FUZZFYING INTERIOR WALL SURFACE TEMPERATURE CHANGE OF 3D PRINTED CONCRETE COMPOSITE WALL PANELS UNDER STANDARD FIRE CONDITIONS

Year 2023, Volume: 7 Issue: 3, 485 - 498, 31.12.2023

Ferhat Pakdamar Şevval Kaplan Nilay Coşgun

https://doi.org/10.46519/ij3dptdi.1314119

Abstract

The 3D printing (3DP) technology has exhibited a growth performance in the construction sector due to its potential advantages. Although this technology has been examined from various perspectives since its rapid entry into the industry, its insulation performance against fire needs to be investigated. In the studies conducted for 3D printed concrete (3DPC) walls, it is stated that a detailed investigation is required regarding their fire performance. As a result of a literature review, a detailed study using Finite Element Models (FEMs) was examined. To determine the unknown intermediate data of the data obtained from the study using a method close to the human thinking system, fuzzy logic was used to develop a model with the fuzzy set method. The input and output data of the three different configurations of the study were used in the density. Rules were established for each density and wall configuration. To determine intermediate data, table and graphs were created using the data obtained from the generated model. In the research conducted, the fire resistance efficiency of the investigated wall configurations was analyzed. The results of the analyses indicate that, in terms of mass performance, the wall configurations were ranked as C1, CI1, and S4, while in relation to insulation performance, it was determined that CI1 and S4 configurations provided greater gains compared to C1.

Keywords

3D Printing Technology, 3D Printed Concrete (3DPC) Composite Wall Panels, Fire Resistance, Fuzzy Logic.

3D BASKILI BETON KOMPOZİT DUVAR PANELLERİNİN STANDART YANGIN KOŞULUNDAKİ DUVAR İÇ YÜZEY SICAKLIK DEĞİŞİMİNİN BULANIKLAŞTIRILMASI

Abstract

Yapı sektöründe 3 Boyutlu baskı (3DP) teknolojisi, potansiyel avantajları nedeniyle hızlanan bir büyüme performansı sergilemiştir. Sektöre hızlı giren bu teknoloji birçok açıdan incelenmiş olup, yangına karşı olan yalıtım performansının da incelenmesi gerekmektedir. Yapılan çalışmalarda 3D basılı beton (3DPC) duvarlar için, yangın performansına ilişkin ayrıntılı bir araştırma gerekli olduğu belirtilmektedir. Literatür taraması sonucunda Sonlu Eleman Modelleri (FEM'ler) kullanarak yapılan detaylı bir çalışma incelenmiş. Çalışma sonucunda elde edilen verilerin bilinmeyen ara verilerini insan düşünme sistemine yakın bir yöntem olan bulanık mantık ile tespit etmek için bulanık küme yöntemi ile model geliştirilmiştir. Çalışmanın üç farklı konfigürasyonunun yoğunluktaki girdi ve çıktı verileri kullanılmıştır. Her bir yoğunluk ve duvar konfigürasyonu için kurallar oluşturulmuştur. Oluşturulan modelden elde edilen verilerle tablo ve grafikler oluşturularak ara veriler belirlenmiştir. Analiz ve bulgular bağlamında çalışmaya konu duvar konfigürasyonlarının yangına karşı dayanım verimliliği incelenmiştir. Analizlerin sonuçlarına göre, duvar konfigürasyonları kütle performansı açısından C1, CI1 ve S4 şeklinde sıralanırken, yalıtım performansı açısından ise CI1 ve S4 konfigürasyonlarının C1'e göre daha fazla kazanç sağladığı belirlenmiştir.

Keywords

3 Boyutlu (3D) Yazıcı Teknolojisi, 3 Boyutlu Baskılı Beton (3DPC) Kompozit Duvar Paneller, Yangın Dayanımı, Bulanık Mantık.

