. . : . 4 t a - l 1 t . u 1 l ‘ I i n . I - I 5 I . 5 . v . : : I a v . . 1 . 1 . . . . 2 . a . ! . “ 3 ’ t . . u 1 H ‘ . n . a 3 t i v . t a ‘ h fl « 1 y s . ” ‘ u ! x r \ ! . “ a t fl » n . i ! | | L . I | . l 1 ! . n 5 ‘ . 1 ! u u . 3 3 u . 1 . . l s l l . v $ l 1 ~ l 3 ‘ l . 9 a | . i 5 ‘ u . l $ u i i . . v . ] ? h i | . - 1 ! . n i . 5 fi l . v e n 1 . . 9 k 3 ” i . h . i l . 3 . H 3 . \ . . c . . . . . a ‘ I L . . . . A fi a u I x r I s a . . x . i x 1 . v s ‘ 3 . u . 1 w 9 . 1 . 4 . w 1 . . . . . . 5 . . . , r : Q a J , 1 ; “ n a W w 1 x , . « 3 . , ‘ u ! % 1 r 1 1 1 t 1 n s . $ . 1 5 1 fi , . 4 . 3 . « : V A A : I ; 1 Q - V i o u a . u u u ‘ l . v l v l l Q V A x l C t : 1 | | . Y i n ? ! i t : 3 . “ . . q u x u ( i f ! ! ! g t : I a n ! 7 L 5 . . . 5 u d l ‘ - " - ‘ - ‘ - ‘ - - . - . - . - . ! . - . - . - . - . - L - fi - A - fi - A a ‘ - n _ x ‘ J - n - . - . - . _ . - . — u _ . . . k a / L I B R A R Y M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y ' T h i s i s t o c e r t i f y t h a t t h e d i s s e r t a t i o n e n t i t l e d F L E X U R A L R E S P O N S E O F R E I N F O R C E D C O N C R E T E B E A M S E X P O S E D T O F I R E p r e s e n t e d b y M O N T H E R B . M . D W A I K A T h a s b e e n a c c e p t e d t o w a r d s f u l f i l l m e n t o f t h e r e q u i r e m e n t s f o r t h e P h . D . d e g r e e i n C i v i l E n g i n e e r i n g M a j o r P r o f e s s o r ’ s S i g n a t u r e 5 / l 3 / Z 0 0 6 ) { I I D a t e M S U i s a n A f fi r m a t i v e A c t i o n / E q u a l O p p o r t u n i t y E m p l o y e r P L A C E I N R E T U R N B O X t o r e m o v e t h i s c h e c k o u t f r o m y o u r r e c o r d . T O A V O I D F I N E S r e t u r n o n o r b e f o r e d a t e d u e . M A Y B E R E C A L L E D w i t h e a r l i e r d u e d a t e i f r e q u e s t e d . D A T E D U E D A T E D U E D A T E D U E 5 / 0 8 K : I P r o j I A o o & P r e s / C l R C I D a t e D u e . i n d d F L E X U R A L R E S P O N S E O F R E I N F O R C E D C O N C R E T E B E A M S E X P O S E D T O F I R E V O L U M E I B y M o n t h e r B . M . D w a i k a t A D I S S E R T A T I O N S u b m i t t e d t o M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y i n p a r t i a l f u l fi l l m e n t o f t h e r e q u i r e m e n t s f o r t h e d e g r e e o f D O C T O R O F P H I L O S O P H Y C i v i l E n g i n e e r i n g 2 0 0 9 A B S T R A C T F L E X U R A L R E S P O N S E O F R E I N F O R C E D C O N C R E T E B E A M S E X P O S E D T O F I R E B Y M o n t h e r B . M . D w a i k a t R e i n f o r c e d c o n c r e t e ( R C ) s t r u c t u r a l s y s t e m s a r e q u i t e f r e q u e n t l y u s e d i n h i g h - r i s e b u i l d i n g s a n d o t h e r b u i l t i n fi ' a s t r u c t u r e d u e t o a n u m b e r o f a d v a n t a g e s t h e y p r o v i d e o v e r o t h e r m a t e r i a l s . W h e n u s e d i n b u i l d i n g s , t h e p r o v i s i o n o f a p p r o p r i a t e fi r e s a f e t y m e a s u r e s t o s t r u c t u r a l m e m b e r s i s a n i m p o r t a n t a s p e c t o f d e s i g n s i n c e fi r e r e p r e s e n t s o n e o f t h e s e v e r e e n v i r o n m e n t a l c o n d i t i o n s t o w h i c h s t r u c t u r e s m a y b e s u b j e c t e d i n t h e i r l i f e t i m e . T h e r e i s v e r y l i m i t e d i n f o r m a t i o n o n t h e fi r e p e r f o r m a n c e o f R C b e a m s , e s p e c i a l l y u n d e r r e a l i s t i c l o a d i n g a n d fi r e c o n d i t i o n s . F u r t h e r , t h e c u r r e n t fi r e r e s i s t a n c e ( F R ) p r o v i s i o n s i n c o d e s a n d s t a n d a r d s a r e p r e s c r i p t i v e a n d o f l i m i t e d s c o p e , a n d t h u s m a y n o t b e a p p l i c a b l e i n a p e r f o r m a n c e - b a s e d c o d e e n v i r o n m e n t . T o o v e r c o m e t h e s e k n o w l e d g e g a p s , t h e c u r r e n t s t u d y f o c u s e s o n d e v e l o p i n g a fi m d a m e n t a l u n d e r s t a n d i n g o f t h e fl e x u r a l r e s p o n s e o f R C b e a m s u n d e r fi r e c o n d i t i o n s . A n u m e r i c a l m o d e l , i n t h e f o r m o f a c o m p u t e r p r o g r a m , i s d e v e l o p e d f o r t r a c i n g t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s . T h e m o d e l , b a s e d o n m a c r o s c o p i c fi n i t e e l e m e n t a p p r o a c h , u n d e r t a k e s t h e F R a n a l y s i s i n t h r e e s t e p s , n a m e l y , e v a l u a t i n g fi r e t e m p e r a t u r e , t h e r m a l , a n d s t r u c t u r a l a n a l y s e s . T h e m o d e l a c c o u n t s f o r fi r e i n d u c e d s p a l l i n g ( t h r o u g h a h y d r o - t h e r m a l s u b - m o d e l d e r i v e d b a s e d o n t h e p r i n c i p l e s o f m e c h a n i c s a n d t h e r m o d y n a m i c s ) , fi r e i n d u c e d a x i a l r e s t r a i n t , v a r i o u s s t r a i n c o m p o n e n t s , a n d h i g h t e m p e r a t u r e m a t e r i a l p r o p e r t i e s . A t e a c h t i m e s t e p , fi r e i n d u c e d a x i a l r e s t r a i n t f o r c e i s e v a l u a t e d b y s a t i s f y i n g c o m p a t i b i l i t y , e q u i l i b r i u m a n d c o n v e r g e n c e c r i t e r i a a l o n g t h e s p a n o f t h e b e a m . T h e n u m e r i c a l m o d e l i s v a l i d a t e d b y u n d e r t a k i n g fi r e t e s t s o n s i x R C ( t w o n o r m a l s t r e n g t h c o n c r e t e a n d f o u r h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e ) b e a m s u n d e r r e a l i s t i c l o a d i n g , r e s t r a i n t a n d fi r e s c e n a r i o s . T h e v a l i d a t e d m o d e l i s u t i l i z e d t o c o n d u c t a s e r i e s o f p a r a m e t r i c s t u d i e s t o i n v e s t i g a t e t h e e f f e c t o f v a r i o u s i n fl u e n c i n g p a r a m e t e r s o n t h e F R o f R C b e a m s . R e s u l t s f r o m t h e p a r a m e t r i c s t u d i e s a n d F R e x p e r i m e n t s i n d i c a t e t h a t fi r e s c e n a r i o , l o a d r a t i o , s p a n - t o - d e p t h r a t i o , a n d s u p p o r t r e s t r a i n t s h a v e s i g n i fi c a n t i n fl u e n c e o n t h e P R o f R C b e a m s . O t h e r f a c t o r s s u c h a s s e c t i o n a l d i m e n s i o n s , a g g r e g a t e t y p e , a x i a l r e s t r a i n t s t i f f n e s s , c o n c r e t e t y p e a n d s p a l l i n g , a n d f a i l u r e c r i t e r i a h a v e m o d e r a t e i n fl u e n c e o n t h e fi r e r e s p o n s e . R e s u l t s f r o m t h e p a r a m e t r i c s t u d i e s a r e u t i l i z e d t o d e v e l o p a d e s i g n a p p r o a c h f o r e v a l u a t i n g fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . T h e p r o p o s e d a p p r o a c h c o m p r i s e s o f e v a l u a t i n g F R u n d e r s t a n d a r d fi r e c o n d i t i o n s a n d t h e n e s t a b l i s h i n g e q u i v a l e n c y b e t w e e n s t a n d a r d a n d d e s i g n fi r e s c e n a r i o s . T h e e m p i r i c a l r e l a t i o n s h i p f o r F R u n d e r s t a n d a r d fi r e c o n d i t i o n s i s e x p r e s s e d a s a f u n c t i o n o f g o v e r n i n g p a r a m e t e r s . T h e e q u i v a l e n c y b e t w e e n s t a n d a r d a n d d e s i g n fi r e s c e n a r i o s i s d e r i v e d b a s e d o n t h e e q u a l e n e r g y ( r e s u l t i n g f r o m fi r e e x p o s u r e ) c o n c e p t . T h e p r o p o s e d a p p r o a c h e x p r e s s e s F R i n t e r m s o f c o m m o n l y u s e d s t r u c t u r a l p a r a m e t e r s a n d t h u s c a n e a s i l y b e i n t e g r a t e d i n t o s t r u c t u r a l d e s i g n . T h e v a l i d i t y o f t h e p r o p o s e d d e s i g n a p p r o a c h i s e s t a b l i s h e d b y c o m p a r i n g t h e F R p r e d i c t i o n s o f R C b e a m s w i t h t h o s e o b t a i n e d f r o m d e t a i l e d fi n i t e e l e m e n t a n a l y s i s , fi r e t e s t d a t a , a n d c u r r e n t c o d e p r o v i s i o n s . T h e p r o p o s e d a p p r o a c h p r o v i d e s b e t t e r F R e s t i m a t e s t h a n c u r r e n t c o d e p r o v i s i o n s a n d t h u s c a n f a c i l i t a t e r a t i o n a l fi r e d e s i g n u n d e r p e r f o r m a n c e - b a s e d c o d e e n v i r o n m e n t . D E D I C A T I O N I d e d i c a t e t h i s d i s s e r t a t i o n t o m y p a r e n t s . W i t h o u t t h e i r c a r i n g s u p p o r t a n d e n c o u r a g e m e n t , I w o u l d h a v e n e v e r b e e n i n t h e g r a d u a t e s c h o o l p u r s u i n g t h e g r a d u a t e s t u d i e s . I a l s o d e d i c a t e t h i s w o r k t o m y b r o t h e r s a n d s i s t e r s w h o a r e a l w a y s h a p p y f o r m e a n d m y S U C C C S S . i v A C K N O W L E D G M E N T I w i s h t o e x p r e s s m y m o s t s i n c e r e g r a t i t u d e t o m y a d v i s o r D r . V e n k a t e s h K o d u r , P r o f e s s o r o f C i v i l E n g i n e e r i n g , M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y , f o r t h e e n c o u r a g e m e n t a n d g u i d a n c e r e c e i v e d t h r o u g h t t h e c o u r s e o f t h i s s t u d y . I t i s v e r y h a r d t o a p p r e c i a t e , i n f e w w o r d s , h i s p a t i e n c e a n d p e r s e v e r a n c e w h i c h m a d e m y g r a d u a t e s t u d i e s v e r y e d u c a t i o n a l . I w o u l d a l s o l i k e t o t h a n k P r o f . R o n a l d H a r i c h a n d r a n , P r o f . P a r v i z S o r o u s h i a n a n d P r o f . I n d r e k W i c h m a n f o r j o i n i n g m y P h . D c o m m i t t e e , a n d f o r t h e v a l u a b l e a d v i c e a n d d i s c u s s i o n s w e h a d t h r o u g h o u t m y s t a y a t M S U . F o r m a n y r e a s o n s t h a t I c a n n o t c o u n t , I a m t h a n k f u l t o m y f r i e n d s M o h a m m a d S h a r i e f , M a h m o u d D w a i k a t , a n d M o h a m m a d H a l l o u s h . A l t h o u g h a f e w w o r d s a r e n o t e n o u g h t o d o s o , b u t t h i s i s t h e a v a i l a b l e s p a c e I h a v e . I w o u l d l i k e t o t h a n k t h e l a b m a n a g e r , M r . S i a v o s h R a v a n b a k h s h f o r h i s s u p p o r t a n d h e l p d u r i n g t h e e x p e r i m e n t a l p r o g r a m i n t h i s r e s e a r c h . O b v i o u s l y , I w o u l d l i k e t o e x t e n d m y t h a n k s t o L a u r a T a y l o r , M a r y M r o z , a n d M a r g a r e t C o n n e r f o r a l l t h e h e l p t h e y o f f e r e d t o g o t h r o u g h t h e c o m p l i c a t i o n s I f a c e d . I w o u l d l i k e t o t h a n k A q e e l A h m a d , G o l i N o s s o n i , K a s h i n a t h T e l s a n g , M a h m o u d H a q , M e g a n V i v i a n , N n a e m e k a E z e k w m b a , N i c k o l a s H a t i n g e r , N i k h i l R a u t , N i s h a n H a r i c h a n d r a n , P u r u s h u t h a m P a k a l a , R u s t i n F i k e , S y e d H a i d e r , S h a h i d I q b a l , S p e n c e r C a i n a n d W a s i m K h a l i q f o r t h e i r s u p p o r t , p a r t i c u l a r l y i n t h e e x p e r i m e n t a l p a r t o f t h i s s t u d y . T h e r e a r e m a n y p e o p l e I h a v e m e t d u r i n g m y a c a d e m i c a n d s o c i a l l i f e , a n d t h e c o n v e r s a t i o n s w e h a d a f f e c t m e i n o n e w a y o r a n o t h e r , t h e r e f o r e , I w o u l d l i k e t o e x t e n d m y s i n c e r e t h a n k s t o t h e m , Y a s e r A l a d a m , A h m a d D a r a g h m e h , R a m i H a l l o u s h , F u a d A b u - J a r a d , H a s s a n A b d e l k a r e e m , M a h m o o d K h a s s a w n e h , A h m a d M a s a ’ d e h , Q a s e m A l - Z o u b i , S a l a m a F a y y a d , N i z a r L a j n e f , K a v i t a K a m a t , S o n a l i K a n d , N i k h i l C h o u d r y , K i s h o r e B a l a s u b r a m a n i a n , a n d L e n s i r G u . F i n a l l y , I w o u l d l i k e t o t h a n k a l l t h e f a c u l t y m e m b e r s a n d s t u d e n t s a t t h e c i v i l a n d e n v i r o n m e n t a l e n g i n e e r i n g d e p a r t m e n t a t M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y f o r t h e i r h e l p a n d s u p p o r t d u r i n g m y P h . D . s t u d y . v i T A B L E O F C O N T E N T S L I S T O F T A B L E S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x i N O T A T I O N . . . . . - - - - - - - - - - - - - - . . . . . . . . . . . x x i i i C H A P T E R 1 - - - - . . . . . . - - . . . . . _ - - - - - _ . - - - _ _ - 1 1 . I N T R O D U C T I O N _ - - - _ . . . . . - - - - - - _ - - - - . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . _ . . . . . . . . - 1 1 . 1 G E N E R A L . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 . 2 D E S I G N F O R F I R E H A Z A R D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 . 3 R E I N F O R C E D C O N C R E T E B E A M S U N D E R F I R E H A Z A R D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1 . 4 R E S E A R C H O B J E C T I V E S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 1 . 5 S C O P E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 C H A P T E R 2 - - _ - - - - - _ - - 1 2 2 . S T A T E - O F — T H E — A R T R E V I E W - - - - . - - - - - - 1 2 2 . 1 G E N E R A L . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 2 . 2 B E H A V I O R O F R C B E A M S U N D E R F I R E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 2 . 3 A P P R O A C H E S F O R E V A L U A T I N G F I R E R E S I S T A N C E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 2 . 3 . 1 S t a n d a r d F i r e T e s t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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C O N C L U S I O N S A N D R E C O M M E N D A T I O N S - 3 0 7 8 . 1 G E N E R A L . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 7 8 . 2 K E Y F I N D I N G S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 8 8 . 3 R E C O M M E N D A T I O N S F O R F U T U R E R E S E A R C H . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 0 8 . 4 R E S E A R C H I M P A C T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 2 A P P E N D I C E S - 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- 3 5 8 L I S T O F T A B L E S T a b l e 2 . 1 - A C I M i n i m u m W i d t h a n d C o v e r T h i c k n e s s R e q u i r e m e n t s f o r A c h i e v i n g F i r e R e s i s t a n c e i n R C B e a m s ( A C I 2 1 6 . 1 2 0 0 7 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 6 T a b l e 2 . 2 - E u r o c o d e S p e c i fi c a t i o n s f o r F i r e R e s i s t a n c e R a t i n g o f C o n t i n u o u s R C B e a m s ( E u r o c o d e 2 2 0 0 4 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 6 T a b l e 3 . 1 - S u m m a r y o f T e s t P a r a m e t e r s a n d R e s u l t s f o r R C B e a m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 3 T a b l e 3 . 2 — C o n c r e t e M i x D e s i g n P r o p o r t i o n s u s e d i n F a b r i c a t i o n o f R C B e a m s . . . . . . . . . . 1 0 4 T a b l e 3 . 3 — M e a s u r e C o n c r e t e S t r e n g t h i n T e s t B e a m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 4 T a b l e 5 . 1 — R e f e r e n c e , U p p e r a n d L o w e r V a l u e s f o r t h e S t u d i e d P a r a m e t e r s . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 1 T a b l e 5 . 2 — S u m m a r y o f t h e M a t e r i a l a n d M e s h i n g P a r a m e t e r s u s e d i n t h e A n a l y s i s . . . . 1 9 1 T a b l e 5 . 3 — P r o p e r t i e s a n d R e s u l t s f o r R C B e a m s B O , B L ] a n d B L 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 2 T a b l e 5 . 4 — R e s u l t s o f M S U F i r e T e s t s o n S i x R C B e a m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 2 T a b l e 6 . 1 — P r o p e r t i e s f o r C o n c r e t e C r o s s - s e c t i o n s u s e d i n t h e A n a l y s i s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 5 T a b l e 6 . 2 - — S u m m a r y o f t h e F i r e R e s i s t a n c e V a l u e s f o r t h e A n a l y z e d B e a m s . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 6 T a b l e 6 . 2 ( C o n t i n u e d ) — S u m m a r y o f t h e F i r e R e s i s t a n c e V a l u e s f o r t h e A n a l y z e d B e a m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 7 T a b l e 6 . 3 - C o m p a r t m e n t C h a r a c t e r i s t i c s u s e d t o G e n e r a t e D e s i g n F i r e S c e n a r i o s . . . . . . . . 2 4 7 T a b l e 7 . 1 — — P r o p e r t i e s o f B e a m s u s e d i n E q u a t i o n V a l i d a t i o n a n d C o m p a r i s o n w i t h C u r r e n t C o d e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 9 T a b l e 7 . 2 — S u m m a r y o f t h e T i m e E q u i v e l a n t V a l u e s f o r t h e A n a l y z e d B e a m s . . . . . . . . . . . . . 2 9 0 T a b l e 7 . 2 ( C o n t i n u e d ) — S u m m a r y o f t h e T i m e E q u i v e l a n t V a l u e s f o r t h e A n a l y z e d B e a m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 1 T a b l e 7 . 2 ( C o n t i n u e d ) — S u m m a r y o f t h e T i m e E q u i v e l a n t V a l u e s f o r t h e A n a l y z e d B e a m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 2 T a b l e 7 . 