• 국제초고층학회논문집
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• 제7권4호
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• pp.375-387
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• 2018

This paper presents a review on progressive collapse mechanism of steel framed buildings exposed to fire. The influence of load ratios, strength of structural members (beam, column, slab, connection), fire scenarios, bracing systems, fire protections on the collapse mode and collapse time of structures is comprehensively reviewed. It is found that the key influencing factors include load ratio, fire scenario, bracing layout and fire protection. The application of strong beams, high load ratios, multi-compartment fires will lead to global downward collapse which is undesirable. The catenary action in beams and tensile membrane action in slabs contribute to the enhancement of structural collapse resistance, leading to a ductile collapse mechanism. It is recommended to increase the reinforcement ratio in the sagging and hogging region of slabs to not only enhance the tensile membrane action in the slab, but to prevent the failure of beam-to-column connections. It is also found that a frame may collapse in the cooling phase of compartment fires or under travelling fires. This is because that the steel members may experience maximum temperatures and maximum displacements under these two fire scenarios. An edge bay fire is more prone to induce the collapse of structures than a central bay fire. The progressive collapse of buildings can be effectively prevented by using bracing systems and fire protections. A combination of horizontal and vertical bracing systems as well as increasing the strength and stiffness of bracing members is recommended to enhance the collapse resistance. A protected frame dose not collapse immediately after the local failure but experiences a relatively long withstanding period of at least 60 mins. It is suggested to use three-dimensional models for accurate predictions of whether, when and how a structure collapses under various fire scenarios.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제32권5호
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• pp.313-322
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• 2019

교량에서의 화재는 최근까지도 빈번하게 발생되고 있으며, 특히 케이블교량에서 화재가 발생될 시 케이블에 높은 온도상승으로 인해 케이블에 손상 및 파단이 발생될 수 있다. 본 연구에서는 케이블교량에서 발생될 수 있는 화재 시나리오를 설정하였다. 또한 실물차량 화재실험 결과를 토대로 화재강도모델을 제안하여 대상교량 케이블의 열전달 해석을 수행하였다. 해석 결과 단면적이 작은 케이블에서 더 높은 온도상승이 발생되며, 유조차를 제외한 차종의 경우 내화 성능 기준을 초과하지 않는 결과를 나타내었다. 유조차 화재의 경우 갓길에서 발생될 때 최소 단면적 케이블에서 내화 성능 기준을 초과하는 결과를 보이며, 기준을 초과하는 케이블의 높이는 약 14m로 나타나 이에 따른 대책 및 내화 보강의 필요성을 확인하였다. 본 연구결과를 통해 케이블교량에서 화재가 발생될 때 케이블의 온도변화에 대한 간접적인 평가가 가능한 것을 확인하였으며, 향후 화재 발생 시 바람에 영향을 고려한 열전달 해석과 케이블의 온도상승 시 교량의 사용성에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제17권1호
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• pp.62-67
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• 2003

실제 건물화재에서 창문재료의 내화특성을 평가하기 위하여 건물화재실험이 수행되었다. 4 mx3.8mx2.4m 방에서 PVC 창문, 알루미늄 창문, AL+Wood 창문을 각각 설치하고 화원은 소파와 매트리스를 사용하였다. 창문은 아파트 베란다에 많이 사용하는 유리두께 6mm사이에 공기층 12 mm인 것을 사용하였다. 건물내부와 창문 주변의 온도분포를 살펴보기 위하여 총 32개 지점의 온도를 측정하였다. 실험결과 건물내의 온도분포, 창틀의 변화, 유리창의 파손 정도 둥을 조사하여 분석하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제9권3호
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• pp.203-212
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• 2005

