Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection (한국구조물진단유지관리공학회 논문집)

Korea Institute for Structural Maintenance Inspection (한국구조물진단유지관리공학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Fire Resistance Performance of High Strength Concrete with 4 Deformation Factors

4변형 인자에 의한 고강도콘크리트의 내화성능 평가

  • 이태규 (우송대학교 철도건설시스템학과)
  • Received : 2012.05.02
  • Accepted : 2012.08.02
  • Published : 2012.09.30
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

A numerical model considering the internal vaporization and the creep effect, in the form of a analytical program, for tracing the behavior of high strength concrete(HSC) members exposed to fire is presented. The two stages, i.e., spalling procedure and fire resistance time, associated with the thermal, moisture flow, creep and structural analysis, for the prediction of fire resistance behavior are explained. The use of the analytical program for tracing the response of HSC member from the initial pre-loading stage to collapse, due to fire, is demonstrated. Moisture evaporates, when concrete is exposed to fire, not only at concrete surface but also at inside the concrete to adjust the equilibrium and transfer properties of moisture. Finite element method is employed to facilitate the moisture diffusion analysis for any position of member, so that the prediction method of the moisture distribution inside the concrete members at fire is developed. The validity of the numerical model used in this program is established by comparing the predictions from this program with results from others fire resistance tests. The analytical program can be used to predict the fire resistance of HSC members for any value of the significant parameters, such as load, sectional dimensions, member length, and concrete strength.

본 연구는 고강도 콘크리트 부재의 고온 하에서의 내화성능을 평가하기 위하여 내부증발 및 크리프를 고려한 해석적 모델들을 제시하였다. 내화성능의 평가는 열팽창, 수분확산, 크리프 모델 및 구조해석을 통하여 폭렬진행과 내화시간의 2가지 단계로 구분하였으며, 해석프로그램을 사용하여 사전재하조건에서부터 화재에 따른 부재의 폭렬 및 파괴까지의 전반적인 해석을 수행하였다. 콘크리트가 화재에 노출되면 콘크리트 표면에서의 수분뿐만 아니라 콘크리트 내부에서의 수분도 수분의 평형 및 전달조건에 의하여 증발이 발생된다. 화재시 콘크리트 부재 내부의 수분변화를 예측하기 위하여 부재 내부의 임의의 위치에서의 상대함수율을 산정하기 위하여 유한요소방식을 적용하였다. 이러한 해석적 모델 및 해석프로그램의 정확성을 검증하기 위하여 해석적 결과와 다른 연구자들에 의한 여러 가지의 실험데이터와 비교하였으며, 그 결과 해석프로그램은 하중, 단면조건, 부재길이, 콘크리트 강도 등 여러 가지 변수들에 대하여 고강도 콘크리트 부재의 내화성능을 해석적으로 잘 평가하고 있는 것으로 나타나고 있다.

Keywords

References

  1. 김형준, 한상훈, 최승관, "화재시 콘크리트 요소 폭렬영향성 고찰", 한국화재소방학회 논문지, 제21권 2호, 2007, pp.54-63.
  2. 김흥열, "고온영역에서 고강도 콘크리트의 역학적 특성에 관한 실험적 연구", 박사학위논문, 건국대학교, 2002.
  3. 이태규, "고온 하에서 기화열을 고려한 철근콘크리트 부재의 온도 해석", 대한토목학회 논문집, 제29권 4A호, 2009, pp.355-363.
  4. 최창근, "유한요소법", 테크노프레스, 2002, p.650.
  5. 한국콘크리트학회, "콘크리트구조설계기준", 한국콘크리트학회, 2007.
  6. 高正遠, 田村政道, 兼松學, 野口貴文, "火災加熱條件下にあはるコシクリートの細孔構造の變化と熱․水分移動に關する實驗的硏究", 日本建築學會大會學術講演槪要集, 2005, pp.55-56.
  7. 菊田憼美, 平島夫, 吉田正友, "上形英樹, 超高强度鐵筋コシクリート柱の耐火性に關する解析的硏究", コシクリート工學年次論文集, vol. 25, No. 2, 2003, pp.187-192.
  8. Anderberg, Y., "Modeling of Steel Behavior", Fire Safety Journal, vol. 13, 1988, pp.17-26. https://doi.org/10.1016/0379-7112(88)90029-X
  9. Anderberg, Y. and Thelandersson, S., "Stress and Deformation Characteristics of Concrete", Experimental Investigation and Material Behavior Model, Bulletin 54, Sweden, 1976.
  10. Bazant, Z. P., "Thermodynamics of Hindered Adsorption and Its Implications for Hardened Cement Paste and Concrete", Cement and Concrete Research, vol. 2, No. 1, 1972, pp.1-16. https://doi.org/10.1016/0008-8846(72)90019-1
  11. Haksever, A. and Ehm, C., "Application of Biaxial Concrete Data for Bearing Members under Fire Attack", Fire Safety Journal, vol. 12, 1987, pp.109-119. https://doi.org/10.1016/0379-7112(87)90027-0
  12. Harmathy, M. S., "Fire Safety Design and Concrete", Longman Science and Technical, 1993.
  13. ISO Technical Committee 92, "Properties of Materials at High Temperatures", RILEM Committee 44, 1985.
  14. Noumowe, A. N., Clastres, P., "Debicki, G, and Costaz, J. I., High Performance Concrete for Serve Thermal Conditions", Proceedings of the International Conference on Concrete under Serve Conditions, CONSEC 95, 1995, pp.1129-1140.
  15. Phan, L. T., "Fire Performance of High Strength Concrete", A Report of the State-of-the-Art, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD, 1996.
  16. Schneider, U., "Properties of Materials at High Temperatures -Concrete", RILEM Committee 44, 1985.
  17. Terro, M. J., "Numerical Modeling of the Behavior Concrete Structures in Fire", ACI Structural Journal, 1998, pp.183-193.

Cited by

  1. Hygro-Thermo-Mechanical Analysis of Concrete under High Temperature vol.13, pp.5, 2013, https://doi.org/10.9798/KOSHAM.2013.13.5.025