3 — P r e d i c t i o n o f F i r e R e s i s t a n c e V a l u e s f o r A n a l y z e d B e a m u s i n g P r o p o s e d M e t h o d a n d D i f f e r e n t C o d e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 2 T a b l e A . 1 — C o n s t i t u t i v e R e l a t i o n s h i p s f o r H i g h T e m p e r a t u r e P r o p e r t i e s o f C o n c r e t e . . 3 1 4 x i T a b l e A . 1 ( C o n t i n u e d ) — C o n s t i t u t i v e R e l a t i o n s h i p s f o r H i g h T e m p e r a t u r e P r o p e r t i e s o f C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 5 T a b l e A . 1 ( C o n t i n u e d ) — - C o n s t i t u t i v e R e l a t i o n s h i p s f o r H i g h T e m p e r a t u r e P r o p e r t i e s o f C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 6 T a b l e A . 1 ( C o n t i n u e d ) — - C o n s t i t u t i v e R e l a t i o n s h i p s f o r H i g h T e m p e r a t u r e P r o p e r t i e s o f C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 7 T a b l e A . 1 ( C o n t i n u e d ) — C o n s t i t u t i v e R e l a t i o n s h i p s f o r H i g h T e m p e r a t u r e P r o p e r t i e s o f C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 8 T a b l e A . 1 ( C o n t i n u e d ) — C o n s t i t u t i v e R e l a t i o n s h i p s f o r H i g h T e m p e r a t u r e P r o p e r t i e s o f C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 l 9 T a b l e A 2 . V a l u e s f o r t h e M a i n P a r a m e t e r s o f t h e S t r e s s - s t r a i n R e l a t i o n s h i p s o f N S C a n d H S C a t E l e v a t e d T e m p e r a t u r e s ( E u r o c o d e 2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 0 T a b l e A 3 — C o n s t i t u t i v e R e l a t i o n s h i p s f o r H i g h T e m p e r a t u r e P r o p e r t i e s o f R e i n f o r c i n g S t e e l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 1 T a b l e A 3 ( C o n t i n u e d ) — C o n s t i t u t i v e R e l a t i o n s h i p s f o r H i g h T e m p e r a t u r e P r o p e r t i e s o f R e i n f o r c i n g S t e e l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 2 T a b l e A 4 V a l u e s f o r t h e M a i n P a r a m e t e r s o f t h e S t r e s s - s t r a i n R e l a t i o n s h i p s o f R e i n f o r c i n g S t e e l a t E l e v a t e d T e m p e r a t u r e s ( E u r o c o d e 2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 3 x i i L I S T O F F I G U R E S F i g u r e 2 . 1 — — D e g r a d a t i o n o f S t r e n g t h o f R C B e a m E x p o s e d t o F i r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 7 F i g u r e 2 . 2 — I l l u s t r a t i o n o f D e g r a d a t i o n o f L o a d C a r r y i n g C a p a c i t y f o r a n R C B e a m E x p o s e d t o F i r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 8 F i g u r e 2 . 3 — I l l u s t r a t i o n O f t h e E f f e c t o f A x i a l R e s t r a i n t o n t h e F i r e R e s p o n s e o f a n R C B e a m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 9 F i g u r e 2 . 4 — I l l u s t r a t i o n o f t h e E f f e c t o f R o t a t i o n a l R e s t r a i n t o n t h e F i r e R e s p o n s e o f a n R C B e a m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 0 F i g u r e 2 . 5 - T i m e - T e m p e r a t u r e C u r v e f o r A S T M E 1 1 9 S t a n d a r d F i r e a n d T w o D e s i g n F i r e E x p o s u r e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1 F i g u r e 2 . 6 - F i r e R e s i s t a n c e ( i n m i n u t e s ) o f S i m p l y S u p p o r t e d R C B e a m a s p e r A S 3 6 0 0 ( 2 0 0 1 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1 F i g u r e 2 . 7 — F l o w c h a r t f o r C a l c u l a t i n g t h e F i r e R e s i s t a n c e o f a S t r u c t u r a l S y s t e m ( R e p o r d u c e d f r o m K o d u r 2 0 0 7 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2 F i g u r e 2 . 8 — V a r i o u s S t a g e s o f F i r e i n a T y p i c a l C o m p a r t m e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2 F i g u r e 2 . 9 — C o m p a r i s o n o f T i m e E q u i v a l e n c y C o m p u t e d b a s e d o n F E A n a l y s i s w i t h t h a t f r o m E m p i r i c a l M e t h o d s ( K o d u r e t a l . 2 0 0 9 b ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 3 F i g u r e 2 . 1 0 - T i m e - T e m p e r a t u r e C u r v e f o r D e s i g n F i r e ( R e p r o d u c e d f r o m L i n a n d E l l i n g w o o d 1 9 8 7 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 3 F i g u r e 2 . 1 1 - T i m e - T e m p e r a t u r e C u r v e u s e d i n F i r e R e s i s t a n c e T e s t s b y S h i e t a 1 . ( 2 0 0 4 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 4 F i g u r e 2 . 1 2 - V a r i a t i o n s o f M e a s u r e d a n d P r e d i c t e d o f T h e r m a l C o n d u c t i v i t y f o r N S C a s a F u n c t i o n o f T e m p e r a t u r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 4 F i g u r e 2 . 1 4 - V a r i a t i o n o f C o m p r e s s i v e S t r e n g t h a s a F u n c t i o n o f T e m p e r a t u r e f o r N S C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 5 F i g u r e 2 . 1 5 - V a r i a t i o n o f C o m p r e s s i v e S t r e n g t h a s a F u n c t i o n o f T e m p e r a t u r e f o r H S C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 6 F i g u r e 2 . 1 6 - V a r i a t i o n o f R e s i d u a l C o m p r e s s i v e S t r e n g t h a s a F u n c t i o n o f T e m p e r a t u r e ( R e p r o d u c e d f r o m K u m a r 2 0 0 3 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 6 F i g u r e 2 . 1 7 - V a r i a t i o n s o f M e a s u r e d a n d P r e d i c t e d o f T h e r m a l E x p a n s i o n f o r C o n c r e t e a s a F u n c t i o n o f T e m p e r a t u r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 7 x i i i F i g u r e 2 . 1 8 - I l l u s t r a t i o n o f S p a l l i n g P r e d i c t i o n i n t h e M o d e l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 7 F i g u r e 2 . 1 9 — I l l u s t r a t i o n o f T h e r m a l D i l a t i o n M e c h a n i s m f o r F i r e I n d u c e d S p a l l i n g . . . . . 7 8 F i g u r e 2 . 2 0 - — V a r i a t i o n s o f M e a s u r e d a n d P r e d i c t e d U l t i m a t e a n d Y i e l d S t r e n g t h o f R e i n f o r c i n g S t e e l a s a F u n c t i o n o f T e m p e r a t u r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 8 F i g u r e 2 . 2 1 — M e a s u r e d R e s i d u a l Y i e l d S t r e n g t h o f R e i n f o r c i n g S t e e l ( R e p r o d u c e d f r o m N e v e s e t a 1 . 1 9 9 6 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 9 F i g u r e 2 . 2 2 — V a r i a t i o n o f T h e r m a l S t r a i n a s a F u n c t i o n o f T e m p e r a t u r e ( A S C E M a n u a l 1 9 9 2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 9 F i g u r e 3 . 1 ( a ) — E l e v a t i o n a n d L o c a t i o n o f D i s p l a c e m e n t T r a n s d u c e r i n T e s t e d B e a m s . 1 0 5 F i g u r e 3 . 1 ( b ) — — C r o s s - s e c t i o n a n d L o c a t i o n o f T h e r m o c o u p l e s a n d S t r a i n G a g e s i n B e a m s B 1 t h r o u g h B 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 6 F i g u r e 3 . 1 ( c ) — C r o s s - s e c t i o n a n d L o c a t i o n o f T h e r m o c o u p l e s a n d S t r a i n G a g e s i n B e a m s B 5 a n d B 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 7 F i g u r e 3 . 2 — L a y o u t o f S t e e l R e i n f o r c e m e n t b e f o r e C o n c r e t e P l a c e m e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 8 F i g u r e 3 . 3 — V i e w o f H S C B e a m s a f t e r F a b r i c a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 8 F i g u r e 3 . 4 — — V i e w o f a T h e r m o c o u p l e a n d a S t r a i n G a g e a t t a c h m e n t t o B e a m s . . . . . . . . . . . . . 1 0 9 F i g u r e 3 . 5 — S t r u c t u r a l F i r e T e s t F a c i l i t y a t M S U ’ s C i v i l I n fi a s t r c u t u r e L a b o r a t o r y . . . . . . 1 1 0 F i g u r e 3 . 6 — T e s t S e t u p S h o w i n g R C B e a m s i n t h e F u r n a c e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 1 F i g u r e 3 . 7 — T i m e T e m e r p a t u r e C u r v e s f o r F i r e S c e n a r i o s u s e d i n t h e F i r e T e s t s . . . . . . . . . . 1 1 2 F i g u r e 3 . 8 — M e a s u r e d R e b a r a n d C o n c r e t e T e m p e r a t u r e s a s a F u n c t i o n o f T i m e f o r N S C B e a m B 1 a n d H S C B e a m B 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 2 F i g u r e 3 . 9 — M e a s u r e d R e b a r a n d C o n c r e t e T e m p e r a t u r e s a s a F u n c t i o n o f T i m e f o r N S C B e a m B 2 a n d H S C B e a m B 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 3 F i g u r e 3 . 1 0 — M e a s u r e d R e b a r a n d C o n c r e t e T e m p e r a t u r e s a s a F u n c t i o n o f T i m e f o r H S C B e a m s B S a n d B 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 3 F i g u r e 3 . 1 1 — M e a s u r e d M i d - s p a n D e fl e c t i o n a s a F u n c t i o n o f T i m e f o r R C B e a m s . . . . . 1 1 4 F i g u r e 3 . 1 2 — M e a s u r e d A x i a l F o r c e a s a F u n c t i o n o f T i m e f o r A x i a l l y R e s t r a i n e d R C B e a m s B 2 a n d B 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 4 F i g u r e 3 . 1 3 — - M e a s u r e d S t r a i n a s a F u n c t i o n o f T i m e i n t h e T e n s i l e R e i n f o r c e m e n t i n t h e C e n t r a l S e c t i o n o f t h e T e s t B e a m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 5 x i v F i g u r e 3 . 1 4 — P h o t o g r a p h s o f B e a m s a fi e r F i r e R e s i s t a n c e T e s t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 6 F i g u r e 4 . 1 - L a y o u t o f a T y p i c a l R C B e a m a n d i t s I d e a l i z a t i o n f o r A n a l y s i s . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 5 F i g u r e 4 . 2 ( a ) - F l o w c h a r t S h o w i n g t h e S t e p s A s s o c i a t e d w i t h t h e A n a l y s i s o f a n R C B e a m E x p o s e d t o F i r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 6 F i g u r e 4 . 2 ( a ) ( C o n t i n u e d ) - F l o w c h a r t S h o w i n g t h e S t e p s A s s o c i a t e d w i t h t h e A n a l y s i s o f a n R C B e a m E x p o s e d t o F i r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 7 F i g u r e 4 . 2 ( b ) - F l o w c h a r t S h o w i n g t h e S t e p s A s s o c i a t e d w i t h t h e A x i a l R e s t r a i n t F o r c e C a l c u l a t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . l 5 8 F i g u r e 4 . 3 - C r o s s - s e c t i o n o f a n R C B e a m a n d i t s D i s c r e t i z a t i o n f o r A n a l y s i s . . . . . . . . . . . . . . 1 5 9 F i g u r e 4 . 4 - I l l u s t r a t i o n o f S p a l l i n g P r e d i c t i o n i n a C o n c r e t e S e g m e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 9 F i g u r e 4 . 5 - M e a s u r e d a n d S u g g e s t e d V a l u e s o f P e r m e a b i l i t y F a c t o r , C T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 0 F i g u r e 4 . 6 — — V a r i a t i o n o f C o n c r e t e P e r m e a b i l i y a c r o s s t h e D e p t h o f a T y p i c a l R C B e a m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 0 F i g u r e 4 . 7 - V a r i a t i o n o f S t r a i n , S t r e s s a n d I n t e r n a l F o r c e s i n a T y p i c a l B e a m C r o s s - s e c t i o n E x p o s e d t o F i r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 1 F i g u r e 4 . 8 - S c h e m a t i c D i a g r a m S h o w i n g t h e T h e r m a l G r a d i e n t s a n d t h e P o s i t i o n o f A x i a l F o r c e ( R e s u l t i n g f r o m R e s t r a i n i n g T h e r m a l E x p a n s i o n ) a s a F u n c t i o n o f F i r e E x p o s u r e T i m e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 1 F i g u r e 4 . 9 - I l l u s t r a t i o n o f A x i a l R e s t r a i n t F o r c e C a l c u l a t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 2 F i g u r e 4 . 1 0 - I l l u s t r a t i o n o f C u r v a t u r e C o n t r o l l e d I t e r a t i v e P r o c e d u r e u s e d f o r B e a m A n a l y s i s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 3 F i g u r e 5 . 1 — C r o s s - s e c t i o n a n d E l e v a t i o n o f R C B e a m u s e d i n S e n s i t i v i t y S t u d y . . . . . . . . . 1 9 3 F i g u r e 5 . 2 - E f f e c t o f V a r i a t i o n i n T h e r m a l C o n d u c t i v i t y o n F i r e R e s p o n s e o f R C B e a m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 3 F i g u r e 5 . 3 — E f f e c t o f V a r i a t i o n H e a t C a p a c i t y o n F i r e R e s p o n s e o f R C B e a m s . . . . . . . . . . . . 1 9 4 F i g u r e 5 . 4 — E f f e c t o f V a r i a t i o n o f T h e r m a l S t r a i n o n F i r e R e s p o n s e o f R C B e a m s . . . . . . 1 9 4 F i g u r e 5 . 5 - E f f e c t o f V a r i a t i o n i n C r e e p a n d T r a n s i e n t S t r a i n C o m p o n e n t s o n F i r e R e s p o n s e o f R C B e a m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 5 F i g u r e 5 . 6 — E f f e c t o f V a r i a t i o n i n C o n c r e t e S t r e n g t h o n F i r e R e s p o n s e o f R C B e a m s . 1 9 5 F i g u r e 5 . 7 — E f f e c t o f V a r i a t i o n i n S t e e l S t r e n g t h o n F i r e R e s p o n s e o f R C B e a m s . . . . . . . . 1 9 6 X V F i g u r e 5 . 8 — E f f e c t o f S e g m e n t a l D i s c r e t i z a t i o n o n t h e F i r e R e s p o n s e o f R C B e a m s . . . . 1 9 6 F i g u r e 5 . 9 — E f f e c t o f C r o s s - s e c t i o n a l D i s c r e t i z a t i o n o n t h e F i r e R e s p o n s e o f R C B e a m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . l 9 7 F i g u r e 5 . 1 0 — E f f e c t o f T i m e I n c r e m e n t o n t h e F i r e R e s p o n s e o f R C B e a m s . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 7 F i g u r e 5 . 1 1 — L o w e r a n d U p p e r L i m i t a n d E x p e r i m e n t a l R e s u l t s f o r T h e r m a l C o n d u c t i v i t y o f C a r b o n a t e A g g r e g a t e C o n c r e t e a t E l e v a t e d T e m p e r a t u r e s . . . . . . . . 1 9 8 F i g u r e 5 . 1 2 — L o w e r a n d U p p e r L i m i t a n d E x p e r i m e n t a l R e s u l t s f o r T h e r m a l C o n d u c t i v i t y o f S i l i c e o u s A g g r e g a t e C o n c r e t e a t E l e v a t e d T e m p e r a t u r e s . . . . . . . . . 1 9 8 F i g u r e 5 . 1 3 — L o w e r a n d U p p e r L i m i t a n d E x p e r i m e n t a l R e s u l t s f o r H e a t C a p a c i t y o f C a r b o n a t e A g g r e g a t e C o n c r e t e a t E l e v a t e d T e m p e r a t u r e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 9 F i g u r e 5 . 1 4 — L o w e r a n d U p p e r L i m i t a n d E x p e r i m e n t a l R e s u l t s f o r H e a t C a p a c i t y o f S i l i c e o u s A g g r e g a t e C o n c r e t e a t E l e v a t e d T e m p e r a t u r e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 9 F i g u r e 5 . 1 5 — L o w e r a n d U p p e r L i m i t a n d E x p e r i m e n t a l R e s u l t s f o r T h e r m a l S t r a i n o f C a r b o n a t e A g g r e g a t e C o n c r e t e a t E l e v a t e d T e m p e r a t u r e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 0 F i g u r e 5 . 1 6 — L o w e r a n d U p p e r L i m i t a n d E x p e r i m e n t a l R e s u l t s f o r T h e r m a l S t r a i n o f S i l i c e o u s A g g r e g a t e C o n c r e t e a t E l e v a t e d T e m p e r a t u r e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 0 F i g u r e 5 . 1 7 — L o w e r a n d U p p e r L i m i t a n d E x p e r i m e n t a l R e s u l t s f o r C o n c r e t e C o m p r e s s i v e S t r e n g t h o f N S C a t E l e v a t e d T e m p e r a t u r e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 1 F i g u r e 5 . 1 8 — L o w e r a n d U p p e r L i m i t a n d E x p e r i m e n t a l R e s u l t s f o r C o n c r e t e C o m p r e s s i v e S t r e n g t h o f H S C a t E l e v a t e d T e m p e r a t u r e s ( K o d u r e t a l . 2 0 0 7 ) . . . 2 0 1 F i g u r e 5 . 1 9 — L o w e r a n d U p p e r L i m i t o f S t e e l Y i e l d S t r e n g t h a t E l e v a t e d T e m p e r a t u r e s ( R e p r o d u c e d f r o m H a r m a t h y 1 9 9 3 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 2 F i g u r e 5 . 2 0 — D i s c r e t i z a t i o n o f t h e A n a l y z e d B e a m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 3 F i g u r e 5 . 2 1 — M e a s u r e d a n d P r e d i c t e d T e m p e r a t u r e s f o r S l a b T e s t e d b y K a l i f a e t a 1 . ( 2 0 0 1 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 4 F i g u r e 5 . 2 2 — M e a s u r e d a n d P r e d i c t e d P o r e P r e s s u r e a t D e p t h o f 2 0 m m f r o m E x p o s e d S u r f a c e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 4 F i g u r e 5 . 2 3 — M e a s u r e d a n d P r e d i c t e d P o r e P r e s s u r e a t D e p t h o f 3 0 m m f r o m E x p o s e d S u r f a c e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 5 F i g u r e 5 . 2 4 — M e a s u r e d a n d P r e d i c t e d P o r e P r e s s u r e a t D e p t h o f 4 0 m m f r o m E x p o s e d S u r f a c e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 5 x v i F i g u r e 5 . 