In the present paper a 3D thermo-hygro-mechanical model for concrete is used to study explosive spalling of concrete cover at high temperature. For a given boundary conditions the distribution of moisture, pore pressure, temperature, stresses and strains are calculated by employing a three-dimensional transient finite element analysis. The used thermo-hygro-mechanical model accounts for the interaction between hygral and thermal properties of concrete. Moreover, these properties are coupled with the mechanical properties of concrete, i.e., it is assumed that the mechanical properties (damage) have an effect on distribution of moisture (pore pressure) and temperature. Stresses in concrete are calculated by employing temperature dependent microplane model. To study explosive spalling of concrete cover, a 3D finite element analysis of a concrete slab, which was locally exposed to high temperature, is performed. It is shown that relatively high pore pressure in concrete can cause explosive spalling. The numerical results indicate that the governing parameter that controls spalling is permeability of concrete. It is also shown that possible buckling of a concrete layer in the spalling zone increases the risk for explosive spalling.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.11
no.6
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pp.193-200
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2007
The spalling analysis of high strength concrete columns needs a very complex and difficult process accounting for peeling of cover concrete as well as thermal, thermo-stress and hygro-transfer phenomena. However, the study on the spalling analysis method is insufficient. The practical spalling analysis algorithm is developed in this study, which formulates a vapor pressure equation as the parameter of temperature and cover depth and uses the compatibility condition In results of the spalling analysis, as the concrete strength increases and the content of PP fiber decreases the degree of spalling increases. This shows a similar result as the previous experimental study. Therefore the developed algorithm suggested in this study is expected to be useful in predicting the spalling of high strength concrete columns.
In this paper an analytical model is presented that addresses the compressive response of short-fiber reinforced concrete members (FRC) with hooked steel fibers. This model is applicable to a wide range of concrete strengths and accounts for the interaction between the cover spalling and the concrete core confinement induced by transverse steel stirrups and also for buckling of longitudinal reinforcing bars. The load-shortening curves generated here analytically fit existing experimental data well.
Standard compression tests of steel fiber reinforced concrete (SFRC) cylinders are conducted to formulate compressive stress versus compressive strain relationship of SFRC. Axial pullout tests of SFRC specimens are also conducted to explore its tensile stress strain relationship. Cover concrete spalling and reinforcement buckling models developed originally for normal reinforced concrete are modified to extend their application to SFRC. Thus obtained monotonic material models of concrete and reinforcing bars in SFRC members are combined with unloading/reloading loops used in the cyclic models of concrete and reinforcing bars in normal reinforced concrete. The resulting path-dependent cyclic material models are then incorporated in a finite-element based fiber analysis program. The applicability of these models at member level is verified by simulating cyclic lateral loading tests of SFRC columns under constant axial compression. The analysis using the proposed SFRC models yield results that are much closer to the experimental results than the analytical results obtained using the normal reinforced concrete models are.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.05b
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pp.477-480
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2006
Normally, with all ensuring the fire resistance structure as a method of setting the required cover thickness to fire, the RC is significantly affected from the standpoint of its structural stability that the compressive strength and elastic modulus is reduced by fire. Especially, high strength concrete and lightweight aggregate concrete is occurred serious fire performance deterioration by explosive spalling. Thus, this study is concerned with explosive spalling of lightweight concrete using structural lightweight aggregate. From the experimental test result, lightweight aggregate concrete is happened explosive spalling. The decrease of cross section caused by explosive spalling made sharp increasing gradient of inner temperature.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2009.05a
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pp.291-292
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2009
In this study, an analysis of cover concrete cracking exposed to the chloride attack was performed based on newly defined durability limit states. Using the methodology in this paper, the prediction of cover concrete cracking and subsequent spalling can be used for the prediction of corrosion induced serviceability degradation of concrete structures subjected chloride attack.
The fire resistance performance of 2 RC slabs after exposure to the ISO-834 fire standard without loading has been experimentally investigated. A Comparison is made of the fire resistance performance between RC slabs without PP(polypropylene) fibers and RC slabs with PP fibers. From the fire test results, the presence of PP fibers in RC slabs can reduce spalling and enhance their fire resistance. Until now, the determination of fire resistance of reinforced concrete(RC) slabs has essentially been based on tabulated data. According to ACI 216 code and EUROCODE 2, the design of concrete structures is essentially based on tabulated data for appropriate concrete cover and various fire durations. From the comparison between fire test results and codes, current fire design provisions of codes such as the ACI 216 and the EUROCODE 2 are unconservative for estimating mechanical properties of RC slabs at elevated temperatures.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.11a
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pp.749-752
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2005
Normally, the degradation of concrete member exposed to fire is largely dependent on the fire scale and fire condition. With all ensuring the fire resistance structure as a method of setting the required cover thickness to fire, the RC is significantly affected from the standpoint of its structural stability that the compressive strength and elastic modulus is reduced by fire. Thus, this study is concerned with experimentally investigating fire resistance of high strength-light weight concrete. From the test result, high strength-light weight concrete is happened explosive spalling. The decrease of cross section caused by explosive spalling made sharp increasing gradient of inner temperature.
Du, Yong;Xiong, Ming-Xiang;Zhu, Jian;Liew, J.Y. Richard
Steel and Composite Structures
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v.33
no.6
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pp.849-864
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2019
One way to achieve sustainable construction is to reduce concrete consumption by use of more sustainable and higher strength concrete. Modern building codes do not cover the use of ultra-high strength concrete (UHSC) in the design of composite structures. Against such background, this paper investigates experimentally the mechanical properties of steel fibre-reinforced UHSC and then the structural behaviors of UHSC encased steel (CES) members under both concentric and eccentric compressions as well as pure bending. The effects of steel-fibre dosage and spacing of stirrups were studied, and the applicability of Eurocode 4 design approach was checked. The test results revealed that the strength of steel stirrups could not be fully utilized to provide confinement to the UHSC. The bond strength between UHSC and steel section was improved by adding the steel fibres into the UHSC. Reducing the spacing of stirrups or increasing the dosage of steel fibres was beneficial to prevent premature spalling of the concrete cover thus mobilize the steel section strength to achieve higher compressive capacity. Closer spacing of stirrups and adding 0.5% steel fibres in UHSC enhanced the post-peak ductility of CES columns. It is concluded that the code-specified reduction factors applied to the concrete strength and moment resistance can account for the loss of load capacity due to the premature spalling of concrete cover and partial yielding of the encased steel section.
In this study, fire resistance performance of high strength concrete specimen with fireproof gypsum board was investigated for possible use in upgrading fire-resistant performance of the existing building and repair of fire damaged structures. Fire test of eight identical high strength concrete columns were carried out for 180 minutes in accordance with ISO-834. The temperature distributions in longitudinal reinforcement and concrete temperature at various depths were recorded. The fireproof performance of gypsum board and explosive spalling of concrete were observed. The specimens with 15 mm thick twoply fireproof gypsum board spalled after gypsum board crumbled regardless of fastening methods. However, when the thickness of fireproof gypsum board was more than 30 mm, it was possible to prevent the explosive spalling and control the rebar temperature. Although the effect of cover thickness could not be compared because the explosive spalling occurred, there seemed to be no difference in insulation efficiency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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