In this study, new design fire curves were suggested for the utilization in fire simulations. Numerical simulations with the Fire Dynamics Simulator (FDS) were performed for the n-octane and n-heptane pool fires in the ISO 9705 compartment to evaluate the prediction performance of the previous quadratic, exponential design fire curves and newly suggested ones. The numerical results were compared with the experimental temperature and concentrations of $O_2$ and $CO_2$. The numerical results with the previous quadratic and exponential curves showed slow increase and decrease trend than experiments. However, the numerical results with the newly suggested 2 design fire curves showed more similar variation trend in temperature, $O_2$ and $CO_2$ concentrations than the quadratic and exponential curves. It was found that the newly suggested design fire curves can be possibly used in the numerical simulation of fires in a practical respect.
The prediction performance of design fire curves was evaluated using a Fire dynamics simulator (FDS) for a solid fuel fire in a building space by comparing the results with experimental data. EDC 2-step mixing controlled combustion model was used in the FDS simulations and the previously suggested 2-stage design fire (TDF), Quadratic and Exponential design fire curves were used as the FDS inputs. The simulation results showed that smoke propagation in the building space was significantly affected by the design fire curves. The predictions of simulations using design fire curves for the experimental temperatures in the building space were reasonable, but the TDF was found to be the most acceptable for predicting temperature. The predictions with each design fire curve of species concentrations showed insufficient agreement with the experiments. This suggests that the combustion model used in this study was not optimized for the simulation of a solid fuel fire, and additional studies will be needed to examine the combustion model on the FDS prediction of solid fires.
Miano, Andrea;de Silva, Donatella;Compagnone, Alberto;Chiumiento, Giovanni
Structural Engineering and Mechanics
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v.74
no.4
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pp.481-494
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2020
In this paper, a probability-based procedure to evaluate the performance of existing RC structures exposed to seismic and fire actions is presented. The procedure is demonstrated with reference to an existing old school building, located in Italy. The vulnerability assessment of the building highlights deficiencies under both static and seismic loads. Retrofit operations are designed to achieve the seismic safety. The idea of the work consists in assessing the performance of the existing and retrofitted building in terms of both the seismic and fire resistance. The seismic retrofit and fire resistance upgrading follow different paths, depending on the specific configuration of the building. A good seismic retrofit does not entail an improving of the fire resistance and vice versa. The goal of the current work is to study the variation of response due to the uncertainties considered in records/fire curves selection and to carry out the assessment of the studied RC structure by obtaining fragility curves under the effect of different records/temperature. The results show the fragility curves before and after retrofit operations and both in terms of seismic performance and fire resistance performance, measuring the percent improving for the different limit states.
In this study, the prediction performance of design fire curves (DF) was evaluated for gas fires in a compartment by using CFAST. The CFAST simulations adopted the 2-stage DF suggested by the previous study and the Quadratic and Exponential DF suggested by Ingason. It was found by comparing the simulation and experimental results that the overall prediction performance of the design fire cures for the spatially-averaged temperature and concentrations of $O_2$ and $CO_2$ was, from the most reasonable to the most inaccurate, 2-stage DF > Quadratic DF > Exponential DF. The CFAST simulation could not predict for the difference in the spatially-averaged temperature and concentrations of $O_2$ and $CO_2$ at door and inner side locations in a compartment. The CFAST simulations also showed a limitation in the prediction of the spatially-averaged temperature at lower layer and the concentration of CO.
The residual fracture toughness of post-fire normal-strength concrete subjected up to $600^{\circ}C$ is considered by the wedge splitting test. The initial fracture toughness $K_I^{ini}$ and the critical fracture toughness $K_I^{un}$ could be calculated experimentally. Their difference is donated as the cohesive fracture toughness $K_I^c$ which is caused by the distribution of cohesive stress on the fracture process zone. A comparative study on determining the residual fracture toughness associated with three bi-linear functions of the cohesive stress distribution, i.e. Peterson's softening curve, CEB-FIP Model 1990 softening curve and Xu's softening curve, using an analytical method is presented. It shows that different softening curves have no significant influence on the fracture toughness. Meanwhile, comparisons between the experimental and the analytical calculated critical fracture toughness values further prove the validation of the double-K fracture model to the post-fire concrete specimens.