2 5 — M e a s u r e d a n d P r e d i c t e d ( L e f t o v e r ) B l o c k T h i c k n e s s a s a F u n c t i o n o f T i m e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 6 F i g u r e 5 . 2 6 — M e a s r e d a n d P r e d i c t e d E x t e n t o f S p a l l i n g a s a F u n c t i o n o f T i m e f o r B e a m B S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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v a t u r e C u r v e s a t M i d - s p a n o f B e a m B 0 a t V a r i o u s T i m e S t e p s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 8 F i g u r e 5 . 3 0 — V a r i a t i o n o f M o m e n t C a p a c i t y a n d D e fl e c t i o n f o r B e a m B 0 a s a F u n c t i o n o f F i r e E x p o s u r e T i m e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 8 F i g u r e 5 . 3 1 - P r e d i c t e d a n d M e a s u r e d R e b a r T e m p e r a t u r e s f o r B e a m B L l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 9 F i g u r e 5 . 3 2 - P r e d i c t e d a n d M e a s u r e d R e b a r T e m p e r a t u r e s f o r B e a m B L 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 9 F i g u r e 5 . 3 3 — P r e d i c t e d a n d M e a s u r e d D e fl e c t i o n s f o r B e a m B L l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 0 F i g u r e 5 . 3 4 — P r e d i c t e d a n d M e a s u r e d D e fl e c t i o n s f o r B e a m B L 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 0 F i g u r e 5 . 3 5 — V a r i a t i o n o f r e s i d u a l s t r e n g t h o f r e i n f o r c i n g s t e e l a s a f u n c t i o n o f t e m p e r a t u r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 1 F i g u r e 5 . 3 6 — M e a s u r e d a n d P r e d i c t e d A v e r a g e R e b a r T e m p e r a t u r e a s a F u n c t i o n o f T i m e f o r B e a m B 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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i m e f o r B e a m B 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 3 F i g u r e 5 . 4 0 - M e a s u r e d a n d P r e d i c t e d R e b a r T e m p e r a t u r e a s a F u n c t i o n o f T i m e f o r B e a m B S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 3 F i g u r e 5 . 4 1 — M e a s u r e d a n d P r e d i c t e d R e b a r T e m p e r a t u r e a s a F u n c t i o n o f T i m e f o r B e a m B 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 4 F i g u r e 5 . 4 2 — M e a s u r e d a n d P r e d i c t e d C o m p r e s s i o n R e b a r a n d C o n c r e t e T e m p e r a t u r e a s a F u n c t i o n o f T i m e f o r B e a m B 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 4 x v i i F i g u r e 5 . 4 3 — M e a s u r e d a n d P r e d i c t e d C o m p r e s s i o n R e b a r a n d C o n c r e t e T e m p e r a t u r e a s a F u n c t i o n o f T i m e f o r B e a m B 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 5 F i g u r e 5 . 4 4 - M e a s u r e d a n d P r e d i c t e d C o m p r e s s i o n R e b a r a n d C o n c r e t e T e m p e r a t u r e a s a F u n c t i o n o f T i m e f o r B e a m B 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 5 F i g u r e 5 . 4 5 — M e a s u r e d a n d P r e d i c t e d C o m p r e s s i o n R e b a r a n d C o n c r e t e T e m p e r a t u r e a s a F u n c t i o n o f T i m e f o r B e a m B 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 6 F i g u r e 5 . 4 6 — M e a s u r e d a n d P r e d i c t e d C o m p r e s s i o n R e b a r a n d C o n c r e t e T e m p e r a t u r e a s a F u n c t i o n o f T i m e f o r B e a m B S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 6 F i g u r e 5 . 4 7 — M e a s u r e d a n d P r e d i c t e d C o m p r e s s i o n R e b a r a n d C o n c r e t e T e m p e r a t u r e a s a F u n c t i o n o f T i m e f o r B e a m B 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 7 F i g u r e 5 . 4 8 — M e a s u r e d a n d P r e d i c t e d M i d - s p a n D e f e c l e c t i o n a s a F u n c t i o n o f T i m e f o r N S C B e a m B l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 7 F i g u r e 5 . 4 9 — M e a s u r e d a n d P r e d i c t e d M i d - s p a n D e f e c l e c t i o n a s a F u n c t i o n o f T i m e f o r N S C B e a m B Z . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 8 F i g u r e 5 . 5 0 — M e a s u r e d a n d P r e d i c t e d M i d ~ S p a n D e f e c l e c t i o n a s a F u n c t i o n o f T i m e f o r H S C B e a m B 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 8 F i g u r e 5 . 5 1 — M e a s u r e d a n d P r e d i c t e d M i d - s p a n D e f e c l e c t i o n a s a F u n c t i o n o f T i m e f o r H S C B e a m B 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 9 F i g u r e 5 . 5 2 — M e a s u r e d a n d P r e d i c t e d M i d - S p a n D e f e c l e c t i o n a s a F u n c t i o n o f T i m e f o r H S C B e a m B 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 9 F i g u r e 5 . 5 3 — M e a s u r e d a n d P r e d i c t e d M i d - s p a n D e f e c l e c t i o n a s a F u n c t i o n o f T i m e f o r H S C B e a m B 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 0 F i g u r e 5 . 5 4 — M e a s u r e d a n d P r e d i c t e d A x i a l R e s t r a i n t F o r c e a s a F u n c t i o n o f T i m e f o r N S C B e a m B 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 0 F i g u r e 5 . 5 5 — M e a s u r e d a n d P r e d i c t e d A x i a l R e s t r a i n t F o r c e a s a F u n c t i o n o f T i m e f o r H S C B e a m B 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 1 F i g u r e 6 . 1 — — T i m e - t e m p e r a t u r e C u r v e s f o r F i r e S c e n a r i o s u s e d i n t h e A n a l y s i s . . . . . . . . . . . . . 2 4 8 F i g u r e 6 . 2 — S t r u c t u r a l a n d C r o s s - s e c t i o n a l D i s c r e t i z a t i o n o f t h e A n a l y z e d B e a m s . . . . . . . 2 4 9 F i g u r e 6 . 3 — E f f e c t o f S e c t i o n C h a r a c t e r i s t i c s o n t h e D e fl e c t i o n o f S i m p l y S u p p o r t e d R C B e a m s E x p o s e d t o F i r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 0 F i g u r e 6 . 4 — E f f e c t o f S e c t i o n C h a r a c t e r i s t i c s o n t h e D e fl e c t i o n o f A x i a l l y R e s t r a i n e d R C B e a m s E x p o s e d t o F i r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 0 x v i i i F i g u r e 6 . 5 - E f f e c t o f L o a d R a t i o o n t h e D e fl e c t i o n o f S i m p l y S u p p o r t e d R C B e a m s E x p o s e d t o F i r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 1 F i g u r e 6 . 6 — E f f e c t o f L o a d R a t i o o n t h e D e fl e c t i o n o f A x i a l l y R e s t r a i n e d R C B e a m s E x p o s e d t o F i r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 1 F i g u r e 6 . 7 — E f f e c t o f A g g r e g a t e T y p e o n t h e D e fl e c t i o n o f S i m p l y S u p p o r t e d R C B e a m s E x p o s e d t o F i r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 2 F i g u r e 6 . 9 — E f f e c t o f S p a n - t o — d e p t h R a t i o o n t h e D e fl e c t i o n o f A x i a l l y R e s t r a i n e d R C B e a m s E x p o s e d t o F i r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 3 F i g u r e 6 . 1 0 — E f f e c t o f A x i a l R e s t r a i n t S t i f f n e s s o n t h e D e fl e c t i o n o f R C B e a m s E x p o s e d t o F i r e ( S p a n - t o - d e p t h R a t i o = 8 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 3 F i g u r e 6 . 1 1 — E f f e c t o f A x i a l R e s t r a i n t S t i f f n e s s o n t h e D e fl e c t i o n o f R C B e a m s E x p o s e d t o F i r e ( S p a n - t O - d e p t h R a t i o = 1 8 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 4 F i g u r e 6 . 1 2 — E f f e c t o f L o c a t i o n o f A x i a l R e s t r a i n e d o n t h e D e fl e c t i o n o f R C B e a m s E x p o s e d t o F i r e ( S p a n - t o - d e p t h R a t i o = 8 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 4 F i g u r e 6 . 1 3 — E f f e c t o f L o c a t i o n o f A x i a l R e s t r a i n e d o n t h e D e fl e c t i o n o f R C B e a m s E x p o s e d t o F i r e ( S p a n - t o - d e p t h R a t i o = 1 8 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 5 F i g u r e 6 . 1 4 — E f f e c t o f R o t a t i o n a l R e s t r a i n t o n t h e D e fl e c t i o n o f S i m p l y S u p p o r t e d R C B e a m s E x p o s e d t o F i r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 5 F i g u r e 6 . 1 5 — E f f e c t o f R o t a t i o n a l R e s t r a i n t o n t h e D e fl e c t i o n o f A x i a l l y R e s t r a i n e d R C B e a m s E x p o s e d t o F i r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 6 F i g u r e 6 . 1 6 — E f f e c t o f F i r e S c e n a r i o o n t h e D e fl e c t i o n o f S i m p l y S u p p o r t e d R C B e a m s E x p o s e d t o F i r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 6 F i g u r e 6 . 1 7 — E f f e c t o f F i r e S c e n a r i o o n t h e D e fl e c t i o n o f A x i a l l y R e s t r a i n e d R C B e a m s E x p o s e d t o F i r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 7 F i g u r e 6 . 1 8 — E f f e c t o f C o n c r e t e S t r e n g t h o n t h e D e fl e c t i o n o f S i m p l y S u p p o r t e d R C B e a m s E x p o s e d t o F i r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 7 F i g u r e 6 . 1 9 — E f f e c t o f C o n c r e t e S t r e n g t h o n t h e D e fl e c t i o n o f A x i a l l y R e s t r a i n e d R C B e a m s E x p o s e d t o F i r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 8 F i g u r e 6 . 2 0 — E f f e c t o f C o n c r e t e S t r e n g t h o n t h e D e fl e c t i o n o f R o t a t i o n a l l y R e s t r a i n e d R C B e a m s E x p o s e d t o F i r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 8 F i g u r e 7 . 1 — I n i t i a l E s t i m a t e s o f F i r e R e s i s t a n c e ( i n M i n u t e s ) b a s e d o n B e a m W i d t h a n d C o n c r e t e C o v e r T h i c k n e s s ( R 0 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 3 x i x F i g u r e 7 . 2 — I n i t i a l E s t i m a t e s o f F i r e R e s i s t a n c e ( m i n u t e s ) b a s e d o n B e a m W i d t h a n d C o n c r e t e C o v e r T h i c k n e s s ( R 0 ) ( R e p r o d u c e d f r o m A S 3 6 0 0 ( 2 0 0 1 ) ) . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 3 F i g u r e 7 . 3 — - S i m u l a t e d v e r s u s P r e d i c t e d V a l u e s o f S t r u c t u r a l F a c t o r ( c 5 5 5 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 4 F i g u r e 7 . 4 — S i m u l a t e d v e r s u s P r e d i c t e d V a l u e s o f S t r u c t u r a l F a c t o r ( L N ( ( ( 5 , 4 1 2 ) ) . . . . . . . . . . . . 2 9 4 F i g u r e 7 . 5 — S i m u l a t e d v e r s u s P r e d i c t e d V a l u e s o f S t r u c t u r a l F a c t o r ( L N ( ¢ E R ) ) . . . . . . . . . . . . 2 9 5 F i g u r e 7 . 6 — S i m u l a t e d v e r s u s P r e d i c t e d V a l u e s o f S t r u c t u r a l F a c t o r ( ¢ R R ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 5 F i g u r e 7 . 7 — S i m u l a t e d v e r s u s P r e d i c t e d V a l u e s o f S t r u c t u r a l F a c t o r ( 4 5 m ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 6 F i g u r e 7 . 8 — R e s i d u a l v e r s u s P r e d i c t e d V a l u e s o f S t r u c t u r a l F a c t o r ( c 5 5 5 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 6 F i g u r e 7 . 9 - R e s i d u a l v e r s u s P r e d i c t e d V a l u e s o f S t r u c t u r a l F a c t o r ( L N ( ¢ A 1 2 ) ) . . . . . . . . . . . . . . 2 9 7 F i g u r e 7 . 1 0 — R e s i d u a l v e r s u s P r e d i c t e d V a l u e s o f S t r u c t u r a l F a c t o r ( L N ( ¢ E R ) ) . . . . . . . . . . . . 2 9 7 F i g u r e 7 . 1 1 — R e s i d u a l v e r s u s P r e d i c t e d V a l u e s o f S t r u c t u r a l F a c t o r ( ( 1 5 1 2 1 2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 8 F i g u r e 7 . 1 2 — R e s i d u a l v e r s u s P r e d i c t e d V a l u e s o f S t r u c t u r a l F a c t o r ( g r i m ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 8 F i g u r e 7 . 1 3 — S i m u l a t e d v e r s u s P r e d i c t e d F i r e R e s i s t a n c e ( i n M i n u t e s ) f o r R C B e a m s M a d e o f C a r b o n a t e A g g r e g a t e C o n c r e t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 9 F i g u r e 7 . 1 4 - — S i m u l a t e d v e r s u s P r e d i c t e d F i r e R e s i s t a n c e ( i n M i n u t e s ) f o r H S C B e a m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 9 F i g u r e 7 . 1 5 — E q u i v a l e n t E n e r g y C o n c e p t f o r S t a n d a r d a n d D e s i g n F i r e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 0 F i g u r e 7 . 1 6 — T h e A r e a s u n d e r t h e A s c e n d i n g a n d t h e D e s c e n d i n g H e a t F l u x c u r v e f o r a D e s i g n F i r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 0 F i g u r e 7 . 1 7 - B e s t F i t t i n g f o r t h e A r e a s u n d e r t h e A s c e n d i n g H e a t F l u x c u r v e f o r a D e s i g n F i r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 1 F i g u r e 7 . 1 8 — - B e s t F i t t i n g f o r t h e A r e a s u n d e r t h e H e a t F l u x c u r v e f o r A S T M E 1 1 9 S t a n d a r d F i r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 1 F i g u r e 7 . 1 9 — S i m u l a t e d v e r s u s P r e d i c t e d V a l u e s o f L N ( t e ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 2 F i g u r e 7 . 2 0 — R e s i d u a l v e r s u s P r e d i c t e d V a l u e s o f L N ( t e ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 2 F i g u r e 7 . 2 1 — S i m u l a t e d v e r s u s P r e d i c t e d F i r e R e s i s t a n c e ( i n M i n u t e s ) f o r R C B e a m s . 3 0 3 F i g u r e 7 . 2 2 — M e a s u r e d v e r s u s P r e d i c t e d F i r e R e s i s t a n c e ( i n M i n u t e s ) f o r H S C B e a m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 3 F i g u r e 7 . 2 3 — T i m e - t e m p e r a t u r e C u r v e s f o r D e s i g n F i r e S c e n a r i o s u s e d i n t h e A n a l y s i s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 4 F i g u r e 7 . 2 4 — S i m u l a t e d v e r s u s P r e d i c t e d T i m e E q u i v a l e n t ( i n M i n u t e s ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 5 F i g u r e 7 . 2 5 — C o m p a r i s o n o f F i r e R e s i s t a n c e P r e d i c t e d f r o m P r o p o s e d E q u a t i o n w i t h P r o v i s i o n s i n C u r r e n t C o d e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 5 F i g u r e 7 . 2 6 — — C r o s s - s e c t i o n a n d E l e v a t i o n o f R C B e a m u s e d i n t h e W o r k e d E x a m p l e . . 3 0 6 F i g u r e B ] - C r o s s - s e c t i o n , E l e v a t i o n , S h e a r F o r c e D i a g r a m , a n d B e n d i n g M o m e n t D i a g r a m f o r T e s t e d B e a m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 4 F i g u r e 3 . 2 - — S h e a r F o r c e D i a g r a m a n d B e n d i n g M o m e n t D i a g r a m f o r T e s t e d B e a m s . 3 3 2 F i g u r e 8 . 3 — S t r e s s S t r a i n C u r v e s f o r S t e e l R e i n f o r c e m e n t u s e d i n t h e T e s t e d B e a m s . 3 3 5 F i g u r e 3 . 4 — M e a s u r e d U n e x p o s e d S u r f a c e T e m p e r a t u r e s i n R C B e a m B l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 7 F i g u r e 3 . 5 — M e a s u r e d E x p o s e d S u r f a c e T e m p e r a t u r e s i n R C B e a m B 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 7 F i g u r e B . 6 — M e a s u r e d T e m p e r a t u r e s i n T e n s i o n a n d C o m p r e s s i o n R e b a r s i n R C B e a m B l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 8 F i g u r e B . 7 — M e a s u r e d C o n c r e t e T e m p e r a t u r e s B e a m B 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 8 F i g u r e B . 8 — - M e a s u r e d U n e x p o s e d S u r f a c e T e m p e r a t u r e s i n R C B e a m B Z . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 9 F i g u r e B . 9 — M e a s u r e d E x p o s e d S u r f a c e T e m p e r a t u r e s i n R C B e a m B 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 9 F i g u r e B . 1 0 — M e a s u r e d T e m p e r a t u r e s i n T e n s i o n a n d C o m p r e s s i o n R e b a r s i n R C B e a m B 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 0 F i g u r e B . 1 1 — M e a s u r e d C o n c r e t e T e m p e r a t u r e s B e a m B 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 0 F i g u r e 8 . 1 2 — M e a s u r e d U n e x p o s e d S u r f a c e T e m p e r a t u r e s i n R C B e a m B 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 1 F i g u r e B . 1 3 — M e a s u r e d E x p o s e d S u r f a c e T e m p e r a t u r e s i n R C B e a m B 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 1 F i g u r e B . 1 4 — M e a s u r e d T e m p e r a t u r e s i n T e n s i o n a n d C o m p r e s s i o n R e b a r s i n R C B e a m B 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 2 F i g u r e B . 