The fire resistance of a statistically indeterminate beam made of fire resistant steel was analyzed using the mechanical and thermal databases and compared with that of an indeterminate beam constructed of ordinary structural steel to not only determine the fire resistance performance of a statistically indeterminate beam itself, but also to determine if it is stable to test the fire resistance performance with a determinate beam built with ordinary structural steel instead of an indeterminate beam made from fire resistant steels. The results showed that the fire resistance of an indeterminate beam consisting of fire resistant steels is better than that of a determinate beam made of SS 400 and if the length of the beam built with FR 490 is longer, the displacement of the beam is higher. In addition, the fire test with a determinate beam made of SS 400 is was more conservative than that of an indeterminate beam made of FR 490 in the range of the same length. Therefore, another measure should be considered if beams built with FR 490 are longer than thos of SS 400.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.705-708
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2008
To obtain tunnel concrete safety in case of fire, this study analyzed fire proof characteristics by fire proof method change, and the results are as follows. As a fire proof characteristics by RABT temperature heating curve, plain concrete experienced severe spalling by initial extremely high temperature. In view of fire proof method, in the cases of organic fiber mixing method and board method, spalling was prevented, and in the case of spray method, severe spalling of over 100mm depth occurred along with exposure of structural concrete including spray coat by heat stress, etc while metal lath, the stiffener, falls off. As for fire proof characteristics by RWS temperature heating curve, in case of organic fiber inclusion, concrete surface experienced fusion of within 5mm, while in the case of spray method, spray coat was severely spalled to a depth of over 100mm causing structural body concrete to expose its reinforcement, and also in the case of board method, board was fused by high temperature, causing structural body concrete be directly exposed to high temperature, which triggered overall fall-off phenomenon, so in such extraordinary high temperature heating condition, establishment of special fire proof measures is needed.
The objective of this study is to formulate a general 3D material-structural analysis framework for the thermomechanical behavior of steel-concrete structures in a fire environment. The proposed analysis framework consists of three sequential modeling parts: fire dynamics simulation, heat transfer analysis, and a thermomechanical stress analysis of the structure. The first modeling part consists of applying the NIST (National Institute of Standards and Technology) Fire Dynamics Simulator (FDS) where coupled CFD (Computational Fluid Dynamics) with thermodynamics are combined to realistically model the fire progression within the steel-concrete structure. The goal is to generate the spatial-temporal (ST) solution variables (temperature, heat flux) on the surfaces of the structure. The FDS-ST solutions are generated in a discrete form. Continuous FDS-ST approximations are then developed to represent the temperature or heat-flux at any given time or point within the structure. An extensive numerical study is carried out to examine the best ST approximation functions that strike a balance between accuracy and simplicity. The second modeling part consists of a finite-element (FE) transient heat analysis of the structure using the continuous FDS-ST surface variables as prescribed thermal boundary conditions. The third modeling part is a thermomechanical FE structural analysis using both nonlinear material and geometry. The temperature history from the second modeling part is used at all nodal points. The ABAQUS (2003) FE code is used with external user subroutines for the second and third simulation parts in order to describe the specific heat temperature nonlinear dependency that drastically affects the transient thermal solution especially for concrete materials. User subroutines are also developed to apply the continuous FDS-ST surface nodal boundary conditions in the transient heat FE analysis. The proposed modeling framework is applied to predict the temperature and deflection of the well-documented third Cardington fire test.
Kim, Hee-Sun;Mun, Ji-Young;Park, Jee-Eun;Shin, Yeong-Soo
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.23
no.5
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pp.637-645
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2011
It is well known that high strength concrete with compressive strength higher than 50 MPa shows severe material and structural damages under fire due to spalling. To understand degradation of structural capacity of fire damaged high strength concrete structures, not only thermo-mechanical behavior needs to be defined, but also structural behavior of high strength concrete member under high temperature needs to be investigated. In this study, structural tests are performed by applying axial loads on high strength concrete columns exposed at elevated temperatures for assigned amount of time. The tested columns are prepared to have different concrete strength and polypropylene fiber percentage. The test results show that structural capacity of the columns decreased with increased compressive strength of concrete under same heating condition. Especially, it is interesting to note that high strength concrete columns with polypropylene fiber for spalling proof did not improve structural capacity compared to the columns without polypropylene fiber. The findings from the test are able to improve fire proof design of high strength concrete structural members and predicting structural performance of fire damaged structural members.