섬유질 단열재는 주로 폐신문지로 만드는 데, 내화성능을 위해 내화재로 처리된다. 내화재로 인해 연소가 되지 않을 뿐 아니라, 연기도 나지 않는다. 섬유질 단열재의 열저항은 유리섬유나 암면보다 더 뛰어나다. 섬유질 단열재는 폐지로 만들어지므로 폐기시에는 잘 부식되고, 내재에너지 또한 매우 작은 친환경 단열재이다. 국내 건축물에 섬유질 단열재를 광범위하게 이용하기 위해서는 국내 건축법규 상의 단열규정에 적합한지 여부를 판단할 수 있는 물리적 성능 테스트가 필요하다. 따라서 국내에서 생산되는 섬유질 단열재에 대한 열전도율 및 내화성능 실험을 ASTM C 518과 ASTM C 1485에 근거하여 실시하였다. 국내생산 섬유질 단열재는 동일밀도의 미국제품에 비해 열전도율이 약 5%정도 높게 나타났다. 이러한 결과는 폐지원지의 섬유질이 서로 다른데서 기인하는 것으로 판단된다. 습식분사방식과 공기충진방식 모두 온도가 $5.5^{\circ}C$ 상승할 때 마다 약 1.5%씩 열전도율이 높아지는 것으로 나타났다. 섬유질 단열재의 내화성능은 내화재의 함유량에 비례하여 일정하게 증가되는 것으로 나타났다. 높은 내화성능으로 인해 불에 약한 우레탄폼이나 스치로폼을 대체할 수 있다. 섬유질 단열재의 열전도율은 시편의 온도가 $4-43^{\circ}C$인 경우 $0.037-0.043W/m{\cdot}K$로 나타났다. 이는 국내 건축법규 상의 "나"등급에 해당하는 값이다. 내화재가 열전도율에 미치는 영향은 미미하였으며, 내화재가 전혀 들어있지 않은 경우가 가장 열전도율이 높게 나타났다. 섬유질 단열재의 단열성능은 유리섬유나 암면에 비해 뛰어나고, 스치로폼이나 우레탄폼에 비해 내화성능은 훨씬 뛰어나다. 따리서, 물리적인 성능을 고려한다면 위의 기존 단열재들을 대체할 수 있다. 섬유질 단열재는 스치로폼이나 우레탄폼에 비해 값도 싸므로 국내에서도 더욱 폭 넓게 사용하는 것이 추천된다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제35권3호
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• pp.159-166
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• 2022

본 논문에서는 유한요소해석 프로그램 Abaqus를 이용하여 고온과 편심 축하중을 받는 세장한 철근 콘크리트 기둥의 유한요소해석 절차를 제시하고 해석 결과를 비교·분석하였다. 기둥에 축하중과 화재가 가해지는 상황을 해석에 반영하기 위해 Abaqus에서 제공하는 순차 결합 열-응력 해석을 사용하였다. 우선 콘크리트 단면에 대한 열전달 해석을 수행하여 검증한 뒤, 이를 3차원 요소로 확장하고 구조해석과 결합하여 해석을 수행하였다. 해석 과정에서 수렴성 및 정확성에 영향을 미치는 인장 증강 효과와 초기 불완전성을 고려하여 모델링하였다. 해석 결과는 74개 실험 데이터와 비교하였으며, 내화시간을 기준으로 평균 6%의 오차를 나타냄에 따라 유한요소해석을 통해 철근콘크리트 기둥의 내화성능을 예측할 수 있게 되었다.

• 한국건축시공학회:학술대회논문집
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• 한국건축시공학회 2021년도 가을 학술논문 발표대회
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• pp.242-243
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• 2021

The concrete inside the steel tube of CFT columns enables them to have great strength and ductility. CFT columns are also excellent in fire-resistance because explosive heat upon a fire can be contained in the tube by the concrete debris. However, the studies to evaluate the residual strength of CFT columns after a fire have not been conducted enough. The studies to evaluate the residual strength of CFT columns after a fire are indispensable because it is the barometer of the damage of composite columns caused by a fire and the degree of repair and reinforcement work for the columns after a fire. Accordingly, the purpose of this study is to evaluate the deterioration of load capacity and structural behavior of square CFT columns with the same shapes and boundary conditions before and after a fire. The study also evaluates the influential factors of the CFT columns reinforced to secure the residual strength after a fire.