1 5 — M e a s u r e d C o n c r e t e T e m p e r a t u r e s B e a m B 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 2 F i g u r e B . l 6 — M e a s u r e d U n e x p o s e d S u r f a c e T e m p e r a t u r e s i n R C B e a m B 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 3 F i g u r e 3 . 1 7 — M e a s u r e d E x p o s e d S u r f a c e T e m p e r a t u r e s i n R C B e a m B 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 3 x x i F i g u r e B . 1 8 — M e a s u r e d T e m p e r a t u r e s i n T e n s i o n a n d C o m p r e s s i o n R e b a r s i n R C B e a m B 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 4 F i g u r e B . 1 9 — M e a s u r e d C o n c r e t e T e m p e r a t u r e s B e a m B 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 4 F i g u r e B . 2 0 - M e a s u r e d U n e x p o s e d S u r f a c e T e m p e r a t u r e s i n R C B e a m B S . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 5 F i g u r e B . 2 1 — M e a s u r e d E x p o s e d S u r f a c e T e m p e r a t u r e s i n R C B e a m B S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 5 F i g u r e B . 2 2 — M e a s u r e d T e m p e r a t u r e s i n T e n s i o n a n d C o m p r e s s i o n R e b a r s i n R C B e a m B S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 6 F i g u r e B . 2 3 — M e a s u r e d C o n c r e t e T e m p e r a t u r e s B e a m B 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 6 F i g u r e B . 2 4 — M e a s u r e d U n e x p o s e d S u r f a c e T e m p e r a t u r e s i n R C B e a m B 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 7 F i g u r e B . 2 5 — M e a s u r e d E x p o s e d S u r f a c e T e m p e r a t u r e s i n R C B e a m B 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 7 F i g u r e 3 . 2 6 - M e a s u r e d T e m p e r a t u r e s i n T e n s i o n a n d C o m p r e s s i o n R e b a r s i n R C B e a m B 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 8 F i g u r e 3 . 2 7 — M e a s u r e d C o n c r e t e T e m p e r a t u r e s B e a m B 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 8 F i g u r e 8 . 2 8 — M e a s u r e d S t r a i n a s a F u n c t i o n o f T i m e i n t h e C o m p r e s s i o n R e i n f o r c e m e n t i n t h e C e n t r a l S e c t i o n o f t h e T e s t e d B e a m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 9 F i g u r e B . 2 9 — M e a s u r e d S t r a i n a s a F u n c t i o n o f T i m e i n t h e T e n s i o n R e i n f o r c e m e n t i n S e c t i o n A o f t h e T e s t e d B e a m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5 0 F i g u r e B . 3 0 — M e a s u r e d S t r a i n a s a F u n c t i o n o f T i m e i n t h e C o m p r e s s i o n R e i n f o r c e m e n t i n S e c t i o n A o f t h e T e s t e d B e a m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5 0 F i g u r e C . 1 — Q 4 E l e m e n t i n T r a n s f o r m e d C o o r d i n a t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5 2 x x i i N O T A T I O N A = a r e a o f b o u n d a r y e x p o s e d t o fi r e A d = t h e a r e a u n d e r t h e h e a t fl u x c u r v e o f a d e s i g n fi r e A m = a r e a o f e a c h e l e m e n t A s = t h e a r e a u n d e r t h e h e a t fl u x c u r v e o f A S T M E 1 1 9 s t a n d a r d fi r e o x = a x i a l r e s t r a i n t r a t i o b = b e a m w i d t h b , = t h e r m a l i n e r t i a B = c a l i b r a t i o n p a r a m e t e r f o r p e r m e a b i l i t y c = c l e a r c o n c r e t e c o v e r C , = t o t a l c o m p r e s s i v e f o r c e i n t h e b e a m c r o s s s e c t i o n C T = f a c t o r t o a c c o u n t f o r t h e i n c r e a s e i n c o n c r e t e p e r m e a b i l i t y a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s d = e f f e c t i v e d e p t h o f t h e b e a m D = e x t e n t o f d a m a g e D 0 = d i f f u s i o n c o e f fi c i e n t o f w a t e r v a p o r a t t h e b o u n d a r i e s o f t h e b e a m E = m a s s o f e v a p o r a t e d w a t e r E C = m o d u l u s o f e l a s t i c i t y o f c o n c r e t e E d = t o t a l e n e r g y u n d e r t h e h e a t fl u x c u r v e o f t h e d e s i g n fi r e E s = t o t a l e n e r g y u n d e r t h e h e a t fl u x c u r v e o f t h e s t a n d a r d fi r e , a n d x x i i i E , = t o t a l e n e r g y F = e q u i v a l e n t n o d a l h e a t fl u x f c , 2 0 = c o n c r e t e s t r e n g t h a t r o o m t e m p e r a t u r e f c , T = c o n c r e t e s t r e n g t h a t t e m p e r a t u r e , T f ; = t e n s i l e s t r e n g t h o f c o n c r e t e a t r o o m t e m p e r a t u r e fi r = t e n s i l e s t r e n g t h o f c o n c r e t e f o r t e m p e r a t u r e , T F v = v e n t i l a t i o n f a c t o r f y = y i e l d s t r e n g t h o f s t e e l F " a n d F n + 1 = e q u i v a l e n t n o d a l h e a t fl u x a t t h e b e g i n n i n g a n d t h e e n d o f t i m e s t e p , r e s p e c t i v e l y h = t i m e s t e p H = t o t a l d e p t h o f c o n c r e t e s e c t i o n h f a n d h c = h e a t t r a n s f e r c o e f fi c i e n t o f t h e fi r e s i d e a n d t h e c o l d s i d e , r e s p e c t i v e l y h m d a n d h a m = r a d i a t i v e a n d c o n v e c t i v e h e a t t r a n s f e r c o e f fi c i e n t J = m a s s fl u x o f w a t e r v a p o r k = t h e r m a l c o n d u c t i v i t y K = g l o b a l s t i f f n e s s m a t r i x k 0 = i n i t i a l i n t r i n s i c p e r m e a b i l i t y o f c o n c r e t e a t r o o m t e m p e r a t u r e k 2 = a c o n s t a n t f o r t r a n s i e n t s t r a i n c a l c u l a t i o n s a n d i t r a n g e s b e t w e e n 1 . 8 a n d 2 . 3 5 x x i v k d a m a g e d a n d k r m d a m a g e d = p e r m e a b i l i t y o f d a m a g e d a n d u n d a m a g e d c o n c r e t e , r e s p e c t i v e l y K g = g l o b a l s t i f f n e s s m a t r i x f o r s t r e n g t h a n a l y s i s n g o = g e o m e t r i c s t i f f n e s s m a t r i x k , = a x i a l r e s t r a i n t s t i f f n e s s k T = i n t r i n s i c p e r m e a b i l i t y o f c o n c r e t e a t a n y t e m p e r a t u r e k m ] , = i n i t i a l p e r m e a b i l i t y i n t h e t o p s u r f a c e o f t h e c o n c r e t e s e c t i o n L = l e n g t h o f t h e b e a m l , - = p r o j e c t e d l e n g t h o f d e f o r m e d s e g m e n t i L , - = l e n g t h o f s e g m e n t i i n t h e u n d e f o r r n e d b e a m L R = l o a d r a t i o L . = l e n g t h o f t h e b e a m s e g m e n t M = m o l a r m a s s o f w a t e r ( o r g l o b a l m a s s m a t r i x ) m 0 = m a s s o f w a t e r f o r s a t u r a t i o n a t 2 5 ° C p e r u n i t v o l u m e o f c o n c r e t e m e = m o i s t u r e c o n t e n t m 1 ) = m a s s o f l i q u i d w a t e r f o r m e d d u e t o d e h y d r a t i o n m L = m a s s o f l i q u i d w a t e r a t a n y t i m e m L 0 = m a s s o f w a t e r f o r s a t u r a t i o n a t a n y t e m p e r a t u r e p e r u n i t v o l u m e o f c o n c r e t e , m 1 . W O = i n i t i a l m a s s o f l i q u i d w a t e r m y = m a s s o f w a t e r v a p o r n = p o r o s i t y o f c o n c r e t e N = v e c t o r o f t h e S h a p e f u n c t i o n s n y a n d n : = c o m p o n e n t s o f t h e v e c t o r n o r m a l t o t h e b o u n d a r y i n t h e p l a n e o f t h e c r o s s s e c t i o n n y = n u m b e r o f m o l e s o f w a t e r v a p o r P 0 = s t a n d a r d a t m o s p h e r i c p r e s s u r e P f = e q u i v a l e n t n o d a l l o a d v e c t o r d u e t o a p p l i e d l o a d i n g P , - , 8 0 , - a n d K , - = t h e a x i a l f o r c e , c e n t r a l t o t a l s t r a i n , a n d c u r v a t u r e i n s e g m e n t i P , = e q u i v a l e n t n o d a l l o a d v e c t o r d u e t o P - 5 e f f e c t P 5 = s a t u r a t i o n p r e s s u r e P 5 0 = i n i t i a l s a t u r a t i o n p r e s s u r e P V = v a p o r p r e s s u r e q = h e a t fl u x q m d a n d q c o n = r a d i a t i v e a n d c o n v e c t i v e h e a t fl u x e s . Q = h e a t s o u r c e r = c o o l i n g r a t e R = g a s c o n s t a n t ( o r fi r e r e s i s t a n c e ) R 0 = i n i t i a l e s t i m a t e o f fi r e r e s i s t a n c e R H = i n i t i a l r e l a t i v e h u m i d i t y i n t h e c o n c r e t e s = d i s t a n c e a l o n g t h e b o u n d a r y F s , - = l e n g t h o f d e f o r m e d s e g m e n t i x x v i S F = s e c t i o n f a c t o r = h e a t e d p a r a m e t e r / c r o s s s e c t i o n a l a r e a t = t i m e t * = fi c t i t i o u s t i m e i n E u r o c o d e p a r a m e t r i c fi r e T = t e m p e r a t u r e T o = i n i t i a l t e m p e r a t u r e t d = b u n t i n g d u r a t i o n o f fi r e t e = t i m e e q u i v a l e n t b e t w e e n a d e s i g n a n d a s t a n d a r d fi r e T E = t e m p e r a t u r e o f t h e e n v i r o n m e n t s u r r o u n d i n g t h e b o u n d a r y t e ( e n e r g y ) = t i m e e q u i v a l e n t c o m p u t e d f r o m e q u i v a l e n t e n e r g y m e t h o d t e m g ) = t i m e e q u i v a l e n t c o m p u t e d f r o m m a x i m u m d e fl e c t i o n m e t h o d ( o r fi n i t e e l e m e n t a n a l y s i s ) t } , = t i m e ( h o u r s ) T f = fi r e t e m p e r a t u r e t , = t i m e a t w h i c h t h e a r e a u n d e r t h e h e a t fl u x c u r v e i s b e i n g e v a l u a t e d t , = t o t a l d u r a t i o n o f fi r e T , = t o t a l t e n s i l e f o r c e i n t h e b e a m c r o s s s e c t i o n T o O = fi r e o r a m b i e n t t e m p e r a t u r e d e p e n d i n g o n t h e b o u n d a r y T m a x = m a x i m u m fi r e t e m p e r a t u r e u = v a r i a b l e i n fi n i t e e l e m e n t a n a l y s i s w h i c h c a n b e t e m p e r a t u r e o r p o r e p r e s s u r e a = t h e d e r i v a t i v e o f u w i t h r e s p e c t t o t i m e x x v i i u , , a n d u n + 1 = v a l u e s o f u a t t h e b e g i n n i n g a n d t h e e n d o f t i m e s t e p , r e s p e c t i v e l y V D = v o l u m e f r a c t i o n o f d e h y d r a t e d l i q u i d w a t e r V L = v o l u m e f r a c t i o n o f l i q u i d w a t e r V 5 0 = i n i t i a l v o l u m e f r a c t i o n o f s o l i d V V = v o l u m e f r a c t i o n o f w a t e r v a p o r w = a p p l i e d d i s t r i b u t e d l o a d w , " , " a n d w f ’ z " = d e fl e c t i o n s a t t h e b e g i n n i n g a n d t h e e n d o f t h e b e a m s e g m e n t w h i c h w e r e c o m p u t e d i n t h e ( n - I ) t h t i m e s t e p w , " , a n d w } ; = d e fl e c t i o n s a t t h e b e g i n n i n g a n d t h e e n d o f t h e b e a m s e g m e n t i n t h e n t h t i m e s t e p x = d e p t h o f n e u t r a l a x i s u n d e r s e r v i c e l o a d s y = t h e d i s t a n c e f r o m t h e g e o m e t r i c a l c e n t r o i d o f t h e b e a m y t o p = d i s t a n c e f r o m t h e t o p m o s t fi b e r s o f t h e c o n c r e t e s e c t i o n Y = l o c a t i o n o f a x i a l r e s t r a i n t f o r c e f r o m t h e t o p m o s t fi b e r s o f t h e c o n c r e t e s e c t i o n Z = Z e n e r — H o l l o m o n p a r a m e t e r f o r c r e e p s t r a i n a a n d , 6 = c a l i b r a t i o n c o n s t a n t s f o r p e r m e a b i l i t y t o b e d e t e r m i n e d f r o m e x p e r i m e n t 1 = n u m b e r o f c o r n e r b a r s / t o t a l n u m b e r o f b a r s . 6 = n o d a l d i s p l a c e m e n t s A = t o t a l e x p a n s i o n i n t h e b e a m l e n g t h A 8 , ] , = c h a n g e i n t h e r m a l s t r a i n A 8 , , - = c h a n g e i n t r a n s i e n t s t r a i n x x v i i i a = e m i s s i v i t y £ 0 = t o t a l s t r a i n a t t h e g e o m e t r i c a l c e n t r o i d o f t h e b e a m c r o s s s e c t i o n a c = s t r a i n a t t h e t o p m o s t fi b e r s o f c o n c r e t e 8 6 , - , a m , 8 , , 8 , } , a n d 8 , , = c r e e p s t r a i n , m e c h a n i c a l s t r a i n , t o t a l s t r a i n , t h e r m a l s t r a i n , a n d t r a n s i e n t s t r a i n e m , e m s , 8 ” , , a n d 8 , 5 = c r e e p s t r a i n , m e c h a n i c a l s t r a i n , t h e r m a l s t r a i n a n d t o t a l s t r a i n i n s t e e l . 8 , 0 = c r e e p s t r a i n p a r a m e t e r ( 1 = s t r u c t u r a l m o d i fi c a t i o n f a c t o r i n e v a l u a t i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a m s { t a g a n d ¢ S = f a c t o r s i n e v a l u a t i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a m s t o a c c o u n t f o r a g g r e g a t e t y p e a n d c o n c r e t e s t r e n g t h , r e s p e c t i v e l y . ¢ S S = s t r u c t u r a l m o d i fi c a t i o n f a c t o r f o r fi r e r e s i s t a n c e o f s i m p l y s u p p o r t e d b e a m s ¢ A R = s t r u c t u r a l m o d i fi c a t i o n f a c t o r f o r fi r e r e s i s t a n c e o f a x i a l l y r e s t r a i n e d b e a m s ¢ E R = S t r u c t u r a l m o d i fi c a t i o n f a c t o r f o r fi r e r e s i s t a n c e o f e c c e n t r i c a l l y a x i a l l y r e s t r a i n e d b e a m s ¢ R R = s t r u c t u r a l m o d i fi c a t i o n f a c t o r f o r fi r e r e s i s t a n c e o f r o t a t i o n a l l y r e s t r a i n e d b e a m s ¢ F R = s t r u c t u r a l m o d i fi c a t i o n f a c t o r f o r fi r e r e s i s t a n c e o f a x i a l l y a n d r o t a t i o n a l l y r e s t r a i n e d b e a m s F = b o u n d a r y o f t h e b e a m ( o r t i m e m o d i fi c a t i o n f a c t o r ) K = c u r v a t u r e x x i x A = D a r c y ’ s c o e f fi c i e n t o f p e r m e a b i l i t y , u V = d y n a m i c v i s c o s i t y o f w a t e r v a p o r l / l o = s e c t i o n c h a r a c t e r i s t i c f a c t o r 6 = t e m p e r a t u r e - c o m p e n s a t e d t i m e ( o r a n i t e r a t i v e p r o c e d u r e p a r a m e t e r b e t w e e n 0 a n d 1 ) p = s t e e l r a t i o = a r e a o f t e n s i o n s t e e l / e f f e c t i v e a r e a o f c r o s s s e c t i o n p c = h e a t c a p a c i t y p C = m a s s o f c e m e n t p e r u n i t v o l u m e o f c o n c r e t e , p L = d e n s i t y o f l i q u i d w a t e r p y = d e n s i t y o f w a t e r v a p o r i n t h e c o n c r e t e b o u n d a r i e s p y o o = d e n s i t y o f w a t e r v a p o r i n t h e s u r r o u n d i n g e n v i r o n m e n t p w = d e n s i t y o f w a t e r . 0 ' = c u r r e n t s t r e s s i n c o n c r e t e o r s t e e l ( o r S t e v a n - B o l t z m a n c o n s t a n t ) . 0 ' " , = s t r e s s a t t h e c e n t e r o f e a c h e l e m e n t i n t h e c r o s s s e c t i o n a l m e s h . X X X C h a p t e r 1 1 . I n t r o d u c t i o n 1 . 1 G e n e r a l C o n c r e t e i s a w i d e l y u s e d c o n s t r u c t i o n m a t e r i a l , a n d fi n d s a w i d e r a n g e o f a p p l i c a t i o n s i n b u i l d i n g s , d a m s , b r i d g e s , e l e c t r i c p o w e r s t a t i o n s a n d p a v e m e n t . C o n c r e t e c o m p e t e s e x t r e m e l y w e l l w i t h o t h e r c o n s t r u c t i o n m a t e r i a l s b e c a u s e o f i t s v e r s a t i l i t y i n a p p l i c a t i o n . C o n c r e t e g e n e r a l l y p r o v i d e s e x c e l l e n t fi r e r e s i s t a n c e p r o p e r t i e s . I t d o e s n o t b u r n ( n o n c o m b u s t i b l e ) a n d i t d o e s n o t e m i t a n y t o x i c fi t m e s , s m o k e o r d r i p m o l t e n p a r t i c l e s w h e n e x p o s e d t o fi r e . T h e s e e x c e l l e n t fi r e r e s i s t a n c e p r o p e r t i e s a r e d u e t o c o n c r e t e ' s c o n s t i t u e n t s ( i . e . c e m e n t a n d a g g r e g a t e s ) w h i c h , w h e n c h e m i c a l l y c o m b i n e d , f o r m a m a t e r i a l t h a t i s e s s e n t i a l l y i n e r t a n d h a s a p o o r t h e r m a l c o n d u c t i v i t y a n d l o w s t r e n g t h l o s s p r o p e r t i e s . I t i s t h i s s l o w r a t e o f h e a t t r a n s f e r a n d s t r e n g t h l o s s t h a t e n a b l e s c o n c r e t e t o a c t a s a n e f f e c t i v e s h i e l d b e t w e e n a d j a c e n t s p a c e s a n d a l s o t o c o n t i n u e t o p e r f o r m l o a d b e a r i n g fi r n c t i o n s u n d e r fi r e c o n d i t i o n s . O v e r t h e l a s t t h r e e d e c a d e s , t h e r e h a s b e e n s i g n i fi c a n t r e s e a r c h a n d d e v e l o p m e n t a c t i v i t y i n i m p r o v i n g p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e . T h i s h a s l e d t o n e w t y p e s o f c o n c r e t e w h i c h a r e o f t e n r e f e r r e d t o a s h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e ( H S C ) , fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e ( F R C ) , h i g h p e r f o r m a n c e c o n c r e t e ( H P C ) , a n d u l t r a H P C . H P C i s t y p i c a l l y c h a r a c t e r i z e d b y h i g h s t r e n g t h , g o o d w o r k a b i l i t y a n d d u r a b i l i t y , a n d H S C i s a s u b s e t o f H P C . H S C , w h i c h w a s w i d e l y u s e d i n a p p l i c a t i o n s s u c h a s b r i d g e s , o f f - s h o r e s t r u c t u r e s , a n d i n f r a s t r u c t u r e p r o j e c t s , h a s b e e n e x t e n d e d t o c o l u m n s a n d b e a m s i n r e i n f o r c e d c o n c r e t e ( R C ) b u i l d i n g s . T h i s i s d u e t o t h e i m p r o v e m e n t s i n d u r a b i l i t y , w h i c h i t c a n p r o v i d e , c o m p a r e d t o t h e c o n v e n t i o n a l n o r m a l s t r e n g t h c o n c r e t e ( N S C ) . T h e c l a s s i fi c a t i o n o f H S C c o n t i n u e s t o c h a n g e a s a d v a n c e s i n c o n c r e t e t e c h n o l o g y m a k e i t e a s i e r t o o b t a i n i n c r e a s i n g l y h i g h e r s t r e n g t h u s i n g c o n v e n t i o n a l c o n s t r u c t i o n p r a c t i c e ( M i n d e s s e t a l . 