Proceedings of the Korea Institute of Fire Science and Engineering Conference
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2008.11a
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pp.479-483
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2008
There are no International Standards or Criteria pertaining to fires inside tunnels at the moment, but there are some fire-related regulations in some advanced countries such as Germany and the Netherlands where some fire-related studies have been expedited. Germany has established regulations related to the safety of structures by stipulating Fire Curves of RABT and EBA Tunnels. Also, the Netherlands has established the resistance capacity of structures by stipulating RWS curve so that they can prevent the adjacent area from being damaged due to a tunnel collapse. Hydrocarbon Fire Curve is the standard assessing the behaviour of a structure in a serious fire, by increasing the heating speed and the maximum temperature of ISO 834 Curve, while MHC Fire Curve, which was established in France, realizes more serious fire conditions. In this study, we aimed to develop the basis of full-sized experiments, with which you can assess the fire-resisting capacity against the fire strength of concrete PC panel lining, through the realization of various tunnel fire curves as mentioned above, by developing the heating furnace suitable for the requirements of Fire-Resisting Standards, with which you can assess the fire damage of tunnel concrete lining. We have developed various conditions of the heating furnace and the method to install a thermo couple within the furnace based on EFNARC and KS F2257-1. We have also conducted a calibrating experiment in order to secure its reliability.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.13
no.3
s.55
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pp.127-134
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2009
This study investigated their properties of spalling resistance and residual compressive strength after fire test corresponding to various ISO, RABT heating curves, and contents of hybrid organic fiber of high strength concrete. The results were summarized as following. As fundamental characters of concrete with hybrid organic fiber, the flowability was directly declined as the increase of fiber contents, and air contents were decreased or increased a little bit, but there was not big difference. The compressive strength was gradually declined sluggishly at 28 days. As properties of fire resistance, in case of RABT heating curves, compare with ISO heating curves a spalling aspect showed till range that has much contents of hybrid organic fiber, but they are mostly peeling spalling, which means spalling aspect didn't happen to inside. In conclusion, in case of W/B 25% high strength concrete, the spalling was prevented over 0.04% of contents of fiber at ISO heating curve and over 0.10% of contents of fiber at the RABT heating curve. In case of spalling was prevented, mass reduction rate according to the change of heating temperature curves showed around 7% at ISO heating curves and around 9% at RABT heating curves. The residual compressive strength rate corresponding to the change of heating temperature curves showed 50%~60% at ISO heating temperature curves and 30%~35% at RABT heating temperature curves in case of spalling was prevented.
Composite materials were used widely due to merit of light weight, low maintenance cost and easy installation. But it is the cause of enormous casualties to men and properties because of weak about the fire. Particularly, it is more serious in case of subway train installed composite materials. For this reason, experimental comparison has been done fur measuring heat release rate(H.R.R) and smoke production rate(S.P.R) of interior panels of electric motor car using cone calorimeter. A high radiative heat flux of 50kW/㎡ was used to bum out all materials and to simulate the condition of fully developed fire case in the tests. It was observed that Heat Release Rate and Smoke Production Rate curves were dependent on the kinds of the interior materials. From the heat release rate curves, the sustained ignition time, peak heat release rate and total heat release rate were deduced, These data are useful in classifying the materials by calculating two parameters describing the possibility to flashover.
A simplistic approach towards evaluation of complete load deflection response of Reinforced Concrete (RC) flexural members under post fire (residual) scenario is presented in this paper. The cross-section of the RC flexural member is divided into a number of sectors. Thermal analysis is performed to determine the temperature distribution across the section, for given fire duration. Temperature-dependent stress-strain curves for concrete and steel are then utilized to perform a moment-curvature analysis. The moment-curvature relationships are obtained for beams exposed to different fire durations. These are then utilized to obtain the load-deflection plots following pushover analysis. Moreover one of the important issues of modeling the initial stiffness giving due consideration to stiffness degradation due to material degradation and thermal cracking has also been addressed in a rational manner. The approach is straightforward and can be easily programmed in spreadsheets. The presented approach has been validated against the experiments, available in literature, on RC beam subjected to different fire durations viz. 1hr, 1.5hrs and 2hrs. Complete load-deflection curves have been obtained and compared with experimentally reported counterparts. The results also show a good match with the results obtained using more complicated approaches such as those involving Finite element (FE) modeling and conducting a transient thermal stress analysis. Further evaluation of the beams during fire (at elevated temperatures) was performed and a comparison of the mechanical behavior of RC beams under post fire and during fire scenarios is made. Detailed formulations, assumptions and step by step approach are reported in the paper. Due to the simplicity and ease of implementation, this approach can be used for evaluation of global performance of fire affected structures.
Yiran Wu;Xianglin Yu;Yongjiu Shi;Yonglei Xu;Huiyong Ban
Steel and Composite Structures
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v.47
no.2
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pp.269-287
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2023
The WGJ420 fire-resistant weathering (FRW) steel is developed and manufactured with standard yield strength of 420 MPa at room temperature, which is expected to significantly enhance the performance of steel structures with excellent fire and corrosion resistances, strong seismic capacity, high strength and ductility, good resilience and robustness. In this paper, the mechanical properties of FRW steel plates and buckling behavior of columns are investigated through tests at elevated temperatures. The stress-strain curves, mechanical properties of FRW steel such as modulus of elasticity, proof strength, tensile strength, as well as corresponding reduction factors are obtained and discussed. The recommended constitutive model based on the Ramberg-Osgood relationship, as well as the relevant formulas for mechanical properties are proposed, which provide fundamental mechanical parameters and references. A total of 12 FRW steel welded I-section columns with different slenderness ratios and buckling load ratios are tested under standard fire to understand the global buckling behavior in-depth. The influences of boundary conditions on the buckling failure modes as well as the critical temperatures are also investigated. In addition, the temperature distributions at different sections/locations of the columns are obtained. It is found that the buckling deformation curve can be divided into four stages: initial expansion stage, stable stage, compression stage and failure stage. The fire test results concluded that the residual buckling capacities of FRW steel columns are substantially higher than the conventional steel columns at elevated temperatures. Furthermore, the numerical results show good agreement with the fire test results in terms of the critical temperature and maximum axial elongation. Finally, the critical temperatures between the numerical results and various code/standard curves (GB 51249, Eurocode 3, AS 4100, BS 5950 and AISC) are compared and verified both in the buckling resistance domain and in the temperature domain. It is demonstrated that the FRW steel columns have sufficient safety redundancy for fire resistance when they are designed according to current codes or standards.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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