Fire is one of the most destructive powers to which a building structure can be subjected, often exposing concrete elements to elevated temperatures. The relative properties of concrete after such an exposure are of significant importance in terms of the serviceability of buildings. Unraveling the heating history of concrete and different cooling regimes is important for forensic research or to determine whether a fire-exposed concrete structure and its components are still structurally sound or not. Assessment of fire-damaged concrete structures usually starts with visual observation of colour change, cracking and spalling. Thus, it is important to know the effect of elevated temperatures on strength retention properties of concrete. This study reports the effect of elevated temperature on the mechanical properties of the concrete specimen with polypropylene fibres and cooled differently under various regimes. In the heating cycle, the specimen were subjected to elevated temperatures ranging from $200^{\circ}C$ to $800^{\circ}C$, in steps of $200^{\circ}C$ with a retention period of 1 hour. Then they were cooled to room temperature differently. The cooling regimes studied include, furnace cooling, air cooling and sudden cooling. After exposure to elevated temperatures and cooled differently, the weight loss, residual compressive and split tensile strengths retention characteristics were studied. Test results indicated that weight and both compressive and tensile strengths significantly reduce, with an increase in temperature and are strongly dependent on cooling regimes adopted.
The research comprehensively studies the axial compression performance of T-shaped concrete-filled thin-walled steel tubular (CTST) long columns after fire exposure. Initially, a series of tests investigate the effects of heating time, load eccentricity, and stiffeners on the column's performance. Furthermore, Finite Element (FE) analysis is employed to establish temperature and mechanical field models for the T-shaped CTST long column with stiffeners after fire exposure, using carefully determined key parameters such as thermal parameters, constitutive relations, and contact models. In addition, a parametric analysis based on the numerical models is conducted to explore the effects of heating time, section diameter, material strength, and steel ratio on the axial compressive bearing capacity, bending bearing capacity under normal temperature, as well as residual bearing capacity after fire exposure. The results reveal that the maximum lateral deformation occurs near the middle of the span, with bending increasing as heating time and eccentricity rise. Despite a decrease in axial compressive load and bending capacity after fire exposure, the columns still exhibit desirable bearing capacity and deformability. Moreover, the obtained FE results align closely with experimental findings, validating the reliability of the developed numerical models. Additionally, this study proposes a simplified design method to calculate these mechanical property parameters, satisfying the ISO-834 standard. The relative errors between the proposed simplified formulas and FE models remain within 10%, indicating their capability to provide a theoretical reference for practical engineering applications.
Kim, Gyu-Yong;Kim, Young-Sun;Lee, Tae-Gyu;Park, Chan-Kyu;Lee, Seung-Hoon
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.20
no.5
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pp.583-592
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2008
Recently, the effects of high temperature on compressive strength, elastic modulus and strain at peak stress of high strength concrete were experimentally investigated. The present study is aimed to study the effect of elevated temperatures ranging from 20 to 700 on the material mechanical properties of high strength concrete of 40, 60, 80 MPa grade. In this study, the types of test were the stressed test and stressed residual test that the specimens are subjected to a 25% of ultimate compressive strength at room temperature and sustained during heating and when target temperature is reached, the specimens are loaded to failure. And another specimens are loaded to failure after 24 hour cooling time. Tests were conducted at various temperatures ($20{\sim}700^{\circ}C$) for concretes made with W/B ratios 46%, 32% and 25%. Test results showed that the relative values of compressive strength and elastic modulus decreased with increasing compressive strength grade of specimen and the axial strain at peak stress were influenced by the load before heating. Thermal strain of concrete at high temperature was affected by the preload level as well as the compressive strength. Finally, model equation for compressive strength and elastic modulus of heated high strength concrete proposed by result of this study.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.869-872
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2008
Recently, the effects of high temperature on compressive strength, elastic modulus and strain at peak stress of high strength concrete were experimentally investigated. The present study is aimed to study the effect of elevated temperatures ranging from 20 to $700^{\circ}C$ on the material mechanical properties of high-strength concrete of 40, 60, 80MPa grade. In this study, the types of test were the stressed test and stressed residual test that the specimens are subjected to a 25% of ultimate compressive strength at room temperature and sustained during heating and when target temperature is reached, the specimens are loaded to failure. Or specimens are loaded to failure after 24hour cooling time. tests were conducted at various temperatures ($20{\sim}700^{\circ}C$) for concretes made with W/B ratios 46%, 32% and 25%. Test results showed that the relative values of compressive strength and elastic modulus decreased with increasing compressive strength grade of specimen.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.8
no.5
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pp.101-107
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2008
This study investigated fundamental characters of the concrete according to various fiber types and contents and their properties of spatting resistance and residual compressive strength after fire test corresponding to ISO and RABT heating corves. The results were summarized as following. The Flowability was gradually declined as the increase of fiber contents, and it was the most favorable with nylon(NY) fibers. The decrease of air contents due to increasing fiber contents was in order by polypropylene(PP), polyvinyl alcohol(PVA) and NY fibers. The compressive strengths were over 40 MPa at 7 days and 50 MPa at 28 days. It was in order by PVA, PP and NY fibers. For the spatting properties, all specimens were prevented at ISO heating curve. In the other hand, the partial spatting at the surface occurred on the plain without fibers, but it was prevented over 0.10 % of PVA and 0.05 % of PP and NY fibers at the RABT heating curve.