2 0 0 3 ) . I n g e n e r a l , c o n c r e t e u p t o a c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f 7 0 M P a ( 1 0 k s i ) i s r e f e r r e d t o a s N S C , w h i l e c o n c r e t e w i t h c o m p r e s s i v e s t r e n g t h i n e x c e s s o f 7 0 M P a i s c l a s s i fi e d a s h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e ( H S C ) ( K o d u r e t a l . 2 0 0 4 ) . S i m i l a r t o o t h e r s t r u c t u r a l m e m b e r s , c o n c r e t e s t r u c t u r a l m e m b e r s w h e n u s e d i n b u i l d i n g s h a v e t o s a t i s f y r e l e v a n t fi r e s a f e t y r e q u i r e m e n t s . T h i s i s b e c a u s e fi r e r e p r e s e n t s o n e o f t h e m o s t s e v e r e h a z a r d s t o w h i c h s t r u c t u r e s a r e s u b j e c t e d d u r i n g t h e i r l i f e t i m e a n d h e n c e t h e p r o v i s i o n o f a p p r o p r i a t e fi r e s a f e t y m e a s u r e s i s a n i m p o r t a n t a s p e c t o f b u i l d i n g d e s i g n t o e n h a n c e t h e s a f e t y o f o c c u p a n t s , c o n t r o l t h e S p r e a d o f fi r e , a n d m i n i m i z e d a m a g e t o p r o p e r t y a n d e n v i r o n m e n t . F i r e s a f e t y d e s i g n c a n b e a c h i e v e d b y a c t i v e a n d p a s s i v e fi r e p r o t e c t i o n s y s t e m s . A c t i v e s y s t e m s a r e g e n e r a l l y s e l f - a c t i v a t e d o n c e t h e fi r e i s t r i g g e r e d a n d t h e y i n c l u d e fi r e d e t e c t o r s , s m o k e c o n t r o l s y s t e m s , a n d s p r i n k l e r s . P a s s i v e s y s t e m s a r e b u i l t i n t o t h e s t r u c t u r e s , a n d d o n o t r e q u i r e s p e c i fi c o p e r a t i o n t o c o n t r o l t h e fi r e . T h e b a s i s f o r p a s s i v e fi r e p r o t e c t i o n s y s t e m s , o r w h a t i s c o m m o n l y r e f e r r e d t o a s fi r e r e s i s t a n c e , c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e f a c t t h a t s t r u c t u r a l i n t e g r i t y i s t h e l a s t l i n e o f d e f e n s e w h e n o t h e r m e a s u r e s f o r c o n t a i n i n g t h e fi r e f a i l . F i r e r e s i s t a n c e i s d e fi n e d a s t h e d u r a t i o n d u r i n g w h i c h a s t r u c t u r a l m e m b e r ( s y s t e m ) e x h i b i t s r e s i s t a n c e w i t h r e s p e c t t o s t r u c t u r a l i n t e g r i t y , s t a b i l i t y , a n d t e m p e r a t u r e t r a n s m i s s i o n w h e n e x p o s e d t o fi r e ( B u c h a n a n 2 0 0 2 ) . F i r e r e s i s t a n c e c a n p l a y a c r u c i a l r o l e o n t h e p e r f o r m a n c e o f a s t r u c t u r e i n t h e e v e n t o f fi r e a s s e e n i n t h e c o l l a p s e o f t h e W T C t w i n t o w e r s a n d t h e d a m a g e t o t h e E u r o - t u n n e l ( F E M A 2 0 0 2 , F i r e P r e v e n t i o n 1 9 9 7 ) . 1 . 2 D e s i g n f o r F i r e H a z a r d F i r e s c a u s e s i g n i fi c a n t l o s s o f l i f e a n d p r o p e r t y d a m a g e t h r o u g h o u t t h e w o r l d . I n 2 0 0 7 , fi r e s i n t h e U S c a u s e d a b o u t 3 4 3 0 d e a t h s , 9 7 , 8 0 0 i n j u r i e s a n d p r o p e r t y d a m a g e w i t h $ 1 4 b i l l i o n . T h e t o t a l c o s t o f fi r e ( i n c l u d i n g d i r e c t a n d i n d i r e c t l o s s e s ) w a s e s t i m a t e d t o b e a r o u n d $ 7 0 b i l l i o n i n 2 0 0 7 ( K a r t e r 2 0 0 8 ) . D e s i g n f o r fi r e s a f e t y h a s b e e n s i g n i fi c a n t l y i m p r o v e d i n t h e l a s t c e n t u r y . T h i s i m p r o v e m e n t m a i n l y f o c u s e d o n r e d u c i n g t h e l o s s o f l i f e b y i n t r o d u c i n g a c t i v e fi r e s a f e t y s y s t e m s ( w h i c h a r e s e l f - t r i g g e r e d i n t h e e v e n t o f fi r e ) s u c h a s s p r i n k l e r s a n d fi r e d e t e c t i o n s s y s t e m s . I n 1 9 1 3 , t h e d e a t h r a t e d u e t o fi r e i n t h e U n i t e d S t a t e s w a s 9 . 1 % p e r 1 0 0 , 0 0 0 p e o p l e . H o w e v e r , t h e u s e o f fi r e r e s i s t a n t m a t e r i a l a n d t h e i m p r o v e m e n t s i n d e s i g n ( i n c l u d i n g s m o k e d e t e c t o r s ) r e d u c e d t h a t r a t e t o 2 % p e r 1 0 0 , 0 0 0 p e o p l e i n 1 9 8 8 ( W i l l i a m s 2 0 0 4 ) . G e n e r a l l y , t h e m a j o r c a u s e o f m o s t f a t a l i t i e s a n d i n j u r i e s i s t o x i c s m o k e e v o l v i n g d u r i n g a fi r e e v e n t . H o w e v e r , s o m e o f t h e s e d e a t h s a n d i n j u r i e s , p a r t i c u l a r l y a m o n g fi r s t r e s p o n d e r s , w e r e d u e t o s t r u c t u r a l c o l l a p s e / d a m a g e u n d e r fi r e c o n d i t i o n s ( F E M A 2 0 0 8 ) . T h e f o l l o w i n g r e a l i s t i c i n c i d e n t i l l u s t r a t e s t h e c a t a s t r o p h i c c o n s e q u e n c e s t h a t m a y r e s u l t fi o m fi r e i n c i d e n t s : O n M a y 1 3 , 2 0 0 8 , a s e r i o u s fi r e o c c u r r e d i n t h e s c h o o l o f a r c h i t e c t u r e b u i l d i n g , a t D e l f t T e c h n i c a l U n i v e r s i t y i n N e t h e r l a n d s ( D u t c h n e w s 2 0 0 8 ) . T h e fi r e , w h i c h w a s c a u s e d b y a S h o r t c i r c u i t i n a c o f f e e m a c h i n e , S p r e a d q u i c k l y i n t h e f o u r t e e n - s t o r y R C b u i l d i n g . A l a r g e a m o u n t o f w o o d t h a t w a s l e f t o v e r f r o m f o r r n w o r k , a n d a l s o w o o d t h a t w a s u s e d f o r a r c h i t e c t u r a l d e s i g n s t u d i o s f u e l e d t h e c a t a s t r o p h i c fi r e . F o r t u n a t e l y , t h e fi r e d i d n o t c a u s e a n y f a t a l i t i e s i n t h e b u i l d i n g . T h i s w a s m a i n l y d u e t o t h e f a s t a n d e f fi c i e n t e v a c u a t i o n o f o c c u p a n t s a n d a l s o d u e t o w i t h d r a w a l o f fi r e fi g h t e r s f r o m t h e b u i l d i n g a f t e r a b o u t 3 h o u r s o f fi r e fi g h t i n g . H o w e v e r , S i x s t o r i e s o f t h e b u i l d i n g c o l l a p s e d a n d t h i s r e s u l t e d i n t h e d i s m a n t l i n g o f t h e e n t i r e b u i l d i n g . W h i l e f u l l r e a s o n s f o r t h e c o l l a p s e a r e c u r r e n t l y b e i n g i n v e s t i g a t e d , t h i s i n c i d e n t e x p o s e d t h e v u l n e r a b i l i t y o f c o n c r e t e b u i l d i n g s i n fi r e a n d a l s o t h e p o t e n t i a l d a n g e r t o fi r e fi g h t e r s . O n N o v e m b e r 1 8 , 1 9 9 6 , a s e r i o u s fi r e i n a s h u t t l e t r a i n t r a n s p o r t i n g t r u c k s d e s t r o y e d a s e c t i o n o f t h e s o u t h s i d e o f t h e r a i l r o a d t u n n e l c o n n e c t i n g E n g l a n d a n d F r a n c e ( F i r e P r e v e n t i o n 1 9 9 7 , U l m e t a l . 1 9 9 9 ) . N i n e t r u c k s , t e n t r a i n w a g o n s a n d o n e l o c o m o t i v e b u r n e d f o r a b o u t 1 0 h o u r s w i t h t e m p e r a t u r e s u p t o 1 0 0 0 ° C . E i g h t p e o p l e w e r e i n j u r e d . T h e c o s t d u e t o d a m a g e t o t r a i n s , t r a c k a n d t u n n e l , a s w e l l a s d i s r u p t i o n t o s e r v i c e s , w a s e s t i m a t e d t o b e a s h i g h a s £ 5 0 M ( $ 1 0 0 M ) . T h e fi r e c a u s e d s e v e r e d a m a g e t o t h e t u n n e l r i n g s i n t h e f o r m o f t h e r m a l s p a l l i n g o v e r a l e n g t h o f a f e w h u n d r e d m e t e r s . A p o s t a n a l y s i s o f t h i s fi r e i n c i d e n t i n d i c a t e d t h a t t h e c o n c r e t e e m p l o y e d i n t h e C h u n n e l h a d t y p i c a l f e a t u r e s o f H S C : a c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f 8 0 t o 1 0 0 M P a , a n d a l o w p e r m e a b i l i t y ( U l m e t a l . 1 9 9 9 ) . B a s e d o n t h e d e t a i l e d i n v e s t i g a t i o n , m a j o r w o r k h a d t o b e u n d e r t a k e n t o r e p a i r t h e d a m a g e d u e t o t h e s p a l l i n g o f t h e c o n c r e t e . 0 A n o t h e r fi r e i n c i d e n t o c c u r r e d i n t h e E u r o t u n n e l ( t u n n e l c o n n e c t i n g F r a n c e a n d E n g l a n d ) o n S e p t e m b e r 1 1 , 2 0 0 8 ( B B C 2 0 0 8 ) . T h e fi r e o c c u r r e d i n a l o r r y o n b o a r d t h e s h u t t l e t r a i n a b o u t 1 1 k m f r o m t h e F r e n c h e n t r a n c e . T h e fi r e w a s c o n t a i n e d a f t e r a b o u t 4 h o u r s o f t h e i n c i d e n t b u t a l l t r a i n s w e r e s u s p e n d e d a n d t h o u s a n d s o f p a s s e n g e r s w e r e s t r a n d e d . T h e fi r e d i d n o t c a u s e a n y f a t a l i t y b u t i t c a u s e d 1 4 i n j u r i e s . T h e a b o v e i n c i d e n t s c l e a r l y i l l u s t r a t e t h e r o l e o f s t r u c t u r a l fi r e s a f e t y i n m i n i m i z i n g t h e c a t a s t r o p h i c c o l l a p s e o f b u i l d i n g s a n d b u i l t - i n f r a s t r u c t u r e s . T o m i n i m i z e t h e p o s s i b i l i t y o f s t r u c t u r a l f a i l u r e d u r i n g fi r e , b u i l d i n g c o d e s s p e c i f y fi r e r e s i s t a n c e r e q u i r e m e n t s f o r s t r u c t u r a l s y s t e m s i n b u i l d i n g s . T h e r e q u i r e d fi r e r e s i s t a n c e v a r i e s b a s e d o n t h e i m p o r t a n c e , n u m b e r o f s t o r i e s a n d fl o o r a r e a o f t h e b u i l d i n g , a n d a l s o o n t h e t y p e o f t h e s t r u c t u r a l m e m b e r s ( s u c h a s S l a b , b e a m o r c o l u m n ) . A S a n i l l u s t r a t i o n , t h e fi r e r e s i s t a n c e r e q u i r e m e n t f o r a n R C b e a m i n a t y p i c a l b u i l d i n g c a n v a r y f r o m 1 t o 3 h o u r s . T h e s e fi r e r e s i s t a n c e r e q u i r e m e n t s a r e d e t e r m i n e d b a s e d o n t a b u l a t e d v a l u e s i n c o d e s a n d s t a n d a r d s ( s u c h a s A C I 2 1 6 . 1 ( 2 0 0 8 ) a n d E u r o c o d e 2 ( 2 0 0 4 ) ) . T h e s e p r o v i s i o n s a r e p r e s c r i p t i v e a n d d o n o t a c c o u n t f o r t h e c r i t i c a l p a r a m e t e r s t h a t g o v e r n t h e b e h a v i o r o f R C s t r u c t u r a l m e m b e r s u n d e r fi r e c o n d i t i o n s . A s a n i l l u s t r a t i o n , t h e f a i l u r e o f a n R C b e a m i n a s t a n d a r d fi r e t e s t i s b a s e d o n t h e t e m p e r a t u r e a t t a i n e d i n t h e s t e e l r e i n f o r c e m e n t ( j u s t p r i o r t o f a i l u r e ) , u n d e r a p r e d e fi n e d s t a n d a r d fi r e e x p o s u r e , w i t h o u t a n y c o n s i d e r a t i o n t o a n u m b e r o f c r i t i c a l f a c t o r s s u c h a s c o m p a r t m e n t c h a r a c t e r i s t i c s , l o a d i n g , r e s t r a i n t s , e t c . A n a l t e r n a t i v e t o t a b u l a t e d v a l u e s o f fi r e r e s i s t a n c e , e m p i r i c a l e q u a t i o n s f o r e v a l u a t i n g fi r e r e s i s t a n c e c a n b e u s e d . H o w e v e r , t h e s e e q u a t i o n s i n c o r p o r a t e o n l y t h e t h i c k n e s s o f c o n c r e t e c o v e r t o t h e r e i n f o r c e m e n t a n d t h e o v e r a l l d i m e n s i o n s o f t h e s t r u c t u r a l m e m b e r a n d d o n o t t a k e i n t o c o n s i d e r a t i o n i m p o r t a n t f a c t o r s s u c h a s l o a d l e v e l , t y p e o f fi r e e x p o s u r e , a n d f a i l u r e c r i t e r i a ( A C I 2 1 6 . 1 2 0 0 7 ) . T h e c o v e r t h i c k n e s s s p e c i fi c a t i o n s a r e p r i m a r i l y d e t e r m i n e d b a s e d o n c o r r o s i o n c o n t r o l r e q u i r e m e n t s a n d t h e n c h e c k e d f o r l i m i t i n g t e m p e r a t u r e t r a n s m i s s i o n t o r e b a r s . T h i s l i m i t i n g t e m p e r a t u r e , w h i c h i s o f t e n c a l l e d t h e c r i t i c a l t e m p e r a t u r e , i s d e fi n e d a s t h e t e m p e r a t u r e a t w h i c h s t e e l ( r e i n f o r c e m e n t ) l o s e s 5 0 % o f i t s s t r e n g t h . F o r s t e e l r e i n f o r c i n g r e b a r s , i t i s 5 9 3 ° C , a n d f o r p r e s t r e s s i n g s t e e l i t i s 4 2 6 ° C ( K o d u r a n d H a r m a t h y 2 0 0 8 ) . T h e r e f o r e , t h e c u r r e n t d e s i g n a p p r o a c h e s a r e n o t a p p l i c a b l e f o r d e s i g n u n d e r p e r f o r m a n c e - b a s e d c o d e s , w h i c h p r o v i d e r a t i o n a l , c o s t - e f f e c t i v e a n d i n n o v a t i v e fi r e s a f e t y s o l u t i o n s . O n e o f t h e m a i n r e a s o n s f o r t h e l a c k o f r a t i o n a l d e s i g n a p p r o a c h i s t h e l a c k o f c a l c u l a t i o n m e t h o d s f o r e v a l u a t i n g fi r e r e s p o n s e o f R C s t r u c t u r a l m e m b e r s i n g e n e r a l , p a r t i c u l a r l y b e a m s . T h e l a c k o f u n d e r s t a n d i n g o f t h e fi r e r e s p o n s e o f R C s t r u c t u r a l s y s t e m s u n d e r r e a l i s t i c c o n d i t i o n s a n d t h e a b s e n c e o f r e l i a b l e c a l c u l a t i o n m e t h o d s f o r e v a l u a t i n g fi r e r e s i s t a n c e a r e h i n d e r i n g t h e a p p l i c a t i o n o f a n e n g i n e e r i n g a p p r o a c h f o r t h e fi r e d e s i g n o f c o n c r e t e s t r u c t u r e s . 1 . 3 R e i n f o r c e d C o n c r e t e B e a m s u n d e r F i r e H a z a r d W h e n a n R C b e a m i s e x p o s e d t o fi r e , t h e t e m p e r a t u r e i n c r e a s e s i n b o t h t h e c o n c r e t e a n d r e i n f o r c i n g s t e e l . T h i s i n c r e a s e i n t e m p e r a t u r e i s g e n e r a l l y a s s o c i a t e d w i t h t h e d e g r e d a t i o n i n t h e c o n s t i t u e n t m a t e r i a l s , w h i c h l e a d s t o r e d u c t i o n i n s t r e n g t h a n d s t i f fi ' r e s s o f t h e b e a m . W i t h t h e p r o g r e s s i o n o f fi r e e x p o s u r e t i m e , t h e b e a m e x p e r i e n c e s i n c r e a s i n g m i d - s p a n d e fl e c t i o n d u e t o t h e r e d u c t i o n i n t h e b e a m s t i f f n e s s a n d a l s o d u e t o h i g h t e m p e r a t u r e c r e e p w h i c h b e c o m e s s i g n i fi c a n t p a r t i c u l a r l y d u r i n g t h e l a t e r s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e . O n c e t h e a p p l i e d l o a d r e a c h e s t h e s t r e n g t h c a p a c i t y o f t h e b e a m , t h e b e a m i s c o n s i d e r e d t o h a v e f a i l e d . T h e d u r a t i o n f r o m t h e s t a r t o f fi r e e x p o s u r e t o t h e f a i l u r e i s d e fi n e d a s t h e fi r e r e s i s t a n c e o f t h e b e a m . T h e fi r e r e s i s t a n c e o f a n R C b e a m i s i n fl u e n c e d b y a n u m b e r o f f a c t o r s s u c h a s h i g h t e m p e r a t u r e m a t e r i a l p r o p e r t i e s ( a n d s p a l l i n g ) , a p p l i e d l o a d i n g , s u p p o r t c o n d i t i o n s ( r e s t r a i n t e f f e c t s ) , a n d t y p e o f fi r e e x p o s u r e . I n a d d i t i o n t o d e g r a d a t i o n i n s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s , u n d e r s o m e c o n d i t i o n s , c h u n k s o f c o n c r e t e m i g h t b r e a k u p f r o m t h e R C b e a m d u r i n g e x p o s u r e t o fi r e ( p a r t i c u l a r l y f o r H S C a n d H P C b e a m s ) . T h i s b r e a k u p o f c o n c r e t e i s t e r m e d fi r e i n d u c e d s p a l l i n g a n d p r i m a r i l y r e s u l t s f r o m t h e b u i l d u p o f p o r e p r e s s u r e w i t h i n t h e c o n c r e t e . T h e o c c u r r e n c e o f s p a l l i n g i s d e p e n d e n t o n a n u m b e r o f f a c t o r s i n c l u d i n g fi r e c o n d i t i o n s . H S C , d u e t o i t s h i g h c o m p a c t n e s s a n d l o w p e r m e a b i l i t y , i s b e l i e v e d t o b e m o r e s u s c e p t i b l e t o s p a l l i n g t h a n N S C . F i r e i n d u c e d S p a l l i n g , w h i c h w a s o b s e r v e d i n s e v e r a l e x p e r i m e n t a l s t u d i e s ( D i e d e r i c h s e t a l . 1 9 8 8 , C a s t i l l o a n d D u r r a n i 1 9 9 0 , H e r t z 1 9 9 1 , H a m m e r 1 9 9 5 , P h a n 1 9 9 6 , P h a n e t a 1 . 