Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2006.03a
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pp.960-969
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2006
In this study, a series of fire tests was carried out to evaluate fire-induced damage to structural members in tunnels. From the tests, the loss amount of concrete materials by the RWS fire scenario was slightly bigger than by the RABT fire scenario. Especially under the RWS fire scenario where the maximum temperature is over 1,200, the loss of concrete materials was mainly induced by melting. Generally, the loss of materials in reinforced concrete was slightly smaller than that in unreinforced concrete. Depending upon an applied fire scenario, fire-induced damage to shotcrete was quite different. From the real-time investigation of a specimen surface by a digital camcorder, it was proved that the material loss under the RABT fire scenario was mainly induced by spalling. However, it was also revealed that although fire-induced damage in the initial heating stage under the RWS was so close to that under the RABT, the material loss under the RWS at the later stage after 50 minutes elapsed since fire initiation was induced not by spalling but by melting.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.3C
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pp.219-228
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2006
In this study, a series of fire tests was carried out to evaluate fire-induced damage to structural members in tunnels. From the tests, the loss amount of concrete materials under the RWS scenario was slightly bigger than under the RABT fire scenario. Especially under the RWS fire scenario where the maximum temperature is over $1,200^{\circ}C$, the loss of concrete materials was mainly induced by melting. Generally, the loss of materials in reinforced concrete was slightly smaller than that in unreinforced concrete. Depending upon an applied fire scenario, fire-induced damage to shotcrete was quite different. From the realtime investigation of a specimen surface by a digital camcorder, it was proved that the material loss under the RABT fire scenario was mainly induced by spalling. However, it was also revealed that although fire-induced damage in the initial heating stage under the RWS was so close to that under the RABT, the material loss under the RWS at the later stage after 50 minutes elapsed since fire initiation was induced not by spalling but by melting.
Ye, Zhongnan;Jiang, Shouchao;Heidarpour, Amin;Li, Yingchao;Li, Guoqiang
Steel and Composite Structures
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v.30
no.4
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pp.351-364
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2019
Earthquake and fire are both severe disasters for building structures. Since earthquake-induced damage will weaken the structure and reduce its fire endurance, it is important to investigate the behavior of structure subjected to post-earthquake fire. In this paper, steel-concrete composite beam-to-column joints were tested under fire with pre-damage caused by cyclic loads. Beforehand, three control specimens with no pre-damage were tested to capture the static, cyclic and fire-resistant performance of intact joints. Experimental data including strain, deflection and temperature recorded at several points are presented and analyzed to quantify the influence of cyclic damage on fire resistance. It is indicated that the fire endurance of damaged joints decreased with the increase of damage level, mainly due to faster heating-up rate after cyclic damage. However, cracks induced by cyclic loading in concrete are found to mitigate the concrete spalling at elevated temperatures. Moreover, the relationship between fire resistance and damage degree is revealed from experimental results, which can be applied in fire safety design and is worthwhile for further research.
Fire in underground space may induce severe structural damage as well as heavy casualties. To protect underground structure and passengers from fire, it is very essential to characterize fire-induced damage on construction materials of underground structures. In this study, the high-temperature furnace was manufactured to evaluate fire-induced damage on underground structure materials. Especially, this study aimed at the evaluation of fire-induced damage on the shield TBM concrete segment. In the fire tests, furnace temperature was set to reach 1,200 degrees at five minutes after Ignition. The temperature of 1,200 degrees was kept during one hour, and the fire was extinguished after two hours elapsed. From the temperature measurement by thermocouples embedded in test specimens, the spatting was estimated to reach approximately 20 cm from the surface exposed to fire. After the fire tests, the alteration of physico-mechanical properties and microstructures of concrete segment was investigated from core specimens. The results showed that apart from spatting, the deterioration depth of the remaining concrete material amounted to approximately 10 cm from the spatting surface.
Ibrahimbegovic, Adnan;Boulkertous, Amor;Davenne, Luc;Muhasilovic, Medzid;Pokrklic, Ahmed
Computers and Concrete
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v.7
no.4
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pp.285-301
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2010
In this work we first review the statistical data on large fires in urban areas, presenting a detailed list of causes of fires, the type of damage to concrete and reinforced concrete structures. We also present the modern experimental approach for studying the fire-resistance of different structural components, along with the role of numerical modeling to provide more detailed information on quantifying the temperature and heat flux fields. In the last part of this work we provide the refined models for assessment of fire-induced damage in structures built of concrete and/or reinforced-concrete. We show that the refined models of this kind are needed to provide a more thorough explanation of damage and to complete the damage assessment and post-fire evaluations.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2005.03a
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pp.423-430
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2005
Fire accidents in underground space may bring much loss of lives as well as properties and result in catastrophic disasters. This study aimed to manufacture the high-temperature furnace capable of simulating fire scenarios (RABT and RWS) and carry out the preliminary fire tests to evaluate fire-induced damage in underground structures. Specimens used in the fire tests were the concrete segments generally used in shield TBM tunnels. The simulated fire scenario was set to the RABT curve that is the most representative fire scenario in underground space. From the fire tests, the spalling was estimated to reach approximately 20cm from the surface exposed to fire. In addition, from the observation of core specimens obtained after fire tests, the deteriorated zone of unspalled specimens amounted to approximately 10cm from the surface of spalling.
