The Behaviour of Elliptical Hollow Section Columns In Fire

Abstract

This paper presents the results of a numerical study to understand the behavior of Elliptical Hollow Section (EHS) columns at elevated temperatures. A large number of numerical studies have been carried out using the non-linear finite element software ABAQUS v6.14-1 to investigate the influence of slenderness, initial applied load level and axial restraint stiffness on the fire resistance of EHS steel columns at high temperatures. The uniform temperature distribution is assumed. The Finite Element simulation results have been compared with the calculation results using the Eurocode EN 1993-1-1 and Turkish design guide equations in order to check whether the current design method is safe or not. It has been found that the current method for calculating critical temperatures of axially restrained EHS steel column is unsafe. Therefore, a new simple design method has been introduced.  

Keywords

• Elliptical Hollow Section,Elevated temperature,Ambient temperature,Finite Element,Fire resistance

YANGINDA ELİPS ENKESİTLİ KOLONLARIN DAVRANIŞI

Abstract

Bu makale, elips enkesitli içi boş profillerden oluşmuş kolonların yüksek sıcaklıktaki davranışlarını anlamak için sayısal bir çalışmanın sonuçlarını sunmaktadır. Doğrusal olmayan sonlu elemanlar yazılımı olan ABAQUS v6.14-1 kullanılarak, narinliğin, eksenel zorlanma oranının ve eksenel yük seviyesinin yüksek sıcaklıklarda EHS çelik kolonların yangın dayanımına etkilerini araştırmak için çok sayıda sayısal çalışmalar yürütülmüştür. Düzgün sıcaklık dağılımı varsayılmıştır. Sonlu eleman simülasyon sonuçları, mevcut tasarım yönteminin güvenli olup olmadığını kontrol etmek için Eurocode EN 1993-1-1 ve Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapım Esasları yönetmeliklerindeki denklemler kullanılarak hesaplanan sonuçlar karşılaştırılmıştır. Eksenel olarak sıkıştırılmış EHS çelik kolonların kritik sıcaklıkları hesaplanması için mevcut yöntemin güvensiz olduğu tespit edilmiştir. Bu nedenle, yeni bir basit tasarım yöntemi tanıtıldı.

Keywords

• Elips Enkesitli içi boş profiller (EHS),Yüksek sıcaklıklar,Oda sıcaklığı,Sonlu elemanlar,Yangın dayanımı

References

1. ABAQUS, V. (2014) 6.14 documentation, Dassault Systemes Simulia Corporation.
2. Ali, F. A., P. Shepherd, M. Randall, I. Simms, D. J. O'Connor and I. Burgess (1998) The effect of axial restraint on the fire resistance of steel columns. Journal of Constructional Steel Research, 46, 305-306. doi:10.1016/s0143-974x(98)80036-9
3. Boresi, A. P. and R. Schmidt, J. 2003. Advanced mechanics of materials, John Wiley and Sons Press, USA.
4. BSI 2003, (2003). BS 5950: Part8: Code of Practice for the Fire Protection of Structural Steelwork, British Standard Institute, UK.
5. CEN EN 1993-1-8, (2005). Design of Steel Structures, Design of Joints, British Standard Institute, London.
6. CEN EN 1993-1-1, (2005). Design of Steel Structures, General Rules and Rules for Building, British Standard Institute, London.
7. CEN EN 1993-1-2, (2005). Design of Steel Structures, Structural Fire Design, British Standard Institute, London.
8. ÇYHY, (2016). Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapım Esasları, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.

9. Franssen,J.-M. (2000) Failure temperature of a system comprising a restrained column submitted to fire. Fire Safety Journal, 34,(2), 191-207. doi:10.1016/s0379-7112(99)00047-8
10. Ozyurt, E. and Y. Wang (2016) Effects of non-uniform temperature distribution on critical member temperature of steel tubular truss. Engineering Structures, 116, 95-106. doi: 10.1016/j.engstruct.2016.02.044
11. Ozyurt, E., Y. Wang and K. Tan (2014) Elevated temperature resistance of welded tubular joints under axial load in the brace member. Engineering Structures, 59, 574-586. doi: 10.1016/j.engstruct.2013.11.014
12. Ozyurt, E. and Y. C. Wang (2015) Effects of truss behaviour on critical temperatures of welded steel tubular truss members exposed to uniform fire. Engineering Structures, 88, 225-240. doi:10.1016/j.engstruct.2015.01.032
13. Rodrigues, J. P. C. and L. Laím (2017) Fire resistance of restrained composite columns made of concrete filled hollow sections. Journal of Constructional Steel Research, 133, 65-76. doi:10.1016/j.jcsr.2017.02.011
14. Wang, P., Y.-C. Wang and G.-Q. Li (2010) A new design method for calculating critical temperatures of restrained steel column in fire. Fire Safety Journal, 45,(6), 349-360. doi: 10.1016/j.firesaf.2010.07.002
15. Wang, Y. (2004) Postbuckling behavior of axially restrained and axially loaded steel columns under fire conditions. Journal of structural Engineering, 130,(3), 371-380. doi: 10.1061/(asce)0733-9445(2004)130:3(371)
16. Wang, Y. and D. Moore (1994) The effect of frame continuity on the critical temperature of steel columns. Third kenrensky conference on flobal trends in structural engineering, Singapore.
17. Wang, Y. and D. Moore (1994) Effect of thermal restraint on column behaviour in a frame. Fire Safety Science, 4, 1055-1066. doi: 10.3801/iafss.fss.4-1055