Experimental Investigation of Fire Effect of Joint Elements Used in Steel Structures

Abstract

In this study, mechanical properties of bolts and screws exposed to high temperatures (600 °C, 800 °C and 1000 °C) were investigated. Residual mechanical properties such as tensile deformation, elastic modulus, yield and final stress, as well as failure modes of bolts, were compared with control samples after exposure to various target temperatures. Temperature level, chemical composition of raw material steels and the effect of heat treatment properties on residual mechanical properties during the production process of 12.9 degree bolts were investigated. Data from the tests show that the bolts have a rapid reduction in residual strength when heated to temperatures above 400 ° C and reach 48.6 % of the final power after exposure to 800 °C. Apart from the carbon content of the coupling means and the tempering temperature in bolt production, it is seen that the bolts and screws now significantly affect the mechanical properties.

Keywords

• Steel joint
• screw
• bolt
• fire effect

Çelik Yapılarda Kullanılan Birleşim Elemanlarının Yangın Etkisinin Deneysel Olarak İncelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, yüksek sıcaklıklara (600 °C, 800 °C ve 1000 °C) maruz kalmış bulon ve vidaların mekanik özellikleri araştırılmıştır. Gerilme şekil değiştirme, elastisite modülü, verim ve nihai dayanımlar gibi artık mekanik özellikler ve ayrıca bulonların göçme modları çeşitli hedef sıcaklıklara maruz kaldıktan sonra kontrol numuneleri ile karşılaştırmaları yapılmıştır. Sıcaklık seviyesi, ham madde çeliklerinin kimyasal kompozisyonu ve 12.9 dayanım sınıfı bulonların üretim sürecinde ısıl işlem özelliklerinin artık mekanik özellikler üzerine etkisi incelenmiştir. Testlerden elde edilen veriler, bulonların, 400 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda artık gerilmede hızlı bir azalma olduğunu ve 800 °C'ye maruz kaldıktan sonra nihai dayanımın % 48.6'sine ulaştığını gözlemlenmiştir. Birleşim araçların karbon miktarı ve bulon üretiminde temperleme sıcaklığı dışında, bulonların ve vidaların artık mekanik özelliklerini önemli ölçüde etkilediği görülmektedir.

Keywords

• Çelik birleşim
• vida
• bulon
• yangın etkisi

References

1. B. R. Kirby, “The behaviour of high-strength grade 8.8 bolts in fire”, J. Constr. Steel Res., c. 33, sayı 1–2, ss. 3–38, 1995
2. D. D. ÖZBERK, “Çeli̇k yapilarda pasi̇f yangindan koruma yöntemleri̇ni̇n karşilaştirmali mali̇yet anali̇zi̇”, Ulus. Tez Merk., 2010.
3. E. İPLİKÇİ ve YÜKSEK, “Binalarda Yangın Güvenlik Önlemlerinin Analizi Ve Yangın Güvenlikli Bina Tasarımına İlişkin Performans Kriterlerinin Ortaya Konulması”, Ulus. Tez Merk., 2006.
4. EN. 1993-1-8, “Eurocode 3: Design of Steel Structures - Part 1.8: Design of Joints.”, CEN,Brussels, c. 1, sayı 2005, s. 135,
5. G. B. Lou, M. C. Zhu, M. Li, C. Zhang, ve G. Q. Li, “Experimental research on slip-resistant bolted connections after fire”, J. Constr. Steel Res., c. 104, ss. 1–8, 2015.
6. H. Liu, D. Liu, Z. Chen, ve Y. Yu, “Post-fire residual slip resistance and shear capacity of high-strength bolted connection”, J. Constr. Steel Res., c. 138, ss. 65–71, 2017.
7. I. Choi, K. Chung, ve D. Kim, “Thermal and mechanical properties of high-strength structural steel HSA800 at elevated temperatures”, J. Mater., c. 63, ss. 544–551, 2014.
8. I. Sanrı, “Steel Frames Under Fires”, Ulus. Tez Merk., s. 101, 2004

9. K. C. M. Meyers, “Mechanical Behavior of Materials”, Cambridge Univ. Press, s. 882, 2009.
10. R. O. Ritchie, J. F. Knott, ve J. R. Rice, “On the relationship between critical tensile stress and fracture toughness in mild steel”, J. Mech. Phys. Solids, c. 21, sayı 6, ss. 395–410, 1973.
11. U. Huner, “Çeşitli Elyaflarla Takviye Edilmiş Termoplastik Kompozitlerin Levha Ekstrüzyonunun Ve Özelliklerinin İncelenmesi”, Ulus. Tez Merk., sayı June 2014, s. 120, 2014.
12. V. Kodur, F. Asce, M. Dwaikat, ve R. Fike, “High-Temperature Properties of Steel for Fire Resistance Modeling of Structures”, J. Mater. Civ. Eng., c. 22, sayı May, ss. 423–434, 2010.
13. V. Kodur, S. Kand, ve W. Khaliq, “Effect of Temperature on Thermal and Mechanical Properties of Steel Bolts”, J. Mater. Civ. Eng., c. 24, sayı 6, ss. 765–774, 2011.
14. V. K. Kodur ve E. M. Aziz, “Effect of temperature on creep in ASTM A572 high-strength low-alloy steels”, Mater. Struct., 2014.
15. V. Kodur, M. Yahyai, A. Rezaeian, M. Eslami, ve A. Poormohamadi, “Residual mechanical properties of high strength steel bolts subjected to heating-cooling cycle”, J. Constr. Steel Res., c. 131, ss. 122–131, 2017.
16. W. Lu, P. Mäkeläinen, J. Outinen, ve Z. Ma, “Design of screwed steel sheeting connection at ambient and elevated temperatures”, Thin-Walled Struct., c. 49, sayı 12, ss. 1526–1533, 2011.
17. W. T. B. and R. J. Shipley, Failure Analysis and Prevention. 2017.