References

• 1. Çerçevik A. E., Toklu Y. C., Kandemi̇r S. Y., ve Yaylı M. Ö., “3D Baskı Teknolojisi Kullanarak Yapı Üretiminin Son Dönem Yeniliklerinin Araştırılması”, International Journal of 3D Printing Technologies and Digital Industry, Cilt 2, Sayı 2, Sayfa 116-122, 2018.
• 2. Shahrubudin N., Lee T. C., ve Ramlan R., “An Overview on 3D Printing Technology: Technological, Materials, and Applications”, Procedia Manuf, Vol. 35, Pages 1286-1296, 2019.
• 3. Suntharalingam T., Upasiri I., Gatheeshgar P., Poologanathan K.., Nagaratnam B., Rajanayagam H. ve ark., “Fire resistance of 3D printed concrete composite wall panels exposed to various fire scenarios”, Journal of Structural Fire Engineering, Vol. 12, Pages 3, Sayfa 377-409, 2021.
• 4. Uygunoğlu T., Özgüven S. B., ve Topçu İ. B., “3D Teknolojisi ile Üretilen Yapı Malzemeleri ve Özellikleri”, International Journal Of 3D Printing Technologies And Digital Industry, Sayfa 693 – 702, Antalya, 2019.
• 5. Tay Y. W. D., Panda B., Paul S. C., Mohamed N. A. N., Tan M. J. ve Leong K. F., “3D Printing Trends In Building And Construction Industry: A Review”, Virtual Phys Prototyp, Vol. 12, Issue 3, Pages 261-276, 2017.
• 6. Felek S. Ö., “Mimari Yapılarda 3 Boyutlu Yazıcıların Kullanımı”, Internatıonal Journal Of 3d Prıntıng Technologıes And Dıgıtal Industry, Cilt. 3, Sayı 3, Sayfa 289-296, 2019.
• 7. Pernet B., Nagel J. K., ve Zhang H., “Compressive Strength Assessment of 3D Printing Infill Patterns”, Procedia CIRP, Vol. 105, Pages 682-687, 2022.
• 8. Dikshit V., Yap Y.L., Goh G.D., Yang H., Lim J.C., Qi X. Ve ark., “Investigation of out of plane compressive strength of 3D printed sandwich composites”, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Vol. 139, Issue 1, Pages 1-7, 2016.
• 9. Başdemir H. ve Demirel F., “Binalarda Pasif Yangın Güvenlik Önlemleri Bağlamında Bir Literatür Araştırması”, Politeknik Dergisi, Cilt 13, Sayı 2, Sayfa 101-109, 2010.
• 10. Suntharalingam T., Gatheeshgar P., Upasiri I., Poologanathan K., Nagaratnam B., Corradi M. ve ark., “Fire performance of innovative 3D printed concrete composite wall panels – A Numerical Study”, Case Studies in Construction Materials, Vol. 15, Issue e00586, 2021.
• 11. So H.-S., “Spalling Prevention of High Performance Concrete at High Temperatures”, 1-214, High Performance Concrete Technology and Applications, 2016.
• 12. İnce A., “Yangın Yerindeki Tehlikeler”, https://www.abdurrahmanince.net/, 25 Eylül, 2023.
• 13. Wang L., Jiang H., Li Z., ve Ma G., “Mechanical behaviors of 3D printed lightweight concrete structure with hollow section”, Archives of Civil and Mechanical Engineering, Vol. 20, Issue 1, Pages 1-17, 2020.
• 14. Banerji S., Kodur V., Solhmirzaei R., “Experimental behavior of ultra high performance fiber reinforced concrete beams under fire conditions”, Engineering Structures, Vol. 208, Issue 110316, Pages 1-12, 2020.
• 15. Han L.-H., Zhou K., Tan Q.-H. ve Song T.-Y., “Performance of steel reinforced concrete columns after exposure to fire: Numerical analysis and application”, Engineering Structures, Vol. 211, Issue 110421, Pages 1-12, 2020.
• 16. Prasittisopin L., Pongpaisanseree K., Jiramarootapong P. ve Snguanyat C., “Thermal and Sound Insulation of Large-Scale 3D Extrusion Printing Wall Panel”, In 2nd RILEM International Conference on Concrete and Digital Fabrication, Eindhoven, Pages 1174-1182, The Netherlands, 2020.