2 0 0 0 , K o d u r a n d M c G r a t h 2 0 0 3 , a n d S u l l i v a n 2 0 0 4 ) , m a y h a v e a d e t r i m e n t a l e f f e c t o n t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . T h e a p p l i e d l o a d s o n t h e b e a m d u r i n g fi r e c o n d t i o n s a l s o h a v e a n i n fl u e n c e o n t h e fi r e r e p o n s e o f R C b e a m s . T h e h i g h e r t h e a p p l i e d l o a d s , t h e l o w e r t h e fi r e e x p o s u r e t i m e r e q u i r e d t o a t t a i n f a i l u r e a n d t h u s t h e l o w e r t h e fi r e r e s i s t a n c e o f t h e b e a m . A n o t h e r p h e n o m e n o n t h a t a r i s e s d u r i n g a fi r e e v e n t a n d m a y h a v e a S i g n i fi c a n t i n fl u e n c e o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s i s t h e d e v e l o p m e n t o f fi r e i n d u c e d r e s t r a i n t f o r c e s . T h e d e g r e e o f r e s t r a i n t i s d e p e n d e n t o n t h e s u p p o r t c o n d i t i o n s a n d t h e b e a m b o u n d a r i e s . T h e e f f e c t o f a x i a l r e s t r a i n t o n t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s d e p e n d s o n t h e v e r t i c a l l o c a t i o n o f t h e r e s t r a i n t f o r c e w h i c h m a y c h a n g e w i t h fi r e e x p o s u r e t i m e . G e n e r a l l y , t h e a x i a l r e s t r a i n t f o r c e i n a n R C b e a m i s e x p e c t e d t o i m p r o v e t h e fi r e r e s i s t a n c e o f t h e b e a m t h r o u g h a n a r c h a c t i o n a s s o c i a t e d w i t h a x i a l r e s t r a i n t s , w h i c h i n c r e a s e s t h e s t r e n g t h a n d t h e s t i f f n e s s o f t h e b e a m . H o w e v e r , a x i a l r e s t r a i n t f o r c e s m a y l e a d t o b u c k l i n g o f t h e b e a m ( p a r t i c u l a r l y f o r S l e n d e r b e a m s ) w h i c h i n t u r n m i g h t r e d u c e t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . R o t a t i o n a l r e s t r a i n t , u n d e r fi r e c o n d i t i o n s , a l s o i n fl u e n c e s t h e fi r e r e s p o n s e o f a n R C b e a m t h r o u g h m o m e n t r e d i s t r i b u t i o n b e t w e e n S p a n ( p o s i t i v e m o m e n t ) a n d s u p p o r t ( n e g a t i v e m o m e n t ) s e c t i o n s w i t h i n t h e l e n g t h o f t h e b e a m . T h u s , i t i s e s s e n t i a l t o a c c o u n t f o r t h e fi r e i n d u c e d r e s t r a i n t e f f e c t s f o r e v a l u a t i n g a r e a l i s t i c r e s p o n s e o f R C b e a m s . A t p r e s e n t , d e s i g n c o d e s , s u c h a s A C I 2 1 6 . 1 ( 2 0 0 7 ) , d o n o t f u l l y a c c o u n t f o r fi r e i n d u c e d r e s t r a i n t e f f e c t s i n R C b e a m s . I n a d d i t i o n , t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s i s i n fl u e n c e d b y t h e t y p e o f fi r e e x p o s u r e . T h e t e m p e r a t u r e p r o fi l e o f a fi r e i n a b u i l d i n g c o m p a r t m e n t i s d e p e n d e n t o n t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e c o m p a r t m e n t a n d f u e l a n d t h e r e a l w a y s e x i s t s a d e c a y p h a s e . T h i s d e c a y p h a s e h a s a s i g n i fi c a n t i n fl u e n c e o n t h e fi r e r e s p o n s e o f a n R C b e a m a s t h e b e a m m i g h t r e c o v e r p a r t o f i t s s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s d u r i n g t h e c o o l i n g p h a s e . F o r S i m p l i c i t y , s t a n d a r d s s u c h a s A S T M E l 1 9 a ( 2 0 0 8 ) a n d I S O 8 3 4 ( 1 9 7 5 ) u s e s t a n d a r d t i m e t e m p e r a t u r e c u r v e s w h i c h a r e i n d e p e n d e n t o f t h e c o m p a r t m e n t c h a r a c t e r i s t i c s a n d f u e l p r o p e r t i e s a n d d o n o t i n c l u d e a d e c a y p h a s e . T h u s , t h e s t a n d a r d fi r e e x p o s u r e m a y n o t s u f fi c i e n t l y r e p r e s e n t t h e b e h a v i o r o f a c t u a l c o m p a r t m e n t fi r e s . S u c h fi r e s c e n a r i o s a r e g e n e r a l l y u s e d i n s t a n d a r d fi r e t e s t s f o r e v a l u a t i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . T h e r e s u l t s o f t h e s e t e s t s c o m p r i s e m u c h o f t h e c u r r e n t k n o w l e d g e o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s . T h e r e h a v e b e e n v e r y l i m i t e d r e s e a r c h s t u d i e s o n e v a l u a t i n g t h e fi r e p e r f o r m a n c e o f R C b e a m s u n d e r r e a l i s t i c ( d e s i g n ) fi r e s c e n a r i o s . I n a d d i t i o n , t h e c u r r e n t a p p r o a c h e s b a s e t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s o n l y o n t h e c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s a n d t h e b e a m w i d t h w i t h o u t a n y c o n s i d e r a t i o n g i v e n t o i m p o r t a n t f a c t o r s s u c h a s fi r e , l o a d , r e s t r a i n t c o n d i t i o n , a n d fi r e i n d u c e d s p a l l i n g . T h i s i s m a i n l y d u e t o t h e f a c t t h a t t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s i s b a s e d o n l i m i t e d fi r e t e s t s w h i c h a r e c a r r i e d o u t o n S p e c i m e n s o f s t a n d a r d s i z e s , s e r v i c e l o a d s ( 5 0 % o f r o o m t e m p e r a t u r e c a p a c i t y ) a n d s t a n d a r d fi r e e x p o s u r e . T h e r e f o r e , t h e c u r r e n t p r e s c r i p t i v e a p p r o a c h e s f o r e v a l u a t i n g fi r e r e s i s t a n c e d o n o t r e p r e s e n t r e a l i s t i c fi r e , l o a d i n g a n d r e s t r a i n t s c e n a r i o s a s e n c o u n t e r e d i n p r a c t i c e a n d m a y n o t b e a p p l i c a b l e f o r u s e u n d e r t h e r e c e n t l y i n t r o d u c e d p e r f o r m a n c e - b a s e d c o d e s t h a t f a c i l i t a t e i n n o v a t i v e , c o s t - e f f e c t i v e a n d r a t i o n a l d e s i g n s . R e a l i s t i c fi r e r e s i s t a n c e a s s e s s m e n t c a n b e a c h i e v e d t h r o u g h a r a t i o n a l e n g i n e e r i n g a p p r o a c h i n w h i c h a r e a l i s t i c fi r e s c e n a r i o , s u p p o r t c o n d i t i o n s ( r e s t r a i n t ) a n d m a t e r i a l p r o p e r t i e s c a n b e a c c o u n t e d f o r b a s e d o n a c t u a l ( r a t h e r t h a n s t a n d a r d ) s c e n a r i o s . C u r r e n t l y , t h e r e i s a l a c k o f k n o w l e d g e o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s . I n a d d i t i o n , t h e r e i s a d e a r t h o f a v a i l a b l e c a l c u l a t i o n m e t h o d s f o r e v a l u a t i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s u n d e r r e a l i s t i c fi r e , l o a d i n g a n d s u p p o r t c o n d i t i o n s . T h u s , t h e r e i s a n u r g e n t n e e d f o r t h e d e v e l o p m e n t o f r a t i o n a l e n g i n e e r i n g a p p r o a c h e s f o r e v a l u a t i n g t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s . 1 . 4 R e s e a r c h O b j e c t i v e s F r o m t h e a b o v e d i s c u s s i o n , i t i s c l e a r t h a t t h e r e i s l a c k o f k n o w l e d g e o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s u n d e r r e a l i s t i c fi r e , l o a d i n g , a n d r e s t r a i n t s c e n a r i o s . T o a d d r e s s t h i s k n o w l e d g e g a p , i t i s p r o p o s e d t o u n d e r t a k e a c o m p r e h e n s i v e s t u d y o f t h e fl e x u r a l b e h a v i o r o f R C b e a m s u n d e r fi r e c o n d i t i o n s w i t h t h e u l t i m a t e o b j e c t i v e o f d e v e l o p i n g a r a t i o n a l m e t h o d o l o g y f o r e v a l u a t i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . T h e s p e c i fi c o b j e c t i v e s o f t h e r e s e a r c h a r e : I C o n d u c t a d e t a i l e d s t a t e - o f — t h e — a r t r e v i e w o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s . T h e c o m p r e h e n s i v e r e v i e w w i l l c o v e r e x p e r i m e n t a l a n d n u m e r i c a l s t u d i e s , p r o v i s i o n s i n c o d e s a n d s t a n d a r d s , a n d h i g h t e m p e r a t u r e m a t e r i a l p r o p e r t i e s . I D e v e l o p a m a c r o s c o p i c fi n i t e e l e m e n t m o d e l f o r t r a c i n g t h e fl e x u r a l r e s p o n s e o f r e c t a n g u l a r R C b e a m s u n d e r r e a l i s t i c fi r e , l o a d i n g , a n d f a i l u r e c o n d i t i o n s . T h e m o d e l w i l l a c c o u n t f o r n o n l i n e a r h i g h t e m p e r a t u r e m a t e r i a l p r o p e r t i e s , v a r i o u s s t r a i n c o m p o n e n t s , fi r e i n d u c e d r e s t r a i n t e f f e c t s , a n d fi r e i n d u c e d s p a l l i n g o f c o n c r e t e . I C o n d u c t fi r e r e s i s t a n c e t e s t s o n R C b e a m s u n d e r r e a l i s t i c fi r e , l o a d i n g a n d r e s t r a i n t s c e n a r i o s t o g e n e r a t e d a t a f o r t h e v a l i d a t i o n o f t h e m o d e l . I V e r i f y t h e c o m p u t e r p r o g r a m u s i n g d a t a f r o m fi r e r e s i s t a n c e t e s t s o n N S C a n d H S C b e a m s . I C a r r y o u t p a r a m e t r i c s t u d i e s t o q u a n t i f y t h e i n fl u e n c e o f v a r i o u s f a c t o r s o n t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . I D e v e l o p , u s i n g d a t a f r o m fi r e t e s t s a n d p a r a m e t r i c s t u d i e s , a d e s i g n a p p r o a c h f o r e v a l u a t i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . 1 0 1 . 5 S c o p e T h e r e s e a r c h , u n d e r t a k e n t o a d d r e s s t h e a b o v e o b j e c t i v e s , i s p r e s e n t e d i n e i g h t C h a p t e r s . C h a p t e r 1 p r o v i d e s a g e n e r a l b a c k g r o u n d t o t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s a n d p r e s e n t s t h e o b j e c t i v e s o f t h i s s t u d y . C h a p t e r 2 p r o v i d e s a s t a t e - o f — t h e - a r t r e v i e w o n t h e b e h a v i o r o f R C b e a m s e x p o s e d t o fi r e . A c r i t i c a l r e v i e w o f e x p e r i m e n t a l a n d a n a l y t i c a l s t u d i e s , a s w e l l a s t h e fi r e d e s i g n p r o v i s i o n s f o r R C b e a m s i n c u r r e n t c o d e s o f p r a c t i c e , i s p r o v i d e d . C h a p t e r 2 a l s o c o n t a i n s a r e v i e w o f t h e h i g h t e m p e r a t u r e m a t e r i a l p r o p e r t i e s a n d a s s o c i a t e d c o n s t i t u t i v e r e l a t i o n s h i p s f o r N S C , H S C , a n d r e i n f o r c i n g s t e e l . C h a p t e r 3 d e a l s w i t h fi r e r e s i s t a n c e e x p e r i m e n t s o n s i x R C b e a m s u n d e r r e a l i s t i c fi r e , l o a d i n g a n d r e s t r a i n t s c e n a r i o s . R e s u l t s f r o m t h e fi r e t e s t s a r e u s e d t o d i s c u s s t h e r e s p o n s e o f R C b e a m s u n d e r t h e s e r e a l i s t i c c o n d i t i o n s . C h a p t e r 4 p r e s e n t s t h e d e v e l o p m e n t o f a n u m e r i c a l m o d e l f o r p r e d i c t i n g t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s . T h e p r o c e d u r e f o r c a l c u l a t i n g t h e fi r e r e s p o n s e , i n c l u d i n g t h e a x i a l r e s t r a i n t f o r c e i n r e s t r a i n e d R C b e a m s a n d fi r e i n d u c e d s p a l l i n g i s o u t l i n e d . T h e v a l i d a t i o n o f t h e n u m e r i c a l m o d e l i s p r e s e n t e d i n C h a p t e r 5 , w h e r e p r e d i c t i o n s f r o m t h e m o d e l a r e c o m p a r e d w i t h a v a i l a b l e t e s t d a t a f r o m l i t e r a t u r e , a n d a l s o r e s u l t s f r o m t h e fi r e t e s t s p r e s e n t e d i n C h a p t e r 3 . I n C h a p t e r 6 , r e s u l t s f r o m t h e p a r a m e t r i c s t u d i e s a r e d i s c u s s e d a n d t h e i n fl u e n c e o f v a r i o u s p a r a m e t e r s o n t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s i s d i s c u s s e d . I n C h a p t e r 7 , r e s u l t s f r o m t h e p a r a m e t r i c s t u d i e s a r e a p p l i e d t o d e v e l o p a r a t i o n a l a p p r o a c h f o r e v a l u a t i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s u n d e r d i f f e r e n t r e a l i s t i c c o n d i t i o n s . F i n a l l y , C h a p t e r 8 s u m m a r i z e s t h e m a i n fi n d i n g s a r i s i n g f r o m t h e c u r r e n t s t u d y a n d l a y s o u t r e c o m m e n d a t i o n s f o r f u r t h e r r e s e a r c h . 1 1 C h a p t e r 2 2 . S t a t e - o f - t h e - A r t R e v i e w 2 . 1 G e n e r a l R e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a m s , w h e n u s e d i n b u i l d i n g s , h a v e t o s a t i s f y fi r e r e s i s t a n c e r e q u i r e m e n t s s p e c i fi e d i n b u i l d i n g c o d e s . T o d e v e l o p s u c h fi r e r e s i s t a n c e i n f o r m a t i o n , a n u m b e r o f s t u d i e s h a v e b e e n u n d e r t a k e n o n R C b e a m s s i n c e 1 9 6 0 ’ s . M o s t o f t h e s e s t u d i e s w e r e l i m i t e d fi r e r e s i s t a n c e t e s t s u n d e r s t a n d a r d fi r e s c e n a r i o s . A l i m i t e d n u m b e r o f a n a l y t i c a l s t u d i e s h a v e b e e n r e p o r t e d w h i c h f o c u s e d o n t h e b e h a v i o r o f R C b e a m s u n d e r s t a n d a r d fi r e e x p o s u r e . T h i s c h a p t e r p r o v i d e s a s t a t e - o f - t h e - a r t r e v i e w o n t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . T h e t y p i c a l fi r e b e h a v i o r o f R C b e a m s i s fi r s t d i s c u s s e d f o l l o w e d b y a c r i t i c a l r e v i e w o f d i f f e r e n t d e s i g n p r o v i s i o n s i n c o d e s a n d s t a n d a r d s f o r e v a l u a t i n g t h e i r fi r e r e s i s t a n c e . A r e v i e w o f p r e v i o u s e x p e r i m e n t a l a n d a n a l y t i c a l s t u d i e s o n t h e fi r e p e r f o r m a n c e o f R C b e a m s i s p r e s e n t e d . I n a d d i t i o n , a r e v i e w o f h i g h t e m p e r a t u r e m a t e r i a l p r o p e r t i e s ( c o n c r e t e a n d r e i n f o r c i n g s t e e l ) t h a t a r e c r i t i c a l f o r m o d e l i n g t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s i s p r e s e n t e d . 1 2 2 . 2 B e h a v i o r o f R C B e a m s u n d e r F i r e T h e b e h a v i o r o f R C b e a m s u n d e r fi r e i s q u i t e d i f f e r e n t fi o m t h a t a t r o o m t e m p e r a t u r e m a i n l y d u e t o t h e f a c t t h a t , u n d e r fi r e c o n d i t i o n s , a p p l i e d l o a d s g e n e r a l l y r e m a i n c o n s t a n t , b u t t h e s t r e n g t h a n d t h e s t i f fi r e s s o f t h e b e a m s d e g r a d e w i t h fi r e e x p o s u r e t i m e . R C b e a m s , w h e n e x p o s e d t o fi r e , e x p e r i e n c e a t e m p e r a t u r e r i s e w i t h t i m e d u e t o t h e t r a n s m i s s i o n o f h e a t f r o m t h e fi r e t o t h e e x p o s e d s u r f a c e o f t h e b e a m t h r o u g h r a d i a t i o n a n d c o n v e c t i o n p r o c e s s e s . T h e i n c r e a s i n g t e m p e r a t u r e s l e a d t o g r a d u a l l o s s o f s t r e n g t h a n d s t i f fi r e s s p r o p e r t i e s i n c o n c r e t e a n d r e i n f o r c i n g s t e e l w h i c h i n t u r n r e d u c e s t h e s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s o f t h e b e a m a s S h o w n i n F i g u r e 2 . 1 . W i t h t h e p r o g r e s s i o n o f fi r e e x p o s u r e t i m e , t h i s r i s e i n t e m p e r a t u r e e x t e n d s t o t h e i n n e r l a y e r s o f c o n c r e t e l e a d i n g t o f u r t h e r r e d u c t i o n i n t h e b e a m s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s . T h i s d e g r a d a t i o n i n s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s m a y c o n t i n u e u n t i l t h e a p p l i e d l o a d r e a c h e s t h e s t r e n g t h c a p a c i t y o f t h e b e a m a s s h o w n i n F i g u r e 2 . 1 . A t t h i s p o i n t i n t i m e t h e b e a m i s c o n s i d e r e d t o h a v e f a i l e d a n d t h e fi r e e x p o s u r e t i m e i s c o n s i d e r e d t o b e t h e fi r e r e s i s t a n c e o f t h e b e a m . T h e b e h a v i o r o f R C b e a m s u n d e r fi r e i s l a r g e l y d e p e n d e n t o n t h e s u p p o r t c o n d i t i o n s , t h e t y p e o f fi r e e x p o s u r e , a n d t h e h i g h t e m p e r a t u r e p r o p e r t i e s o f t h e c o n s t i t u e n t m a t e r i a l s ( c o n c r e t e a n d r e i n f o r c i n g s t e e l ) . S u p p o r t c o n d i t i o n s , w h i c h a r e d e p e n d e n t o n t h e b o u n d a r y c o n d i t i o n s o f t h e b e a m , h a v e a S i g n i fi c a n t i n fl u e n c e o n t h e b e h a v i o r o f R C b e a m s u n d e r fi r e . T h i s e f f e c t o f s u p p o r t c o n d i t i o n s o n fi r e r e s p o n s e i S i l l u s t r a t e d i n t h e f o l l o w i n g t h r e e e x a m p l e s : 0 T h e fi r e b e h a v i o r o f a S i m p l y s u p p o r t e d R C b e a m i s d e m o n s t r a t e d i n F i g u r e 2 . 2 w h e r e t h e b e n d i n g m o m e n t r e s u l t i n g f r o m t h e f a c t o r e d l o a d s a s w e l l a s t w o d i f f e r e n t l o a d l e v e l s ( 2 0 k N / m a n d 2 S k N / m ) u n d e r fi r e c o n d i t i o n s i s p l o t t e d . T h e 1 3 l o a d l e v e l s u n d e r fi r e c o n d i t i o n s a r e s e l e c t e d t o b e l o w e r t h a n t h e a p p l i e d u l t i m a t e l o a d a t r o o m t e m p e r a t u r e a s s h o w n i n F i g u r e 2 . 2 . T h i s i s m a i n l y b e c a u s e fi r e i s a r a r e e v e n t a n d i t i s v e r y u n l i k e l y t o h a v e u l t i m a t e l o a d s i n a fi r e e v e n t . I t c a n b e s e e n f r o m t h e fi g u r e t h a t t h e m o m e n t c a p a c i t y o f t h e b e a m d e c r e a s e s w i t h fi r e e x p o s u r e t i m e . A t l a t e r s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e , t h e b e a m e x p e r i e n c e s a S i g n i fi c a n t m i d - s p a n d e fl e c t i o n ( m a i n l y d u e t o t h e h i g h t e m p e r a t u r e c r e e p s t r a i n s w h i c h b e c o m e s i g n i fi c a n t a t l a t e r s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e ) a s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 2 . 