Ye, Zhongnan;Heidarpour, Amin;Jiang, Shouchao;Li, Yingchao;Li, Guoqiang
Steel and Composite Structures
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v.43
no.5
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pp.673-688
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2022
Post-earthquake fire is a major threat since most structures are designed allowing some damage during strong earthquakes, which will expose a more vulnerable structure to post-earthquake fire compared to an intact structure. A series of experimental research on steel-concrete composite beam-to-column joints subjected to fire after cyclic loading has been carried out and a clear reduction of fire resistance due to the partial damage caused by cyclic loading was observed. In this paper, by using ABAQUS a robust finite element model is developed for exploring the performance of steel-concrete composite joints in post-earthquake fire scenarios. After validation of these models with the previously conducted experimental results, a comprehensive numerical analysis is performed, allowing influential parameters affecting the post-earthquake fire behavior of the steel-concrete composite joints to be identified. Specifically, the level of pre-damage induced by cyclic loading is regraded to deteriorate mechanical and thermal properties of concrete, material properties of steel, and thickness of the fire protection layer. It is found that the ultimate temperature of the joint is affected by the load ratio while fire-resistant duration is relevant to the heating rate, both of which change due to the damage induced by the cyclic loading.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.10
no.4
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pp.313-327
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2008
Thermo-mechanical coupled behavior of an underground structure during a fire accident have not been fully understood yet. Moreover, when such a thermo-mechanical coupled behavior is not considered in numerical analyses based on conventional heat transfer theory, fire-induced damage zone in an underground structure can be considerably underestimated. This study aims to develop a FEM-based numerical technique to simulate the thermo-mechanical coupled behavior of an underground structure in a fire accident. Especially, an element elimination model is newly proposed to simulate fire-induced structural loss together with a convective boundary condition. In the proposed model, an element where the maximum temperature calculated from heat transfer analysis is over a prescribed critical temperature is eliminated. Then, the proposed numerical technique is verified by comparing numerical results with experimental results from real fire model tests. From a series of parametric studies, the key parameters such as critical temperature, element size and temperature-dependent convection coefficients are optimized for the RABT and the RWS fire scenarios.
When a fire accident accompanied by an explosion occurs, the surrounding firewalls are affected by impact and thermal loads. Damaged firewalls due to accidental loads may not fully perform their essential function. Therefore, this paper proposes an advanced methodology for evaluating the fire resistance performance of firewalls damaged by explosions. The fragments were assumed to be scattered, and fire occurred as a vehicle exploded in a large compartment of a roll-on/roll-off (RO-RO) vessel. The impact velocity of the fragments was calculated based on the TNT equivalent mass corresponding to the explosion pressure. Damage and thermal-structural response analyses of the firewall were performed using Ansys LS-DYNA code. The fire resistance reduction was analyzed in terms of the temperature difference between fire-exposed and unexposed surfaces, temperature increase rate, and reference temperature arrival time. The degree of damage and the fire resistance performance of the firewalls varied significantly depending on impact loads. When naval ships and RO-RO vessels that carry various explosive substances are designed, it is reasonable to predict that the fire resistance performance will be degraded according to the explosion characteristics of the cargo.
Concrete undergoes a series of thermo-based physio-chemical changes once exposed to elevated temperatures. Such changes adversely alter the composition of concrete and oftentimes lead to fire-induced explosive spalling. Spalling is a multidimensional, complex and most of all sophisticated phenomenon with the potential to cause significant damage to fire-exposed concrete structures. Despite past and recent research efforts, we continue to be short of a systematic methodology that is able of accurately assessing the tendency of concrete to spall under fire conditions. In order to bridge this knowledge gap, this study explores integrating novel artificial intelligence (AI) techniques; namely, artificial neural network (ANN), adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) and genetic algorithm (GA), together with traditional statistical analysis (multilinear regression (MLR)), to arrive at state-of-the-art procedures to predict occurrence of fire-induced spalling. Through a comprehensive datadriven examination of actual fire tests, this study demonstrates that AI techniques provide attractive tools capable of predicting fire-induced spalling phenomenon with high precision.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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