This paper introduces a numerical model which can evaluate the fire-resistant capacity of reinforced concrete members. On the basis of the transient heat transfer considering the heat conduction, convection and radiation, time-dependent temperature distribution across a section is determined. A layered fiber section method is adopted to consider non-linear material properties depending on the temperature and varying with the position of a fiber. Furthermore, effects of non-mechanical strains of each fiber like thermal expansion, transient strain and creep strain are reflected on the non-linear structural analysis to take into account the extreme temperature variation induced by the fire. Analysis results by the numerical model are compared with experimental data from the standard fire tests to validate an exactness of the introduced numerical model. Also, time-dependent changes in the resisting capacities of reinforced concrete members exposed to fire are investigated through the analyses and, the resisting capacities evaluated are compared with those determined by the design code.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.41
no.2
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pp.93-100
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2021
The objective of this research is to evaluate of fire damage for steel-concrete composite bridge superstructure and PSC bridge superstructure under highway bridge exposed to fire loading. To enhance the accuracy and efficiency of the numerical analysis, the proposed heat flow fire analysis method is implemented in ANSYS. The proposed heat flow analysis method is applied to fire damage analysis and performance evaluation for Buchen and Yangsan highway bridge. The result of analysis, temperature of concrete slab and lower flange of steel-concrete composite bridge superstructure are exceed the critical temperature. Also, temperature of slab, lower and upper flange, web of PSC bridge superstructure are exceed the critical temperature. However, the major component, tendon, did not exceed the critical temperature.
The initiation and growth processes of cyclic ice body in porous systems are affected by the thermo-physical and mass transport properties, as well as gradients of temperature and chemical potentials. Furthermore, the diffusivity of deicing chemicals shows significantly higher value under cyclic freeze-thaw conditions. Consequently, the disintegration of concrete structures is aggravated at marine environments, higher altitudes, and northern areas. However, the properties of cyclic freeze-thaw with crack growth and the deterioration by the accumulated damages are hard to identify in tests. In order to predict the accumulated damages by cyclic freeze-thaw, a regression analysis by the response surface method (RSM) is used. The important parameters for cyclic freeze-thawdeterioration of concrete structures, such as water to cement ratio, entrained air pores, and the number of cycles of freezing and thawing, are used to compose the limit state function. The regression equation fitted to the important deterioration criteria, such as accumulated plastic deformation, relative dynamic modulus, or equivalent plastic deformations, were used as the probabilistic evaluations of performance for the degraded structural resistance. The predicted results of relative dynamic modulus and residual strains after 300 cycles of freeze-thaw show very good agreements with the experimental results. The RSM result can be used to predict the probability of occurrence for designer specified critical values. Therefore, it is possible to evaluate the life cycle management of concrete structures considering the accumulated damages due to the cyclic freeze-thaw using the proposed prediction method.
Purpose: The purpose of this study is to accurately analyze the damage of bridges in order to determine whether fire bridges can be used continuously or to provide information on maintenance augmentation data. Method: XRD, SEM and EDS analyzes of concrete were carried out to estimate the fire temperature transferred to the structure, and analyzed by depth and area from PSCI beam and bottom plate concrete surface. Results: Test results G12,11 for the fire zone concrete were confirmed to be affected by heat up to depth of 60mm and the temperature of the hydrothermal heat was above 1000℃. Also, the girder G10,9,8 was relatively weakly damaged compared to G12,11, and the degree of damage was confirmed to be affected by heat up to a depth of 40 mm. Conclusion: Based on the analyzed data, it is considered that if the repair / reinforcement and periodic inspection are carried out, the bridge can secure sufficient safety even considering the damage caused by the fire.
In this study, the time dependent internal stress changes of a Concrete Filled Steel Tube(CFT) column during a fire test were quantitatively analyzed. The strain ratio of a CFT column on the different loads was measured by tensile strength tests in terms of yield strength, tensile strength average extensibility and elasticity modulus. To understand the internal material properties change of concrete in CFT column damaged due to a fire, the compressive strength and elastic modulus tests were measured on a core sample from the center of the steel tube after the fire test. The elastic modulus test measured the strain from the stress. To determine the fire temperature of the test material, a differential thermal analysis was done. From the tested result, the gained data were conducted and an analysis method was suggested. The purpose of this work is to suggest a basic data for structure regulation enactments of the internal fire design of CFT.
