JUSTIFICATION OF THE METHOD OF ASSESSING THE FIRE RESISTANCE OF REINFORCED CONCRETE HOLLOW PLATES BY LOSS OF INTEGRITY

Authors

  • S. Sidnei Черкаський інститут пожежної безпеки імені Героїв Чорнобиля Національного університету цивільного захисту України
  • O. Tyshchenko Черкаський державний технологічний університет
  • A. Kovalov Черкаський інститут пожежної безпеки імені Героїв Чорнобиля Національного університету цивільного захисту України
  • K. Hryhorenko Черкаський інститут пожежної безпеки імені Героїв Чорнобиля Національного університету цивільного захисту України

DOI:

https://doi.org/10.33042/2522-1809-2024-6-187-218-223

Keywords:

fire resistance, integrity, hollow plate, combustion products, through cracks, finite element model

Abstract

The article focuses on developing a method to assess the fire resistance of reinforced concrete hollow slabs by identifying through cracks that indicate a loss of integrity. The study addresses the growing need for fire-resistant materials in construction and proposes a method that combines thermal and mechanical stress analysis using finite element modeling. By simulating the effects of a fire scenario on hollow concrete slabs, the research identifies conditions under which critical cracks form, threatening structural integrity and potentially allowing smoke and toxic combustion gases to spread through the building.
Through detailed thermal and structural calculations, the study identifies the parameters at which cracks emerge and propagate across the slab, using a finite element model configured with a thermal load duration of up to one hour. The model simulates temperature distribution and deformation in concrete and steel components under a combined thermo-mechanical load, with specific emphasis on calculating deformation rates that correlate with the formation of through cracks. The research employs both the Drucker-Prager and William-Warnke strength theories, though the William-Warnke model is found to be more effective for brittle materials such as concrete due to its ability to predict nonlinear crack development accurately.
A significant aspect of the methodology is the progressive removal of finite elements representing failed areas in the concrete matrix, indicating the progression of structural failure. The study concludes that a concrete slab loses its fire resistance once through cracks are large enough to compromise integrity and allow the spread of dangerous fire byproducts. This finding underscores the importance of considering both the loss of load-bearing capacity and structural integrity when evaluating fire resistance.
This new assessment approach is valuable for designing safer buildings, as it enables a more precise prediction of fire resistance limits in hollow concrete slabs and supports improvements in fire safety measures. The research, therefore, not only advances understanding in fire-resistant construction materials but also contributes to the broader goal of enhancing public safety in building design and emergency response.

Author Biographies

S. Sidnei, Черкаський інститут пожежної безпеки імені Героїв Чорнобиля Національного університету цивільного захисту України

кандидат технічних наук, доцент, доцент кафедри

O. Tyshchenko, Черкаський державний технологічний університет

доктор технічних наук, професор, професор кафедри

A. Kovalov, Черкаський інститут пожежної безпеки імені Героїв Чорнобиля Національного університету цивільного захисту України

доктор технічних наук, старший науковий співробітник, доцент кафедри

K. Hryhorenko, Черкаський інститут пожежної безпеки імені Героїв Чорнобиля Національного університету цивільного захисту України

Старший викладач кафедри

References

Мельник І. В. Напружено-деформований стан та експериментальне впровадження порожнистих бетонних і залізобетонних конструкцій : автореф. дис. д-ра техн. наук : 05.23.01. — Львів, 2021.

Kripak, Volodymyr & Koliakova, Vira & Skopets, Valentyn. (2019). Methods of calculation of reinforced concrete monolithic floors with hollow liners. Building constructions. Theory and Practice. 1. 15-23. 10.32347/2522-4182.5.2019.15-23.

Kripak, Volodymyr & Koliakova, Vira & GAIDAI,Маksim. (2021). Investigation of the effectiveness of reinforced concrete monolithic overlap with hollow liners. Building constructions. Theory and Practice. 15-29. 10.32347/2522-4182.9.2021.15-29.

Chaturvedi S, Vedrtnam A, Youssef MA, Palou MT, Barluenga G, Kalauni K. Fire-Resistance Testing Procedures for Construction Elements—A Review. Fire. 2023; 6(1):5. https://doi.org/10.3390/fire6010005.

Belikov, A. & Todorov, O. & Klymenko, G. & Tkachenko, A.. (2023). On the issue of ensuring the safety of the operation of buildings and structures at high temperatures. Naukovyi visnyk Donetskoho natsionalnoho tekhnichnoho universytetu. 39-47. 10.31474/2415-7902-2023-2-11-39-47.

Sidnei S. O., Nuianzin O. M., Kostenko T. V., Berezovskyi A. I., Wąsik W. (2023). A method of evaluating the destruction of a reinforced concrete hollow core slab for ensuring fire resistance. Journal of Engineering Sciences (Ukraine), Vol. 10(2), pp. D1–D7. DOI: 21272/jes.2023.10(2).d1.

Åström, J., McNamee, M., Truchot, B. et al. Experimental Assessment of Emission Factors from Fires in the Built Environment Including Scaling Effects. Fire Technol (2023). https://doi.org/10.1007/s10694-023-01440-5

Ubani Obinna. Fire Resistance Design of Reinforced Concrete Structures January 28, 2024.

Станіслав Сідней, Василь Кобко, Світлана Федченко, Микола Змага, Наталія Заїка. Удосконалення зонного методу перевірки вогнестійкості пустотної плити. Надзвичайні ситуації: попередження та ліквідація, 2022, 6.1: 95-103. DOI:https://doi.org/10.31731/2524.2636.2021.5.2-83-88.

M Bellová. EUROCODES: Structural Fire Design. Concrete and Concrete Structures 2013 Conference. Procedia Engineering 65 ( 2013 ) 382 – 386.

Pozdieiev, S., Sidnei, S., Nekora, O., Subota, A., Kulitsa, O. (2023). Study of the Destruction Mechanism of Reinforced Concrete Hollow Slabs Under Fire Conditions. In: Arsenyeva, O., Romanova, T., Sukhonos, M., Biletskyi, I., Tsegelnyk, Y. (eds) Smart Technologies in Urban Engineering. STUE 2023. Lecture Notes in Networks and Systems, vol 808. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-46877-3_40.

World Fire Statistics 2011-2021.https://www.ctif.org/world-fire-statistics.

Sidnei, S.O., Nuianzin, O.M., Kostenko, T.V., Berezovskyi, A.I., Wąsik, W. A Method of Evaluating the Destruction of a Reinforced Concrete Hollow Core Slab for Ensuring Fire Resistance Journal of Engineering Sciences (Ukraine)This link is disabled., 2023, 10(2), pp. D1–D7.

Дворкін Л. Й. «Міцність бетону». Навчальний посібник. – К.: Видавничий дім «Кондор», 2021. – 310 с.

Sidnei, S., Myroshnyk, O., Kovalov, A., Veselivskyi, R., Hryhorenko, K., Shnal, T., & Matsyk, I. (2024). Identifying the evolution of through cracks in iron-reinforced hollow slabs under the influence of a standard fire temperature mode. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(7 (130), 70–77. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.310520.

Published

2024-12-17

How to Cite

Sidnei, S., Tyshchenko, O., Kovalov, A., & Hryhorenko, K. (2024). JUSTIFICATION OF THE METHOD OF ASSESSING THE FIRE RESISTANCE OF REINFORCED CONCRETE HOLLOW PLATES BY LOSS OF INTEGRITY. Municipal Economy of Cities, 6(187), 218–223. https://doi.org/10.33042/2522-1809-2024-6-187-218-223

Issue

Section

статьи