2 . T h e f a i l u r e o f t h e b e a m o c c u r s w h e n t h e m o m e n t c a p a c i t y o f t h e b e a m d r o p s s o l o w t h a t i t i s e x c e e d e d b y t h e a p p l i e d m o m e n t o n t h e b e a m ( s e e F i g u r e 2 . 2 ) . I t c a n b e s e e n f r o m F i g u r e 2 . 2 t h a t t h e f a i l u r e o f t h e b e a m i s a c h i e v e d a f t e r 1 2 0 a n d 1 8 0 m i n u t e s o f fi r e e x p o s u r e t i m e f o r l o a d s o f 2 0 a n d 2 5 k N / m , r e s p e c t i v e l y . S u p p o r t c o n d i t i o n s m a y p r e v e n t t h e r m a l e x p a n s i o n a n d i n d u c e a x i a l r e s t r a i n t f o r c e s o n t h e b e a m e x p o s e d t o fi r e . T h e b e h a v i o r o f a n a x i a l l y r e s t r a i n e d b e a m e x p o s e d t o fi r e i s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 2 . 3 w h e r e t h e a x i a l r e s t r a i n t f o r c e i s a s s u m e d t o p a s s t h r o u g h t h e g e o m e t r i c a l c e n t r o i d o f t h e c r o s s - s e c t i o n o f t h e b e a m . T h e v e r t i c a l l o c a t i o n o f t h e r e s t r a i n t a x i a l f o r c e i n R C b e a m s i s g e n e r a l l y b e l o w t h e n e u t r a l a x i s o f a n y c r o s s - s e c t i o n a l o n g t h e S p a n o f t h e b e a m ( s e e F i g u r e 2 . 3 ) a s a r e s u l t o f c r a c k i n g o f c o n c r e t e a n d t h e r m a l g r a d i e n t s . T h i s w i l l d e v e l o p a n a r c h a c t i o n m o m e n t ( P a ) w h i c h c o u n t e r s t h e e f f e c t o f t h e a p p l i e d l o a d i n g , a s s h o w n i n F i g u r e 2 . 3 . H o w e v e r , w h e n t h e b e a m d e fl e c t s d o w n w a r d , t h e a x i a l r e s t r a i n t f o r c e c r e a t e s a s e c o n d a r y m o m e n t ( P 6 ) t h a t i n c r e a s e s t h e e f f e c t o f t h e a p p l i e d l o a d i n g . T h e n e t m o m e n t f o r t h e b e a m s h o w n i n F i g u r e 2 . 3 i s t h e s u m o f t h e t h r e e m o m e n t s , n a m e l y : 1 4 2 L M n e , = w T — P a + P 5 [ 2 . 1 ] w h e r e : M n e , = n e t b e n d i n g m o m e n t i n t h e b e a m . T h e d e fi n i t i o n o f o t h e r v a r i a b l e s i n E q . [ 2 . 1 ] c a n b e s e e n i n F i g u r e 2 . 3 . F i g u r e 2 . 3 a n d E q . [ 2 . 1 ] S h o w t h a t w h e n t h e d e fl e c t i o n o f t h e b e a m ( 6 ) i s s m a l l , t h e b e h a v i o r i s g o v e r n e d b y t h e a r c h a c t i o n w h i c h r e d u c e s t h e e f f e c t o f t h e a p p l i e d l o a d i n g a n d i n c r e a s e s t h e fi r e r e s i s t a n c e . H o w e v e r , w h e n t h e d e fl e c t i o n o f t h e b e a m i s l a r g e , t h e s e c o n d a r y m o m e n t r e s u l t i n g f r o m P - c S e f f e c t ( w h i c h i n c r e a s e s t h e e f f e c t o f t h e a p p l i e d l o a d i n g ) b e c o m e s t h e g o v e r n i n g f a c t o r a n d r e d u c e s t h e fi r e r e s i s t a n c e o f t h e b e a m . T h u s , t h e e f f e c t o f a x i a l r e s t r a i n t o n t h e fi r e r e s i s t a n c e o f a n R C b e a m d e p e n d s o n t h e o v e r a l l r e s p o n s e a n d m a y n o t a l w a y s b e b e n e fi c i a l f o r t h e fi r e r e s i s t a n c e o f t h e b e a m . I t S h o u l d b e n o t e d t h a t i n c u r r e n t c o d e p r o v i s i o n s , a s w e l l a s i n m u c h o f p r e v i o u s r e s e a r c h , a x i a l r e s t r a i n t i s a s s u m e d t o h a v e a p o s i t i v e e f f e c t o n t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s ( A C I 2 1 6 . 1 2 0 0 8 , B u c h a n a n 2 0 0 2 ) . S u p p o r t c o n d i t i o n s m a y a l s o i n d u c e r o t a t i o n a l r e s t r a i n t o n t h e e n d s o f t h e b e a m . S u c h r o t a t i o n a l r e s t r a i n t s c a n i m p r o v e t h e fi r e r e s p o n s e o f a n R C b e a m t h r o u g h r e d i s t r i b u t i o n o f m o m e n t b e t w e e n s p a n ( p o s i t i v e m o m e n t ) a n d s u p p o r t ( n e g a t i v e m o m e n t ) s e c t i o n s . T h i s e f f e c t i s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 2 . 4 f o r t h e c a s e o f a fi x e d e n d e d R C b e a m . T h e fi g u r e s h o w s t h a t t h e r e i s a l a r g e r r e d u c t i o n i n t h e s p a n ( p o s i t i v e ) m o m e n t c a p a c i t y o f t h e b e a m a s c o m p a r e d t o t h e s u p p o r t ( n e g a t i v e ) m o m e n t c a p a c i t y a f t e r 1 2 0 m i n u t e s o f fi r e e x p o s u r e . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e f a c t t h a t t h e t e n s i o n r e b a r s f o r t h e c r i t i c a l s u p p o r t s e c t i o n ( t o p r e i n f o r c e m e n t ) a r e 1 5 c l o s e r t o t h e u n e x p o s e d s u r f a c e o f t h e b e a m t h a n t h e t e n s i o n r e b a r s f o r t h e c r i t i c a l s p a n s e c t i o n ( b o t t o m r e i n f o r c e m e n t ) . T h u s , s o m e o f t h e s p a n m o m e n t i s r e d i s t r i b u t e d t o t h e s u p p o r t m o m e n t s o n c e t h e s p a n m o m e n t c a p a c i t y i s e x c e e d e d a s S h o w n i n F i g u r e 2 . 4 . C o n s e q u e n t l y , r o t a t i o n a l r e s t r a i n t m a y d e l a y t h e t i m e t o r e a c h f a i l u r e a n d i n c r e a s e s t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . E v e n i f t h e m o m e n t r e d i s t r i b u t i o n h a s b e e n c o n s i d e r e d i n t h e d e s i g n a t r o o m t e m p e r a t u r e , r o t a t i o n a l r e s t r a i n t i s e x p e c t e d t o h a v e a p o s i t i v e i n fl u e n c e o n t h e fi r e r e s i s t a n c e o f a n R C b e a m ( D w a i k a t a n d K o d u r 2 0 0 8 a ) . T h e e f f e c t o f r o t a t i o n a l r e s t r a i n t o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m d e p e n d s m a i n l y o n t h e a m o u n t o f m o m e n t r e d i s t r i b u t e d f r o m t h e s p a n c r i t i c a l s e c t i o n t o t h e s u p p o r t s e c t i o n . A n o t h e r f a c t o r t h a t h a s a s i g n i fi c a n t i n fl u e n c e o n t h e b e h a v i o r o f R C b e a m s e x p o s e d t o fi r e i s t h e h i g h t e m p e r a t u r e p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e a n d r e i n f o r c i n g s t e e l . C o n c r e t e a n d r e i n f o r c i n g s t e e l e x p e r i e n c e l o s s o f s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s a t h i g h t e m p e r a t u r e s . T h i s d e g r a d a t i o n i n m a t e r i a l p r o p e r t i e s l e a d s t o l a r g e d e fl e c t i o n s , c r a c k i n g , a n d d i s c o n t i n u i t i e s a n d m a y l e a d t o f a i l u r e o f t h e b e a m . I n a d d i t i o n , s o m e c o n c r e t e t y p e s u n d e r c e r t a i n c o n d i t i o n s e x p e r i e n c e fi r e i n d u c e d s p a l l i n g . S p a l l i n g i s t h e o r i z e d t o b e c a u s e d b y t h e b u i l d - u p o f p o r e p r e s s u r e d u r i n g h e a t i n g ( D i e d e r i c h s e t a l . 1 9 9 5 , K o d u r 2 0 0 0 ) . H S C i s b e l i e v e d t o b e m o r e s u s c e p t i b l e t o t h i s p r e s s u r e b u i l d - u p b e c a u s e o f i t s l o w p e r m e a b i l i t y a s c o m p a r e d t o N S C . T h e e x t r e m e l y h i g h w a t e r v a p o r p r e s s u r e , g e n e r a t e d d u r i n g e x p o s u r e t o fi r e , c a n n o t e s c a p e d u e t o t h e h i g h d e n s i t y o f H S C a n d t h i s p r e s s u r e o f t e n r e a c h e s t h e s a t u r a t i o n v a p o r p r e s s u r e . A t 3 0 0 ° C , t h e p r e s s u r e m i g h t r e a c h a b o u t 8 M P a . S u c h i n t e r n a l p r e s s u r e s a r e o f t e n t o o h i g h t o b e r e s i s t e d b y t h e H S C m i x h a v i n g a t e n s i l e 1 6 s t r e n g t h o f a b o u t 5 M P a ( D i e d e r i c h s e t a l . 1 9 9 5 ) . S p a l l i n g r e s u l t s i n r e d u c e d c r o s s - s e c t i o n a n d r a p i d s t r e n g t h l o s s , t h e r e b y l o w e r i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e o f a n R C b e a m . T h e r e s p o n s e o f a n R C b e a m a l s o d e p e n d s o n t h e t y p e o f fi r e e x p o s u r e , w h i c h v a r i e s s i g n i fi c a n t l y b a s e d o n c o m p a r t m e n t c h a r a c t e r i s t i c s , l i n i n g m a t e r i a l s , v e n t i l a t i o n , a n d f u e l c h a r a c t e r i s t i c s . D e t a i l s o n t h e t e m p e r a t u r e c o u r s e f o r t y p i c a l fi r e s c e n a r i o s i n b u i l d i n g c o m p a r t m e n t s a r e g i v e n i n S e c t i o n 2 . 3 . 4 . 1 . O t h e r f a c t o r s t h a t m a y h a v e i n fl u e n c e o n t h e fi r e p e r f o r m a n c e o f R C b e a m a r e s p a n l e n g t h a n d c r o s s - s e c t i o n a l d i m e n s i o n s i n c l u d i n g c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s t o t h e r e i n f o r c i n g s t e e l . C o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s a n d c r o s s - s e c t i o n a l d i m e n s i o n s i n fl u e n c e s t h e r a t e o f h e a t t r a n s m i s s i o n t o c o n c r e t e a n d r e i n f o r c i n g s t e e l a n d t h i s i n t u r n i n fl u e n c e s t h e o v e r a l l r e s p o n s e o f a n R C b e a m . S p a n l e n g t h s i g n i fi c a n t l y a f f e c t s t h e fl e x u r a l a n d a x i a l s t i f fi r e s s o f a n R C b e a m a n d t h u s i t h a s a n e f f e c t o n t h e o v e r a l l fi r e r e s p o n s e o f t h e b e a m . I n a d d i t i o n , s p a n l e n g t h i n fl u e n c e s t h e m a g n i t u d e o f t h e fi r e i n d u c e d r e s t r a i n t f o r c e i n r e s t r a i n e d R C b e a m s , w h i c h w i l l d e t e r m i n e t h e fi r e r e s i s t a n c e o f t h a t b e a m . I n s u m m a r y , t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s i s g o v e r n e d b y a n u m b e r o f f a c t o r s . M a n y o f t h e s e f a c t o r s a r e i n t e r d e p e n d e n t . A c c o u n t i n g f o r t h e m i s c r i t i c a l i n t r a c i n g t h e fi r e r e s p o n s e a n d e v a l u a t i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . T h e f o l l o w i n g s e c t i o n p r o v i d e s a n o v e r v i e w o n v a r i o u s a p p r o a c h e s f o r e v a l u a t i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . 2 . 3 A p p r o a c h e s f o r E v a l u a t i n g F i r e R e s i s t a n c e 2 . 3 . 1 S t a n d a r d F i r e T e s t F i r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s , s i m i l a r t o o t h e r s t r u c t u r a l m e m b e r s , i s g e n e r a l l y e v a l u a t e d b y s u b j e c t i n g t h e s t r u c t u r a l m e m b e r t o fi r e i n a s p e c i a l l y c o n s t r u c t e d f u m a c e . T h e 1 7 p u r p o s e o f t h e s t a n d a r d fi r e t e s t i s t o d e t e r m i n e t h e f a i l u r e t i m e a t w h i c h t h e s t r u c t u r e l o s e s t h e a b i l i t y t o w i t h s t a n d fi r e e x p o s u r e w h i l e m a i n t a i n i n g f u n c t i o n a s a l o a d - b e a r i n g e l e m e n t a n d a s a b a r r i e r t o t h e s p r e a d o f fi r e . T h e s t a n d a r d fi r e t e s t i s a c o m p a r a t i v e t e s t t h a t d o e s n o t r e fl e c t a c t u a l p e r f o r m a n c e o f t h e m e m b e r . S t a n d a r d fi r e r e s i s t a n c e t e s t s a r e g e n e r a l l y c a r r i e d o u t o n b u i l d i n g e l e m e n t s s u c h a s w a l l s , fl o o r s , o r c o l u m n s i n a c c o r d a n c e w i t h n a t i o n a l s t a n d a r d s s u c h a s A S T M E l 1 9 a ( 2 0 0 8 ) a n d I S O 8 3 4 ( 1 9 7 5 ) . T h e s t a n d a r d s r e q u i r e t e s t s p e c i m e n s b e c o n s t r u c t e d i n a S i m i l a r m a n n e r a s t h e b u i l d i n g e l e m e n t s i n p r a c t i c e . A S T M E 1 1 9 s p e c i fi e s t h e d i m e n s i o n s o f t h e t e s t s p e c i m e n a n d t h e S i z e o f t h e f u m a c e b e i n g u s e d f o r t h e s t a n d a r d fi r e t e s t . F u r t h e r , t h e f u r n a c e c h a m b e r i s h e a t e d b y l i q u i d f u e l o r g a s s u c h t h a t t h e f u m a c e f o l l o w s t h e s p e c i fi e d s t a n d a r d t e m p e r a t u r e - t i m e c u r v e s h o w n i n F i g u r e 2 . 5 . D u r i n g t h e fi r e t e s t , l o a d b e a r i n g m e m b e r s , s u c h a s a n R C b e a m , a r e l o a d e d w i t h s e r v i c e l e a d s ( d e a d l o a d + l i v e l o a d ) . A c o m m o n p r a c t i c e i n s t a n d a r d fi r e t e s t s i s t o a p p l y a s e r v i c e l o a d l e v e l ( a b o u t 5 0 % o f t h e r o o m t e m p e r a t u r e c a p a c i t y ) t o t h e t e s t e d m e m b e r . T h e t e s t c o n t i n u e s u n t i l a p r e s c r i b e d f a i l u r e c r i t e r i o n i s e x c e e d e d . F i r e r e s i s t a n c e o f t h e a s s e m b l y i S t h e n r e c o r d e d a s t h e d u r a t i o n o f fi r e e x p o s u r e u n t i l t h i s f a i l u r e p o i n t . T h e l i m i t i n g c r i t e r i a u s e d f o r e v a l u a t i n g fi r e r e s i s t a n c e d e p e n d o n t h e s t r u c t u r a l m e m b e r i n q u e s t i o n . A s a n i l l u s t r a t i o n , f o r a n R C b e a m , t h e fi r e r e s i s t a n c e i s t h e t i m e a t w h i c h t h e r e b a r ( t e n s i o n s t e e l ) t e m p e r a t u r e e x c e e d s 5 9 3 ° C , o r t h e b e a m f a i l s t o s u s t a i n t h e a p p l i e d l o a d ( A S T M E l 1 9 a 2 0 0 8 ) . D i f f e r e n t f a i l u r e l i m i t s t a t e s a r e s p e c i fi e d f o r c o l u m n s , b e a m s a n d s l a b s . M o r e d e t a i l s o n t h e f a i l u r e c r i t e r i a f o r R C b e a m s a r e d i s c u s s e d i n S e c t i o n 2 . 3 . 5 . 3 . W h e r e a s fi r e r e s i s t a n c e p r o v i s i o n s i n t h e p a s t w e r e c r e a t e d p r i m a r i l y b a s e d o n f u l l - s c a l e l 8 t e s t s , t h e r e c e n t t r e n d i s m o v i n g t o w a r d c a l c u l a t i o n m e t h o d s . T h i s i s m a i n l y b e c a u s e s t a n d a r d fi r e t e s t s a r e v e r y e x p e n s i v e a n d t i m e c o n s u m i n g . A d v a n c e s i n n u m e r i c a l m o d e l s a r e f a c i l i t a t i n g t h e a p p l i c a t i o n o f c a l c u l a t i o n m e t h o d o l o g i e s f o r e v a l u a t i n g fi r e r e s i s t a n c e . 2 . 3 . 2 P r o v i s i o n s i n C o d e s a n d S t a n d a r d s P r o v i s i o n s f o r e v a l u a t i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e m e m b e r s a r e g e n e r a l l y s p e c i fi e d i n c o d e s a n d s t a n d a r d s . T h e s e p r e s c r i p t i v e p r o v i s i o n s a r e d e r i v e d b a s e d o n r e s u l t s f r o m s t a n d a r d fi r e t e s t s . T h e s p e c i fi c a t i o n s a r e i n t h e f o r m o f t a b l e s o r c h a r t s , w h e r e t h e fi r e r e s i s t a n c e i s o f t e n r e l a t e d t o m e m b e r d i m e n s i o n s o r o t h e r i n fl u e n c i n g f a c t o r s . T h e fi r e r e s i s t a n c e S p e c i fi c a t i o n f o r R C b e a m s i n t h r e e w i d e l y u s e d c o d e s , n a m e l y , A C I 2 1 6 . 1 ( 2 0 0 7 ) , E u r o c o d e 2 ( 2 0 0 4 ) , a n d A S 3 6 0 0 ( 2 0 0 1 ) , a r e r e v i e w e d b e l o w . I n t h e U S A , c o n c r e t e s t r u c t u r e s a r e d e s i g n e d i n a c c o r d a n c e w i t h A C I 3 1 8 ( 2 0 0 8 ) . A C I 3 1 8 d o e s n o t c o n t a i n a n y fi r e p r o v i s i o n s , b u t r e f e r s t o t h e A C I 2 1 6 . 1 s t a n d a r d ( 2 0 0 7 ) w h i c h g i v e s s p e c i fi c a t i o n s f o r fi r e r e s i s t a n c e d e s i g n o f c o n c r e t e a n d m a s o n r y s t r u c t u r e s . A c c o r d i n g l y , A C I 2 1 6 . 1 s p e c i fi e s m i n i m u m w i d t h a n d c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s r e q u i r e m e n t s f o r a c h i e v i n g a r e q u i r e d fi r e r e s i s t a n c e r a t i n g i n a n R C b e a m . T h e s e r e q u i r e m e n t s d i f f e r f o r r e s t r a i n e d a n d u n r e s t r a i n e d s u p p o r t c o n d i t i o n s a s c a n b e s e e n i n T a b l e 2 . 1 . H o w e v e r , t h e d e fi n i t i o n o f s u p p o r t c o n d i t i o n s ( r e s t r a i n e d o r u n r e s t r a i n e d ) i s n o t c l e a r l y a d d r e s s e d i n t h e c o d e . T h u s , i t i s n o t c l e a r w h e t h e r t h e r e s t r a i n e d c a s e r e f e r s t o t h e p r o v i s i o n s o f r o t a t i o n a l r e s t r a i n t , a x i a l r e s t r a i n t o r b o t h r o t a t i o n a l a n d a x i a l r e s t r a i n t s . I n a d d i t i o n , s p e c i fi c a t i o n s a r e f o r N S C b e a m s o n l y a n d t h e r e a r e n o c l e a r g u i d e l i n e s f o r e v a l u a t i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e o f H S C b e a m s . C a n a d i a n p r o v i s i o n s f o r fi r e r e s i s t a n c e d e s i g n , w h i c h a r e a v a i l a b l e i n N B C C ( 2 0 0 5 ) , a r e S i m i l a r t o t h o s e o f A C I 2 1 6 . 1 . 