. The results of this study show that the compressive strengths of concrete are especially dependent on the curing temperature. And the strength results of concrete agree approximately with the results of approach to the hydration process of cement concrete.
This paper proposes a Global-Local Analysis Method (GLAM) to assess the progressive collapse of steel framed structures under fire-induced column failure. GLAM obtains the overall structural response by combining dynamic analysis of the heated column (local) with static analysis of the overall structure (global). Test results of two steel frames which explicitly consider the dynamic effect during fire-induced column failure were employed to validate the proposed GLAM. Results show that GLAM gives reasonable predictions to the test frames in terms of both whether to collapse and the displacement verse temperature curves. Besides, several case studies of a two-dimensional (2D) steel frame and a three-dimensional (3D) steel frame with concrete slabs were conducted by using GLAM. Results show that GLAM gives the same collapse predictions to the studied cases with nonlinear dynamic analysis of the whole structure model. Compared with nonlinear dynamic analysis of the whole structure model, GLAM saves approximately 70% and 99% CPU time for the cases of 2D and 3D steel frame, respectively. Results also show that the load level of a structure has notable effects on the restraint condition of a heated column in the structure.
This research focused on analyzing the post-fire behavior of high-performance concrete-filled steel tube (CFST) columns, with the concrete containing tire rubber and steel fibers, under axial compressive loading. The finite element (FE) modeling of such heated columns containing recycled aggregate is a branch of this field which has not received the proper attention of researchers. Better understanding the post-fire behavior of these columns by measuring their residual strength and deformation is critical for achieving the minimum repair level required for structures damaged in the fire. Therefore, to develop this model, 19 groups of confined and unconfined specimens with the variables including the volume ratio of steel fibers, tire rubber content, diameter-to-thickness (D/t) ratio of the steel tube, and exposure temperature were considered. The ABAQUS software was employed to model the tested specimens so that the accurate behavior of the FE-modeled specimens could be examined under test conditions. To achieve desirable results for the modeling of the specimens, in addition to the novel procedure described in this research, the modified versions of models presented by previous researchers were also utilized. After the completion of modeling, the load-axial strain and load-lateral strain relationships, ultimate strength, and failure mode of the modeled CFST specimens were evaluated against the test data, through which the satisfactory accuracy of this modeling procedure was established. Afterward, using a parametric study, the effect of factors such as the concrete core strength at different temperatures and the D/t ratio on the behavior of the CFST columns was explored. Finally, the compressive strength values obtained from the FE model were compared with the corresponding values predicted by various codes, the results of which indicated that most codes were conservative in terms of these predictions.
Nematzadeh, Mahdi;Baradaran-Nasiri, Ardalan;Hosseini, Mehdi
Structural Engineering and Mechanics
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v.72
no.3
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pp.339-354
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2019
Reusing building materials and concrete of old buildings can be a promising strategy for sustained development. In buildings, the performance of materials under elevated temperatures is of particular interest for determining fire resistance. In this study, the effect of pozzolan and aggregate type on properties of concrete exposed to fire was investigated. In doing so, nanosilica with cement-replacement levels of 0, 2, and 4% as well as silica fume and ultrafine fly ash with cement-replacement levels of 0, 7.5, and 15% were used to study effect of pozzolan type, and recycled refractory brick (RRB) fine aggregate replacing natural fine aggregate by 0 and 100% was utilized to explore effect of aggregate type. A total of 126 cubic concrete specimens were manufactured and then investigated in terms of compressive strength, ultrasonic pulse velocity, and weight loss at $23^{\circ}C$ and immediately after exposure to 400 and $800^{\circ}C$. Results show that replacing 100% of natural fine aggregate with recycled refectory brick fine aggregate in the concretes exposed to heat was desirable, in that it led to a mean compressive strength increase of above 25% at $800^{\circ}C$. In general, among the pozzolans used here, silica fume demonstrated the best performance in terms of retaining the compressive strength of heated concretes. The higher replacement level of silica fume and ultrafine fly ash pozzolans in the mixes containing RRB fine aggregate led to a greater weight loss rate, while the higher replacement level of nanosilica reduced the weight loss rate.
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.
