Tobbala, Dina E.;Rashed, Ahmed S.;Tayeh, Bassam A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.82
no.2
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pp.163-172
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2022
Zinc-rich epoxy (ZRE) is used to overcome corrosion problems in reinforced concrete (RC) beams and coat steel rebars to protect them from humidity and chlorides. An extra coating layer of Sikadur-31 epoxy (SDE) is utilised to increase bond strength because the use of ZRE reduces the bond strength between concrete and steel rebars. However, the low melting point of SDE indicates that concrete specimens are vulnerable to fire. An experimental investigation on flexural performance of RC beams incorporating ZRE-SDE coating of steel rebars that were destroyed by fire is performed in this study. Twenty beams of five concrete mixes with different cementitious contents were tested to compare fire exposure for coated and uncoated rebars of the same beams at room temperature and determine the optimal cementitious content. Scanning electron microscopy (SEM) was also applied to investigate characteristics of fired mixture samples. Results showed that the use of SDE-ZRE at room temperature improves flexural strengths of the five mixes compared with uncoated rebars with percentages ranging from 8.5% to 12.3%. All beams with SDE-ZRE lost approximately 50% of their flexural strength due to firing. Moreover, the mix incorporating SF (silica fume) of 15% and cement content of 400 kg/m3 introduces optimum behaviour compared with other mixes. All results were supported and verified by the SEM analysis and compressive strength of cubic specimens of the same mixes.
IEMEK Journal of Embedded Systems and Applications
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v.6
no.5
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pp.273-280
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2011
In this paper, we describe the structural reinforcement approach of the throwing-type firefighter assistance robot which can be thrown into a fire site to monitor inside the place and search trapped people while ensuring a firefighter's safety. The reinforcement design is focused on high strength with low weight for the robot. The in-depth structural analysis of the platform is carried out to track down the weakest part, especially with the 1.8m height of drop test. The analysis is verified by comparing with the 1.8m height of the drop test of the throwing-type firefighter assistance robot. The optimal approach for improving the strength of the weakest part aims at topological equivalent and equivalently stress distributed shape.
As recent buildings are getting more high-rise and larger, steel structures, not a reinforced concrete structure, for columns and beams among the main structural members in a building are being widely used. Steels used for the main members of a building are constructed with a fire-resistive structure by applying them with fire-resistive coatings. The introduction of a simple test method that can verify the performance of fire-resistive material constructed on a site without conducting a fire-resistant test(real scale fire test) is needed and this study derived a site analysis method possible to make a rapid and scientific analysis through the analysis of components (instrumental analysis) concerning tire-resistive materials. the possibility of application of it in analyzing congruence over site construction materials by recognizing it as a standard material after securing an inherent fingerprint area of tire-resistive materials of which performance was verified in the concrete through thermal analysis was proved through experiments. This research result can be minimize of casualties, who is harmed to building collapse according to structures fire.
Steel is a structural material that is inherently noncombustible. On the other hand, it has high thermal conductivity and the strength and stiffness of the material are reduced significantly when exposed to fire or high temperatures. Because the yield strength and modulus of elasticity of steel are reduced by 70% at $350^{\circ}C$ and less than 50% at $600^{\circ}C$, the load-carrying capacity of steel structure at high temperature rapidly lose. To be accepted as a fire-resisting construction, the fire test should be performed at the certificate authority. On the other hand, the fire test on a full-scale structure is limited by time, space, and high-cost. The analytical method was verified by a comparison with the fire test of H-section columns under compression and thermal analysis based on a finite element method using the ABAQUS program, and the numerical analysis method reported in this study was suggested as a complement of an actual fire test.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.20
no.5
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pp.35-43
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2016
In order to understand rotation behavior of high strength steel endplate connections under fire, this study is compared with existing studies conducted using FEA program. Eurocode 3 presents the three failure modes according to the prediction of bending resistance moment. The parameters of analysis model are temperature, thickness and steel materials of endplate. The rotation stiffness, and bending resistance moment are analyzed according to the parameters. The change of rotation stiffness and bending resistance moment are analyzed about the parameters, regression equations are suggested the change of high strength steel endplate connections. Consequently, the regression equations were proposed as the linear and quadratic equation. The moment ratio of high strength steel under fire was more reduced than the carbon steel, and was small effect about the thickness. When the high strength steel under fire was compared with at ambient temperature, the slope of initial rotation stiffness reduced, the increment ratio of moment was slow, and the change of plastic rotation stiffness wasn't effect by the thickness increase.
Park, Sung-Hwan;Choi, Jun-Ho;Lee, Chi Young;Koo, Min-Sung;Chung, Chul-Woo
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.10
no.1
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pp.23-29
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2022
This study was conducted to confirm the applicability of recycled aggregates as aggregates for structural concrete as a way to respond to the shortage of natural aggregates. The two-stage mixing approach developed by Tam et al. is known to be a method that can improve the mechanical performance of recycled aggregate concrete without the installation of new additional facilities. In this work, modified version of two stage mixing approach, which was used in our earlier work, was introduced to prepare mortar specimens with recycled fine aggregate, and the compressive strength and fire resistance were compared to mortar mixed with normal mixing approach. According to the experimental results from mortar with recycled fine aggregate, the use of two-stage mixing approach was found to be more effective than normal mixing approach for compressive strength development. In addition, the residual strengths of the mortar with two-stage mixing approach was higher than mortar made of normal mixing approach after exposure to 600 and 900 ℃. It is possible to manufacture high-performance cement composites with recycled fine aggregates through the active use of the two-stage mixing approach.