• Steel and Composite Structures
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• 제15권1호
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• pp.1-14
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• 2013

Predicting the fire resistance of structures has been significantly advanced by full scale fire tests in conjunction with improved understanding of compartmental fire. Despite the progress, application of insulation is still required to parts of structural steelwork to achieve over 60 minutes of fire rating. It is now recognised that uncertainties on insulation properties hinder adaptation of performance based designs for different types of structures. Intumescent coating has recently appeared to be one of most popular insulation types for steel structures, but its design method remains to be confirmed by empirical data, as technical difficulties on the determination of the material properties at elevated temperatures exist. These need to take into account of further physiochemical transitions such as moving boundary and endothermic reaction. The impetus for this research is to investigate the applicability of the conventional differential equation solution which examines the temperature rise on coated steel members by an inorganic intumescent coating, provided that the temperature-dependent thermal/mechanical insulation properties are experimentally defined in lab scale tests.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제78권1호
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• pp.67-75
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• 2021

This work studies the behaviour of a steel portal frame selection under fire exposure, considering both span lengths and fire exposure times as variables. Such structures combine carbon steel (S275), fireproof micro-alloyed steel (FR), and coatings of intumescent paint with variable thicknesses, improving thereby the flame retardant behaviour of the steel structure. Thus, the main contribution of this study is the optimization of the portal frames by combining both steels, analysing the resulting costs influence on the final dimensions. Besides, the topological optimization of each steel component within the structure is also defined, in accordance with the following variables: weather conditions, span, paint thickness, and cost of steel. The results mainly confirmed that using both FR and S275 grades with intumescent painting is the Pareto optimum when considering performance, feasibility and costs of such portal frames widely used for industrial facilities.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제26권6호
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• pp.72-77
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• 2012

콘크리트-강재 합성보가 고온에 노출된 경우 콘크리트는 강재를 피복하여 온도상승을 지연시키거나 보 내부의 수열용량을 높이는 역할을 한다. 한편 재료 간 일체화로 부재의 강도가 보완되기 때문에 일반적으로 단순 강재 보 보다 합성보의 내화성능이 유리하게 나타난다. 합성보에서 외부에 노출된 강재의 온도상승은 부재 단면의 형상 및 강재의 노출정도와 직접 관련하게 된다. 본 연구에서는 합성보와 일반철골보에 내화인정을 받은 내화뿜칠재를 동일 두께로 피복하여 표준화재조건의 내화실험을 실시하고, 그 결과로 나타난 강재의 온도이력과 단면형상계수와의 관계를 비교 분석하였다. 강재 온도 측정결과와 부재별 단면형상계수의 상관관계를 살펴본 결과 상관성이 매우 높은 것으로 나타났다. 이 결과는 부재의 내화성능에 영향을 미치는 명확한 조건에 의해 비교우위의 성능예측이 가능한 경우 부재별 개별 인정 없이 표준구조 인정을 통한 보편적인 사용이 가능할 수 있음을 시사한다.

• Steel and Composite Structures
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• 제8권3호
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• pp.217-230
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• 2008

The increasing use of performance-based approaches in structural fire engineering design of multi-storey composite buildings has prompted the development of various tools to help quantify the influence of tensile membrane action in composite slabs at elevated temperatures. One simplified method which has emerged is the Bailey-BRE membrane action method. This method predicts slab capacities in fire by analysing rectangular slab panels supported on edges which resist vertical deflection. The task of providing the necessary vertical support, in practice, requires protecting a panel's perimeter beams to achieve temperatures of no more than $620^{\circ}C$ at the required fire resistance time. Hence, the integrity of this support becomes critical as the slab and the attached beams deflect, and large deflections of the perimeter beams may lead to a catastrophic failure of the structure. This paper presents a finite element investigation into the effects of vertical support along slab panel boundaries on the slab behaviour in fire. It examines the development of the membrane mechanism for various degrees of edge-beam protection, and makes comparisons with predictions of the membrane action design method and various acceptance criteria.