While the demand for the gas system fire extinguishers increases every year, there are insufficient safety measures for assessing the extinguishing performance, such as system safety and reliability in the preparation of increasing demand, which has emerged as a social problem. One of the most critical causes of accidents occurring with the gas extinguishing system is pressure leakage from the extinguishing agent storage container. This is considered to be one of the critical factors on which the success of fire suppression depends. In this study, its safety measure was studied, Because it was deemed urgently necessary. The newly developed pressure leakage monitoring system is a system monitoring storage condition, pressure, leakage and discharge of the storage container related to agent concentration, which is one of the critical factors for fire suppression. This was developed to be applicable to the $CO_2$ and HFC-23 systems. Therefore, for structural safety analysis, the safety performance was verified by the fluid structure coupling analysis of the safety problems that may occur when the pressure leakage monitoring system is applied to the gas fire extinguisher. For analysis programs, the FloEFD program from Mentor Graphics was used for computational fluid dynamics analysis and ABAQUS from Dassault Systems was used for structural analysis. From the result of numerical analysis, the structure of $CO_2$ did not develop plastic deformation and its safety was verified. However, plastic deformation and deviation issue occurred with the HFC-23 monitoring system and therefore verified the structural safety of pressure leakage monitoring system by data obtained from redesigning and adjusting the condition of numerical interpretation three times.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.14
no.6
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pp.188-197
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2010
This paper presents research result to study the change of structural capacity of reinforced concrete beams with various shear reinforcement ratios after damage by fire load. In addition, fundamental data are given in order to predict the strength variation of RC member due to fire damage by evaluating the previous calculation method codified in codes. Nine RC beam specimens were made and exposed to the fire controled by the standard fire curve. And the structural capacity was evaluated through a failure test under simple support condition. Previous code formula, ACI code and Eurocode were reviewed and used for the calculation of the strength of specimens damaged by fire. From the test, RC beam specimens exhibited very brittle failure when it exposed to fire controled by standard fire curve during more than one hour. And this failure pattern tended to be more serious when shear reinforcement ratio decreased or fire loading duration increased. From the evaluation of the calculation process in code, the change of strength due to fire can be properly predicted if the damage of materials is well defined.
Park, Siyoung;Kang, Thomas H.K.;Lee, Ho-Wook;Gwak, Si-Young;Park, Jun-Kyu
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.6
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pp.14-22
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2022
In this study, a fire test was conducted to evaluate the fire performance of precast concrete (PC) slabs in an outdoor environment in response to the increase in fire incidents caused by the growth of warehouses. Prior to the field fire test, the tensile yield strength of the tendon at elevated temperatures was tested to analyze the mechanical properties. Also, by referring to previous studies, the thermal properties of tendon and the mechanical and thermal properties of concrete were investigated. A field fire test was conducted to analyze the structural and fire performance of two identical slabs with 50 and 150 mm bearing length. As the bearing length increased, deflection and horizontal displacement decreased. The fire test lasted for 200 minutes without the collapse of slabs, validating current codes. Based on the structural performance which maintained even with concrete spalling and rupture of some tendons, the bonded method is assumed to be practical in pre-tensioned PC slabs. The results of fire test are expected to be utilized in evaluating the fire performance of PC slabs in warehouses.
Proceedings of the Korea Institute of Fire Science and Engineering Conference
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2009.04a
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pp.410-414
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2009
Performance based fire engineering design should be developed through basic survey and fundamental element such as analytic program for evaluation of fire performance of building. The basic elements will be expressed to the surveys of the structures of building laws, regulation and the fundamental elements consist of technical guidances contained design fires, heat analysis, determination of structural performance.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.20
no.6
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pp.84-90
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2016
Various form of membrane structures are being built in recent years. However, there is no appropriate fire proofing standards which can be applied each specific membrane structures. Therefore, existing fire protection standards are in establishment state and they need to be revised. In the current study, commonly used membrane materials(ETFE, PVF, PTFE) has been selected to investigate its fire resistance behavior with the change of fire duration time. In addition to this, heat generation rate of the membrane materials in correlation with the height of membrane has been investigated. And these fire combustion characteristics of membrane materials can be used in future practice for the fire prevention regulations of membrane structures.
Proceedings of the Korea Institute of Fire Science and Engineering Conference
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2011.04a
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pp.325-329
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2011
Fire has developed from the inter-action of heat at the early state and it is very difficult to estimate the magnitude of the fire. Cone Calorimeter can obtain the important material properties from the exposed part of it. It can be contained that ignition, loss of mass, heat release rate, smoke generation, and gas analysis. The purpose of this study is emphasize on the properties of structural steels in terms of physical, mechanical and that will be important way to build the databases of fire safety.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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