Gupta, Vinny;Hidalgo, Juan P.;Lange, David;Cowlard, Adam;Abecassis-Empis, Cecilia;Torero, Jose L.
International Journal of High-Rise Buildings
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v.10
no.4
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pp.345-364
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2021
Developments in the understanding of fire behaviour for large open-plan spaces typical of tall buildings have been greatly outpaced by the rate at which these buildings are being constructed and their characteristics changed. Numerous high-profile fire-induced failures have highlighted the inadequacy of existing tools and standards for fire engineering when applied to highly-optimised modern tall buildings. With the continued increase in height and complexity of tall buildings, the risk to the occupants from fire-induced structural collapse increases, thus understanding the performance of complex structural systems under fire exposure is imperative. Therefore, an accurate representation of the design fire for open-plan compartments is required for the purposes of design. This will allow for knowledge-driven, quantifiable factors of safety to be used in the design of highly optimised modern tall buildings. In this paper, we review the state-of-the-art experimental research on large open-plan compartment fires from the past three decades. We have assimilated results collected from 37 large-scale compartment fire experiments of the open-plan type conducted from 1993 to 2019, covering a range of compartment and fuel characteristics. Spatial and temporal distributions of the heat fluxes imposed on compartment ceilings are estimated from the data. The complexity of the compartment fire dynamics is highlighted by the large differences in the data collected, which currently complicates the development of engineering tools based on physical models. Despite the large variability, this analysis shows that the orders of magnitude of the thermal exposure are defined by the ratio of flame spread and burnout front velocities (VS / VBO), which enables the grouping of open-plan compartment fires into three distinct modes of fire spread. Each mode is found to exhibit a characteristic order of magnitude and temporal distribution of thermal exposure. The results show that the magnitude of the thermal exposure for each mode are not consistent with existing performance-based design models, nevertheless, our analysis offers a new pathway for defining thermal exposure from realistic fire scenarios in large open-plan compartments.
Choi, Ji-Hun;Choi, Seung-Jai;Kim, Tae-Kyun;Kim, Jang-Ho Jay
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.29
no.3
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pp.237-248
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2017
Frequent terror or military attack by explosion, impact, fire accidents have occurred recently. These attacks and incidents raised public concerns and anxiety of potential terrorist attacks on important infrastructures. However, structural behavioral researches on prestressed concrete (PSC) infrastructures such as Prestressed Concrete Containment Vessel (PCCV) and Liquefied Natural Gas (LNG) storage tanks under extreme loading are significantly lacking at this time. Also, researches on possible secondary fire scenarios after terror and bomb explosion has not been performed yet. Therefore, a study on PSC structural behavior from an blast-induced fire scenario was undertaken. To evaluate the blast-fire combined resistance capacity and its protective performance of bi-directional unbonded PSC member, blast-fire tests were carried out on $1,400mm{\times}1,000mm{\times}300mm$ PSC specimens. Blast loading tests were performed by the detonation of 25 kg ANFO explosive charge at 1.0 m standoff distance. Also, fire and blast-fire combined loading were tested using RABT fire loading curve. The test results are discussed in detail in the paper. The results can be used as basic research references for related research areas, which include protective design simulation under blast-fire combined loading.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2000.10a
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pp.828-835
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2000
In recent years, RC structures need reinforcement due to physical and chemical deterioration, reduction of serviceability and structural capacity. For reinforcement of RC structures, steel plate attachment, area increase and composite fiber sheet attachment methods are used, but there are some problems like weight increase, workability, quality control and fire resistance capacity. This study presents the effectiveness of flexural reinforcement of RC beams using composite rods that are inserted in high strength special purposed polymer mortar.
Ahmed, Alim Al Ayub;Kharnoob, Majid M.;Akhmadeev, Ravil;Sevbitov, Andrei;Jalil, Abduladheem Turki;Kadhim, Mustafa M.;Hansh, Zahra J.;Mustafa, Yasser Fakri;Akhmadullina, Irina
Structural Engineering and Mechanics
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v.83
no.4
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pp.551-561
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2022
In this paper, the effect of fire conditions according to ISO 834 standard on the behavior of carbon fibre-reinforced plastic (CFRP) reinforced steel beams coated with gypsum-based mortar has been investigated numerically. To study the efficiency of these beams, 3D coupled temperature-displacement finite element analyzes have been conducted. Mechanical and thermal characteristics of three different parts of composite beams, i.e., steel, CFRP plate, and fireproof coating, were considered as a function of temperature. The interaction between steel and CFRP plate has been simulated employing the adhesion model. The effect of temperature, CFRP plate reinforcement, and the fireproof coating thickness on the deformation of the beams have been analyzed. The results showed that within the first 120 min of fire exposure, increasing the thickness of the fireproof coating from 1 mm to 10 mm reduced the maximum temperature of the outer surface of the steel beam from 380℃ to 270℃. This increase in the thickness of the fireproof layer decreased the rate of growth in the temperature of the steel beam by approximately 30%. Besides excellent thermal resistance and gypsum-based mortar, the studied fireproof coating method could provide better fire resistance for steel structures and thus can be applied to building materials.
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