Corrosion of steel reinforcment is the most significant factor of deterioration in reinforced concrete structures. Chloride ion is considered one of the most common culprits in the corrosion of steel in concrete. It breaks down the passive film and allows the steel to corrode actively at a high rate. The main objective of this study is to determine the critical chloride ion concentrations in the pore solutions and chloride binding effect of cement pastes made with and without fly ash. Cement pastes with water-binder ratio of 0.5, allowed to hydrate in sealed containers for 28 days and to express pore solution. The expressed pore fluids were analyzed for chloride and hydroxyl ion concentrations. Evaporable water on paralled specimens was determined a.s the loss of weight per 100g of unhydreded cement when the specimens were heated to constant weight at 105'C. It was found that the replaced cement with fly ash has negligible influnce on the chloride binding and chloride binding capacity and rises the $Cl^-$ /$OH^-$ ratio in pore solution.
Experiments were performed for the real sized 12 reinforced concrete columns of 350${\times}$350${\times}$3350 mm with normal concrete in order to observe the fire-damaged behavior of these columns. Columns were heated according to the ISO heating curve. Main experimental parameters were: magnitude of axial load, heating time, cover thickness, and eccentricity. Effects of these parameters on the axial expansion and contraction, rotation, buckling, ISO fire resistance, and structural stability were experimentally quantified. It has been observed that the contraction rate of axial deformation was affected mostly by the duration of heating time and buckling of reinforcement or member by the magnitude of axial load, duration of heating time, cover thickness and eccentricity in order. Based on the experimental observations, ISO fire resistance criteria were qualiatively criticized.
This paper presents experimental investigations of the fundamental behavior of concrete filled steel tube (CFT) beam-columns under fire loading. A total of thirteen specimens were tested to determine the axial force-moment-curvature-temperature behavior of CFT beam-columns. The experimental approach involved the use of: (a) innovative heating and control equipment to apply thermal loading and (b) digital image correlation with close-range photogrammetry to measure the deformations (e.g., curvature) of the heated region. Each specimen was sequentially subjected to: (i) constant axial loading; (ii) thermal loading in the expected plastic hinge region following the ASTM E119 temperature-time T-t curve; and (iii) monotonically increasing flexural loading. The effects of various parameters on the strength and stiffness of CFT beam-columns were evaluated. The parameters considered were the steel tube width, width-tothickness ratio, concrete strength, maximum surface temperature of the steel tube, and the axial load level on the composite CFT section. The experimental results provide knowledge of the fundamental behavior of composite CFT beam-columns, and can be used to calibrate analytical models or macro finite element models developed for predicting behavior of CFT members and frames under fire loading.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.7
no.3
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pp.133-138
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2003
As concrete structures are heated, thermal strain can be developed. Because of the boundary conditions, the thermal stress may be arisen. Thermal strain and temperature were measured simultaneously using an optical fiber sensor. Fiber Bragg Grating Sensor(FBG sensor) was used in the measurement. Because it can measure the strains more than two points with one line, it was possible to measure both thermal strain and temperature with one line. To compare data measured by FBG sensor, strain and temperature were measured using strain gauge and thermocouple. The FBG sensor could measure the strain under the temperature greater than $60^{\circ}C$ but strain gauge couldn't. Both the FBG temperature sensor and thermocouple could measure the temperature and the results are related each other linearly.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.19
no.2
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pp.197-204
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2021
In this study, the well-known non-destructive acoustic emission (AE) and electrical resistivity methods were employed to predict quantitative damage in the silo structure of the Wolsong Low and Intermediate Level Radioactive Waste Disposal Center (WLDC), Gyeongju, South Korea. Brazilian tensile test was conducted with a fully saturated specimen with a composition identical to that of the WLDC silo concrete. Bi-axial strain gauges, AE sensors, and electrodes were attached to the surface of the specimen to monitor changes. Both the AE hit and electrical resistance values helped in the anticipation of imminent specimen failure, which was further confirmed using a strain gauge. The quantitative damage (or damage variable) was defined according to the AE hits and electrical resistance and analyzed with stress ratio variations. Approximately 75% of the damage occurred when the stress ratio exceeded 0.5. Quantitative damage from AE hits and electrical resistance showed a good correlation (R = 0.988, RMSE = 0.044). This implies that AE and electrical resistivity can be complementarily used for damage assessment of the structure. In future, damage to dry and heated specimens will be examined using AE hits and electrical resistance, and the results will be compared with those from this study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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