Ahmad, Subhan;Umar, Arshad;Masood, Amjad;Nayeem, Mohammad
Advances in concrete construction
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v.7
no.1
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pp.31-37
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2019
This paper evaluates the workability and hardened properties of self-compacting concrete (SCC) containing silica fume as the partial replacement of cement. SCC mixtures with 0, 2, 4, 6, 8 and 10% silica fume were tested for fresh and hardened properties. Slump flow with $T_{500}$ time, L-box and V-funnel tests were performed for evaluating the workability properties of SCC mixtures. Compressive strength, splitting tensile strength and modulus of rupture were performed on hardened SCC mixtures. Experiments revealed that replacement of cement by silica fume equal to and more than 4% reduced the slump flow diameter and increased the $T_{500}$ and V-funnel time linearly. Compressive strength, splitting tensile strength and modulus of rupture increased with increasing the replacement level of cement by silica fume and were found to be maximum for SCC mixture with 10% silica fume. Further, residual hardened properties of SCC mixture yielding maximum strengths (i.e., SCC with 10% silica fume) were determined experimentally after heating the concrete samples up to 200, 400, 600 and $800^{\circ}C$. Reductions in hardened properties up to $200^{\circ}C$ were found to be very close to normal vibrated concrete (NVC). For 400 and $600^{\circ}C$ reductions in hardened properties of SCC were found to be more than NVC of the same strength. Explosive spalling occurred in concrete specimens before reaching $800^{\circ}C$.
In this study, fire resistance of steel fiber reinforced concrete was investigated Cylindrical and prismatic specimens made of Ordinary Portland Cement plain concrete and steel fiber reinforced concrete were exposed to heating in accordance with a standard time-temperature curve as specified in KS·F22 57, method of fire resistance test for structural parts of buildings, the period of heating was 1 hour and 2 hours. After the fire resistance test, mechanical properties of specimens such as compressive and bending strength, stress-strain curve, static and dynamic modulus of elasticity and bending toughness were investigated. Also the cracks and spallings of the specimens were observed. From the test results, it was confirmed that steel fiber reinforced concrete has a excellent fire resistance than plain concrete in the view of higher residual strength of concrete and smaller crackings because of steel fibers in concrete.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.2
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pp.588-594
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2020
This study proposes non-destructive rebound-hardness and ultrasonic testing methods to more accurately evaluate the residual structural performance of reinforced concrete structures in a fire. Techniques are also proposed to assess the stiffness used in the deflection calculation with natural frequencies obtained by vibration tests. In the compressive strength evaluation using rebound hardness, the residual compressive strength of thick specimens and a larger water/cement (W/C) ratio were shown to be large. The homogeneity of concrete at high temperature compared to ambient temperature conditions was assessed by the velocity of ultrasonic waves that penetrate the concrete, and it followed W/C or thickness of slab makes little different results. To assess the stiffness of fire-damaged slabs and increase in deflection, the natural frequency was measured by vibration tests and incorporated into the equation of the stiffness. The application of this technique to the slab experiment showed that it can be a very reasonable evaluation technique. In addition, to evaluate the residual strength of a member after fire, a test of the strength of a component was carried out during and after heating.
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.
A review is presented of experimental studies on the strength performance of concrete exposed at short-term and rapid heating as in a fire and after cooling. Emphasis is placed on concretes with high original compressive strengths, that is, high-strength concrete(HSC). The compressive strength-temperature relationships from the reviewed test programs are distinguished by the test methods used in obtaining the data(unstressed, unstressed residual strength, and stressed tests) and by the aggregate types(normal or lightweight), The compressive strength properties of HSC vary differently with temperature than those of NSC. HSC have higher rates of strength loss than lower strength concrete in the temperature range of between 20$^{\circ}C$ to about 400$^{\circ}C$. These difference become less significant at temperatures above 400$^{\circ}C$ compressive strengths of HSC at 800$^{\circ}C$ decrease to about 30 % of the original room temperature strength. A comparison of lest results with current code provisions on the effects of elevated temperatures on concrete compressive strength and elastic modulus shows that the CEN Eurocodes and the CEB provisions are unconservative.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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