One of the reasons for brittle failure in reinforced concrete structures subjected to severe earthquake is due to large local bond-slippage of bars resulting in fast bond degradation between reinforcing bars and concrete. This study aims to evaluate effects of bar deformation height on bond performance, specially, bond degradation under cyclic loading. Bond test specimens were constructed with machined bars with high relative rib areas. The degree of confinement by transverse bars is also another key parameters in this bond test. From test results, amounts of energy dissipation are calculated and compared for each parameter. Test results show that bond strength and stiffness drops significantly as cycles increases. The confinement and high relative rib area are effective to delay bond degradation, as the reduction of bond strength of cyclic loading compared to monotonic loading decreased for bars with large confinement and high relative rib areas. The energy dissipation also increases as the degree of confinement and relative rib area increases. However, tested bars with very high rib areas show that the bond may be damaged at relatively small slip because of high stiffness. The study will help to understand the bond degradation mechanism due to bar deformation height under cyclic loading and be useful to develop new deformed bars with high relative rib areas.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.509-512
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2008
The lining concrete of water tunnel is a much capability to occur crack due to drying shrinkage and vibrator compaction etc. Because of crack of concrete induce structural problem and decrease durability of concrete, it is need to reduce crack of concrete. In this an Analytical study to analyze the effect of curing of concrete and compaction on the lining concrete. As the results, it was found that control of construction condition into curing of concrete and compaction improve on construction efficiency of the lining concrete.
Recently, a longitudinal tunnel construction has increased because of subway construction extension, geomorphological effect and the development of construction Technologies etc. When the fire occurs in a tunnel and an underground structure, the many damage of human life and the economic losses are caused. In Korea, fire resistance character study of a tunnel and an underground structure is proceeding. However, when a concrete is exposed to high temperature, study of load carrying capacity reduction and stability evaluation for spalling of a concrete is not enough. Therefore in this study, fire resistance character of a concrete evaluated according to time heating temperature curve(RABT and RWS) and a result compared on virtual fire accident in order to apply fire scenario. Also this study performed thermo-mechanical coupled analysis of a FEM-based numerical technique and estimated fire-induced damage of a tunnel and an underground structure.
A fire outbreak in a reinforcement concrete structure looses the organism by the different contraction and expansion of hardened cement pastes and aggregate, and causes cracks by thermal stress, leading to the deterioration of the durability. So concrete reinforcement structure is damaged partial or whole structure system. Therefore diagnosis of deterioration is needed based on mechanism of fire deterioration in general concrete structures. Fundamental information and data on the properties of concrete exposed to high temperature are necessary for accurate diagnosis of deterioration. In this study, it was presented data for the accurate diagnosis and selection of repair and reinforcement system for the deteriorated concrete heated highly, various concrete such as standard design compressive strength, fine aggregate and admixture were exposed to a high temperature environment. And fundamental data were measured engineering properties such as explosive spatting, ultrasonic pulse velocity and compressive strength.
This study is devoted to the problems of thermal and shrinkage stresses in order to avoid cracking at early ages. The early-age damage induced by volume change has great influence on the long-term structural performance of the concrete structures such as its durability and serviceability To solve this complex problem, the computer programs for analysis of thermal and shrinkage stresses were developed. In these procedures, numerous material models are needed and the realistic numerical models have been developed and validated by comparison with relevant experimental results in order to solve practical problems. A framework has been established for formulation of material models and analysis with 3-D finite element method. After the analysis of the temperature, moisture and degree of hydration field in hardening concrete structure, the stress development is determined by incremental structural formulation derived from the principle of virtual work. In this study, the stress development is related to thermal and shrinkage deformation, and resulting stress relaxation due to the effect of early-age creep. From the experimental and numerical results it is found that the early-age creep p)ays important role in evaluating the accurate stress state. The developed analysis program can be efficiently utilized as a useful tool to evaluate the thermal and shrinkage stresses and to find measures for avoiding detrimental cracking of concrete structures at early ages.
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