• 17. S. Pessoa, A. S. Guimarães, S. S. Lucas ve N. Simões, “3D printing in the construction industry- A systematic review of the thermal performance in buildings”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 141, Issue 110794, Pages 1-13, 2021.
• 18. Weng Y., Li M., Liu Z., Lao W., Lu B., Zhang D. Vw ark., “Printability and fire performance of a developed 3D printable fibre reinforced cementitious composites under elevated temperatures”, Virtual and Physical Prototyping, Vol. 14, Issue 3, Pages 284-292, 2018.
• 19. Block I., “World’s largest 3D-printed building completes in Dubai”, https://www.dezeen.com/2019/12/22/apis-cor worlds-largest-3d-printed-building-dubai/, 02 Aralık 2022.
• 20. Cicione A., Kruger J., Walls R. S., Zijl G. V., “An experimental study of the behavior of 3D printed concrete at elevated temperatures”, Fire Safety Journal, Vol. 20, Issue 103075, Pages 1-10, 2021.
• 21.J. del Coz-Díaz J., Enrique Martínez-Martínez J., Alonso-Martínez M., Pedro Álvarez Rabanal F., “Comparative study of LightWeight and Normal Concrete composite slabs behaviour under fire conditions”, Engineering Structures, Vol. 207 Issue 110196, Pages 1-12, 2022.
• 22. Atasoy A., Pul S. Ve Şentürk M., “Eksenel yüklü betonarme kolonların yüksek sıcaklık etkisindeki davranışlarının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi”, Ulusal Yapı Mekaniği Laboratuvarları Toplantısı, Trabzon,2017.
• 23. Mróz K., Hager I. ve Korniejenko K., “Material Solutions for Passive Fire Protection of Buildings and Structures and Their Performances Testing”, Procedia Engineering, Vol. 151, Issue 284-291, 2016.
• 24. Papadopoulos A. M., “State of the art in thermal insulation materials and aims for future developments”, Energy and Buildings, Vol. 37, Issue 1, Pages 77-86, 2005.
• 25. Hidalgo J. P., Welch S. ve Torero J. L., “Performance criteria for the fire safe use of thermal insulation in buildings”, Construction and Building Materials, Vol 100, Pages 285-297, 2015.
• 26. Anastaselos D., Giama E. ve Papadopoulos A. M., “An assessment tool for the energy, economic and environmental evaluation of thermal insulation solutions”, Energy and Buildings, Vol. 41, Issue 11, Pages 1165-1171, 2009.
• 27. Papadopoulos A. M., “State of the art in thermal insulation materials and aims for future developments”, Energy and Buildings, Vol. 37, Issue 1, Pages 77-86, 2005.
• 28. Börgesson L., “ABAQUS”, Developments in Geotechnical Engineering, Vol. 79, Pages 565-570, 1996.
• 29. The European Committee for Standardization (CEN) (2004), “1-2: Design of concrete structures-Part 1-2: General rules-Structural fire design”, Brussels, Belgium.
• 30. Zadeh L. A., “Fuzzy sets”, Information and Control, Vol. 8, Issue 3, Pages 338-353, 1965.
• 31. Şevki I., “Bulanık Mantık ve Bulanık Teknolojiler”, Araştırma Ankara Üniversitesi Dil ve Tarih-Coğrafya Fakültesi Felsefe Bölümü Dergisi, Cilt 19, Sayı 0, Sayfa 105-126, 2008.
• 32. Özdemir O. ve Kalınkara Y., “Bulanık Mantık: 2000-2020 Yılları Arası Tez ve Makale Çalışmalarına Yönelik Bir İçerik Analizi”, Acta INFOLOGICA, Cilt 4, Sayı 2, Sayfa 155-174, 2020.
• 33. “Matlab Nedir Nerelerde Kullanılır?”, https://cadsay.com/matlab-nedir-nerelerde-kullanilir, 03 Aralık, 2022.
• 34. Yılmaz M. ve Arslan E., “Bulanık Mantığın Jeodezik Problemlerin Çözümünde Kullanılması”, 2. Mühendislik Ölçmeleri Sempozyumu, 512-522, İstanbul, 2005.
• 35. Ataşoğlu A., “Bulanık Mantık #4: Bulanık Sistem Uygulaması”, https://ahmetatasoglu98.medium.com/bulan%C4%B1k-mant%C4%B1k-4-bulan%C4%B1k-sistem-uygulamas%C4%B1-f346d35af51, 04 Aralık, 2022.