1 9 E u r o c o d e 2 ( 2 0 0 4 ) , P a r t 1 — 2 : S t r u c t u r a l fi r e d e s i g n , g i v e s a c h o i c e o f a d v a n c e d , s i m p l i fi e d o r t a b u l a r m e t h o d s f o r d e t e r m i n i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . T a b l e s p r o v i d e t h e f a s t e s t a n d m o s t d i r e c t m e t h o d f o r d e t e r m i n i n g t h e m i n i m u m w i d t h a n d n o m i n a l a x i s d i s t a n c e f o r R C b e a m s . T h e n o m i n a l a x i s d i s t a n c e i s t h e d i s t a n c e f r o m t h e c e n t e r o f t h e m a i n r e i n f o r c i n g b a r t o t h e s u r f a c e o f t h e m e m b e r e x p o s e d t o fi r e . D i f f e r e n t v a l u e s h a v e b e e n s p e c i fi e d b a s e d o n t h e s u p p o r t c o n d i t i o n s a n d t h e c o n t i n u i t y o f t h e b e a m . T a b l e 2 . 2 s h o w s fi r e r e s i s t a n c e r a t i n g s a s s p e c i fi e d i n E u r o c o d e 2 f o r c o n t i n u o u s b e a m s . T h e c o d e s u g g e s t s d i f f e r e n t p o s s i b l e c o m b i n a t i o n s o f a x i s d i s t a n c e a n d b e a m w i d t h t o a c h i e v e t h e r e q u i r e d fi r e r e s i s t a n c e r a t i n g s ( r e p r o d u c e d i n T a b l e 2 . 2 ) . H o w e v e r , t h e t a b l e s d o n o t p r o v i d e d i f f e r e n t v a l u e s o f fi r e r e s i s t a n c e f o r a x i a l l y r e s t r a i n e d b e a m s . T h e s i m p l i fi e d m e t h o d i n E u r o c o d e 2 i s m a i n l y b a s e d o n t h e s e c t i o n a l a n a l y s i s a p p r o a c h . T h i s m e t h o d m a y g i v e m o r e e c o n o m i c a l d e s i g n a n d / o r h i g h fi r e r e s i s t a n c e p e r i o d s f o r s o m e s c e n a r i o s . E u r o c o d e 2 ( 2 0 0 4 ) a l s o p e r m i t s t h e u s e o f a d v a n c e d m e t h o d s f o r e v a l u a t i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . T h e s e m e t h o d s a r e g e n e r a l l y b a s e d o n d e t a i l e d t h e r m a l a n d s t r u c t u r a l a n a l y s i s a n d r e q u i r e t h e u s e o f s o p h i s t i c a t e d n u m e r i c a l m o d e l s . I n t h e A u s t r a l i a n c o d e , A S 3 6 0 0 ( 2 0 0 1 ) , c h a r t s t h a t r e l a t e t h e fi r e r e s i s t a n c e o f a n R C b e a m t o t h a t o f c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s , a n d w i d t h a r e p r e s e n t e d . T h e r e a r e t w o c h a r t s , o n e f o r s i m p l y s u p p o r t e d b e a m s a n d t h e o t h e r f o r c o n t i n u o u s b e a m s . F i g u r e 2 . 6 i l l u s t r a t e s t h e c h a r t f o r t h e fi r e r e s i s t a n c e r a t i n g o f s i m p l y s u p p o r t e d R C b e a m s a s p e r A S 3 6 0 0 . T h e c o d e p r o v i d e s r e q u i r e d v a l u e s o f c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s a n d b e a m w i d t h f o r fi r e r e s i s t a n c e r a t i n g i n t h e r a n g e o f 3 0 m i n u t e s t o 2 4 0 m i n u t e s . H o w e v e r , S i m i l a r t o E u r o c o d e 2 0 2 ( 2 0 0 4 ) , A S 3 6 0 0 ( 2 0 0 1 ) d o e s n o t s p e c i f y a n y g u i d e l i n e s f o r t h e c a s e o f a x i a l l y r e s t r a i n e d b e a m s . T h u s , t h e fi r e r e s i s t a n c e p r o v i s i o n s i n c u r r e n t c o d e s a n d s t a n d a r d s d o n o t c l e a r l y s p e c i f y t h e b o u n d a r y c o n d i t i o n s o f t h e R C b e a m ( f o r t h e c a s e o f r e s t r a i n e d e n d c o n d i t i o n s o f t h e b e a m ) f o r w h i c h t h e t a b l e s o r c h a r t s a r e a p p l i c a b l e . I n a d d i t i o n , t h e d e g r e e o f a x i a l r e s t r a i n t , r e p r e s e n t e d b y t h e a x i a l r e s t r a i n t s t i f f n e s s , f o r R C b e a m s h a s n o t b e e n f u l l y a d d r e s s e d i n t h e t h r e e c o d e s . I t c a n a l s o b e s e e n t h a t t h e t h r e e c o d e s r e l a t e t h e fi r e r e s i s t a n c e o f a n R C b e a m t o c r o s s - s e c t i o n a l d i m e n s i o n s a n d c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s w i t h o u t a n y d u e c o n s i d e r a t i o n t o o t h e r i m p o r t a n t f a c t o r s s u c h a s fi r e s c e n a r i o , c o n c r e t e s t r e n g t h , a n d fi r e i n d u c e d r e s t r a i n t e f f e c t s . F u r t h e r , t h e a p p l i c a t i o n o f d i f f e r e n t c o d e p r o v i s i o n s p r o d u c e s d i f f e r e n t a n d v a r y i n g fi r e r e s i s t a n c e v a l u e s f o r s i m i l a r R C b e a m s . A s a n i l l u s t r a t i o n , f o r a s i m p l y s u p p o r t e d R C b e a m w i t h a c r o s s - s e c t i o n a l d i m e n s i o n o f 3 0 0 m m x 5 0 0 m m a n d a c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s o f 4 0 m m ( a x i s d i s t a n c e o f 5 0 m m ) , t h e fi r e r e s i s t a n c e b a s e d o n A C I 2 1 6 . 1 , E u r o c o d e 2 , a n d A S 3 6 0 0 i s 2 1 0 m i n u t e s , 1 1 0 m i n u t e s , a n d 1 1 3 m i n u t e s , r e s p e c t i v e l y . F o r t h i s b e a m A C I 2 1 6 . 1 p r e d i c t s a m u c h h i g h e r fi r e r e s i s t a n c e t h a n t h e o t h e r t w o c o d e s . T h i s c l e a r l y i n d i c a t e s t h a t c u r r e n t c o d e s o f p r a c t i c e c a n n o t b e c o n s i d e r e d t o b e r e l i a b l e t o o l s f o r e v a l u a t i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . U n t i l r e c e n t l y , d e s i g n f o r fi r e h a s b e e n b a s e d o n p r e s c r i p t i v e b u i l d i n g c o d e s , w i t h l i t t l e o r n o o p p o r t u n i t y f o r d e s i g n e r s t o a p p l y e n g i n e e r i n g a p p r o a c h e s t o t h e fi r e s a f e t y d e s i g n . M a n y c o u n t r i e s s u c h a s , N e w Z e a l a n d a n d U K , h a v e r e c e n t l y a d o p t e d p e r f o r m a n c e - b a s e d b u i l d i n g c o d e s w h i c h a l l o w d e s i g n e r s t o u s e a l t e r n a t e fi r e s a f e t y s t r a t e g i e s , p r o v i d e d t h a t a d e q u a t e s a f e t y c a n b e d e m o n s t r a t e d . H o w e v e r , t h e r e i s a l a c k o f c a l c u l a t i o n m e t h o d s f o r 2 1 e v a l u a t i n g fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s a n d t h i s l i m i t s t h e a p p l i c a b i l i t y o f t h e p e r f o r m a n c e - b a s e d a p p r o a c h t o fi r e d e s i g n . 2 . 3 . 3 D e t a i l e d C a l c u l a t i o n M e t h o d s I n r e c e n t y e a r s , s e v e r a l m a t h e m a t i c a l m o d e l s t o c a l c u l a t e fi r e r e s i s t a n c e o f s t r u c t u r a l m e m b e r s i n b u i l d i n g s h a v e b e e n d e v e l o p e d . T h e fl o w c h a r t i n F i g u r e 2 . 7 i l l u s t r a t e s t h e g e n e r a l c a l c u l a t i o n p r o c e d u r e e m p l o y e d i n s u c h m e t h o d s ( K o d u r 2 0 0 7 , B u c h a n a n 2 0 0 2 ) . T h e fi r e r e s i s t a n c e c a l c u l a t i o n i s p e r f o r m e d i n t h r e e s t e p s ( K o d u r 2 0 0 7 ) : 0 C a l c u l a t i o n o f t h e fi r e t e m p e r a t u r e . 0 C a l c u l a t i o n o f t h e t e m p e r a t u r e s i n t h e fi r e - e x p o s e d s t r u c t u r a l m e m b e r . 0 C a l c u l a t i o n o f t h e s t r e n g t h o f t h e m e m b e r d u r i n g e x p o s u r e t o fi r e , i n c l u d i n g a n a n a l y s i s o f t h e s t r e s s a n d s t r a i n d i s t r i b u t i o n s . 2 . 3 . 3 . 1 F i r e T e m p e r a t u r e T h e fi r e t e m p e r a t u r e c a n b e c o m p u t e d k n o w i n g t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e c o m p a r t m e n t . A t p r e s e n t , i n m o s t fi r e r e s i s t a n c e c a l c u l a t i o n s , t h e fi r e t e m p e r a t u r e s i s a s s u m e d t o f o l l o w t h e s t a n d a r d t i m e - t e m p e r a t u r e c u r v e s p e c i fi e d i n A S T M E l 1 9 a ( 2 0 0 8 ) . 2 . 3 . 3 . 2 S t r u c t u r a l M e m b e r T e m p e r a t u r e T h e n e x t s t e p i n t h e a n a l y s i s i s t h e c a l c u l a t i o n o f t h e t e m p e r a t u r e s o f t h e fi r e - e x p o s e d m e m b e r . T h e s e t e m p e r a t u r e s a r e g e n e r a l l y c a l c u l a t e d u s i n g a fi n i t e d i f f e r e n c e o r fi n i t e e l e m e n t m e t h o d ( K o d u r 2 0 0 7 ) . I n t h e s e m e t h o d s , t h e c r o s s - s e c t i o n o f t h e m e m b e r i s d i v i d e d i n t o a n u m b e r o f e l e m e n t a l r e g i o n s , w h i c h m a y h a v e v a r i o u s s h a p e s s u c h a s s q u a r e s , t r i a n g l e s o r l a y e r s , d e p e n d i n g o n t h e g e o m e t r y o f t h e m e m b e r ( K o d u r a n d 2 2 H a r m a t h y 2 0 0 8 ) . F o r e a c h e l e m e n t o r l a y e r , a h e a t b a l a n c e e q u a t i o n c a n b e d e r i v e d . B y s o l v i n g t h e h e a t b a l a n c e e q u a t i o n s f o r e a c h e l e m e n t o r l a y e r , t h e t e m p e r a t u r e h i s t o r y o f t h e m e m b e r c a n b e c a l c u l a t e d . T h e h e a t t r a n s f e r a n a l y s i s s h o u l d c o n s i d e r c h a n g e s i n m a t e r i a l p r o p e r t i e s ( t h e r m a l p r o p e r t i e s ) w i t h i n c r e a s i n g t e m p e r a t u r e f o r a l l m a t e r i a l s i n t h e s t r u c t u r a l s y s t e m ( K o d u r a n d H a r m a t h y 2 0 0 8 ) . H e a t t r a n s f e r b y r a d i a t i o n a n d c o n v e c t i o n t o t h e b o u n d a r y o f t h e s t r u c t u r a l m e m b e r s h o u l d b e c o n s i d e r e d i n t h e t h e r m a l a n a l y s i s . 2 . 3 . 3 . 3 S t r e n g t h C a l c u l a t i o n s I n t h e t h i r d s t e p , a s t r e s s - s t r a i n a n a l y s i s c a n b e c o n d u c t e d t o d e t e r m i n e t h e s t r e n g t h o f t h e m e m b e r d u r i n g e x p o s u r e t o fi r e . T h i s s t r e n g t h d e c r e a s e s w i t h i n c r e a s i n g t e m p e r a t u r e a n d d u r a t i o n o f fi r e e x p o s u r e . T h e fi r e r e s i s t a n c e c a n b e d e r i v e d b y d e t e r m i n i n g t h e t i m e a t w h i c h t h e s t r e n g t h o f t h e m e m b e r r e a c h e s t h e l o a d t o w h i c h t h e m e m b e r i s s u b j e c t e d . 2 . 3 . 3 . 4 C r i t i c a l F a c t o r s i n F i r e R e s i s t a n c e C a l c u l a t i o n s T o a c h i e v e a r e l i a b l e fi r e r e s i s t a n c e e s t i m a t e t h r o u g h d e t a i l e d c a l c u l a t i o n s , t h e f o l l o w i n g f a c t o r s m u s t b e a c c o u n t e d f o r ( K o d u r e t a l . 2 0 0 9 3 ) : 0 H i g h t e m p e r a t u r e m a t e r i a l p r o p e r t i e s : T h e t e m p e r a t u r e - d e p e n d e n t p r o p e r t i e s t h a t a r e i m p o r t a n t f o r e s t a b l i s h i n g t h e fi r e r e s p o n s e o f R C s t r u c t u r e s i n c l u d e : t h e r m a l , m e c h a n i c a l a n d s p e c i a l p r o p e r t i e s s u c h a s fi r e i n d u c e d c o n c r e t e s p a l l i n g . T h e s e p r o p e r t i e s v a r y a s a f u n c t i o n o f t e m p e r a t u r e . T h e y a r e c r u c i a l f o r m o d e l i n g t h e fi r e r e s p o n s e o f R C s t r u c t u r a l m e m b e r s . 0 S t r a i n c o m p o n e n t s : I n a d d i t i o n t o m e c h a n i c a l a n d t h e r m a l s t r a i n s , t w o o t h e r c o m p o n e n t s o f s t r a i n , n a m e l y , c r e e p a n d t r a n s i e n t s t r a i n s m u s t b e c o n s i d e r e d i n 2 3 c o m p u t i n g c o n c r e t e s t r a i n s a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s . F o r r e i n f o r c i n g s t e e l , t h e s t r a i n s t h a t m u s t b e c o n s i d e r e d f o r r e a l i s t i c a n a l y s i s a r e t h e r m a l , m e c h a n i c a l a n d c r e e p s t r a i n s . C r e e p a n d t r a n s i e n t s t r a i n , w h i c h a r e o f t e n i g n o r e d , m a y h a v e a s i g n i fi c a n t i n fl u e n c e o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C s t r u c t u r a l m e m b e r s . F i r e s c e n a r i o s : I n m o s t fi r e s c e n a r i o s , t h e r e a l w a y s e x i s t s a g r o w t h p h a s e f o l l o w e d b y a d e c a y ( c o o l i n g ) p h a s e . F u r t h e r , t h e fi r e s c e n a r i o i s a f u n c t i o n o f c o m p a r t m e n t c h a r a c t e r i s t i c s s u c h a s f u e l l o a d , v e n t i l a t i o n a n d l i n i n g m a t e r i a l . T h e r e f o r e , i t i s e s s e n t i a l , i n m o d e l i n g t h e fi r e r e s p o n s e o f R C s t r u c t u r a l m e m b e r s , t o a c c o u n t f o r r e a l i s t i c fi r e s c e n a r i o i n c l u d i n g t h e d e c a y p h a s e . R e s t r a i n t e f f e c t s : F i r e i n d u c e d r e s t r a i n t i s b e l i e v e d i n fl u e n c e t h e fi r e r e s p o n s e o f R C s t r u c t u r a l m e m b e r s . T h u s , r e s t r a i n t e f f e c t s m u s t b e a c c o u n t e d f o r i n t r a c i n g t h e r e s p o n s e o f R C s t r u c t u r a l m e m b e r s . S p a l l i n g : U n d e r fi r e c o n d i t i o n s , S p a l l i n g o f c o n c r e t e c a n o c c u r b e c a u s e o f t h e d e v e l o p m e n t o f w a t e r v a p o r p o r e p r e s s u r e i n s i d e t h e c o n c r e t e c o r e . S p a l l i n g l e a d s t o l o s s o f c o n c r e t e c r o s s - s e c t i o n a n d f a s t e r h e a t p e n e t r a t i o n t o t h e s t e e l r e i n f o r c e m e n t . T h e r e f o r e , S p a l l i n g s h o u l d b e i n c o r p o r a t e d i n t o fi r e r e s i s t a n c e a n a l y s i s . G e o m e t r i c a l n o n l i n e a r i t y : S t r u c t u r a l m e m b e r s g e n e r a l l y e x p e r i e n c e l a r g e d e f o r m a t i o n s u n d e r fi r e c o n d i t i o n s b e c a u s e o f t h e d e t e r i o r a t i o n i n s t r e n g t h a n d s t i fl h e s s o f t h e m e m b e r s . I t i s i m p o r t a n t t o a c c o u n t f o r g e o m e t r i c a l n o n l i n e a r i t y i n t r a c i n g t h e fi r e r e s p o n s e o f R C s t r u c t u r a l m e m b e r s . S o f t e n i n g e f f e c t : M a t e r i a l s u n d e r g o S i g n i fi c a n t s o f t e n i n g w h e n e x p o s e d t o fi r e . S u c h S o f t e n i n g f a c i l i t a t e s r e d i s t r i b u t i o n o f m o m e n t w i t h i n t h e s t r u c t u r a l m e m b e r u n d e r fi r e 2 4 c o n d i t i o n s . T h i s s h o u l d b e c o n s i d e r e d i n fi r e r e s i s t a n c e a n a l y s i s o f R C m e m b e r s t h r o u g h t h e u s e o f a d i s p l a c e m e n t - c o n t r o l l e d i t e r a t i v e p r o c e d u r e . 0 F a i l u r e l i m i t s t a t e s : C u r r e n t l y , t h e f a i l u r e o f R C s t r u c t u r a l m e m b e r s u n d e r fi r e c o n d i t i o n s i s e v a l u a t e d b a s e d o n t h e r m a l a n d s t r e n g t h f a i l u r e l i m i t s t a t e s . O t h e r f a i l u r e c r i t e r i a s u c h a s d e fl e c t i o n a n d r a t e o f d e fl e c t i o n m a y b e c r i t i c a l u n d e r s o m e c o n d i t i o n s . D e t a i l s o n d i f f e r e n t f a i l u r e l i m i t s t a t e s a r e p r o v i d e d i n S e c t i o n 2 . 3 . 4 . 3 I t s h o u l d b e n o t e d t h a t s o m e o f t h e a b o v e m e n t i o n e d f a c t o r s a r e n o t f u l l y a c c o u n t e d f o r i n fi n i t e e l e m e n t m o d e l s s u c h a s S A F I R ( F r a n s s e n e t a l . 2 0 0 4 ) . T h u s , t h e fi r e r e s i s t a n c e p r e d i c t i o n s o b t a i n e d fi ' o m s u c h m o d e l s m a y n o t y i e l d t h e a c t u a l p e r f o r m a n c e o f t h e b e a m . M o r e d e t a i l s o n c u r r e n t l y a v a i l a b l e c o m p u t e r m o d e l s a r e p r e s e n t e d i n S e c t i o n 2 . 4 . 2 . 2 . 3 . 4 P e r f o r m a n c e - B a s e d D e s i g n A p p r o a c h I n r e c e n t y e a r s , t h e r e h a s b e e n a n i n c r e a s e d f o c u s i n m o v i n g t o w a r d p e r f o r m a n c e - b a s e d fi r e s a f e t y d e s i g n f r o m t h e c u r r e n t p r e s c r i p t i v e - b a s e d a p p r o a c h e s ( M e a c h a m a n d C u s t e r 1 9 9 2 , K o d u r 1 9 9 9 , a n d A I S C 2 0 0 5 ) . T h i s i s m a i n l y d u e t o c o s t - e f f e c t i v e a n d r a t i o n a l fi r e s a f e t y s o l u t i o n s t h a t c a n o n l y b e a r r i v e d a t u s i n g t h e p e r f o r m a n c e - b a s e d d e s i g n a p p r o a c h . O n e o f t h e k e y a s p e c t s i n a n y p e r f o r m a n c e - b a s e d d e s i g n i s t h e fi r e r e s i s t a n c e d e s i g n o f s t r u c t u r a l m e m b e r s . A t p r e s e n t , t h e r e i s l i m i t e d i n f o r m a t i o n o r t o o l s ( d e s i g n e q u a t i o n s ) t h a t c a n b e a p p l i e d f o r p e r f o r m a n c e - b a s e d fi r e s a f e t y d e s i g n o f R C b e a m s . T h i s i s d u e t o t h e l a c k o f b o t h e x p e r i m e n t a l a n d a n a l y t i c a l s t u d i e s o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s . I n t h e d e v e l o p m e n t o f t h e p e r f o r m a n c e - b a s e d a p p r o a c h f o r e v a l u a t i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s , t h r e e m a i n f a c t o r s m u s t b e c o n s i d e r e d , n a m e l y , ( 1 ) fi r e s c e n a r i o , ( 2 ) l o a d i n g c o n d i t i o n s a n d ( 3 ) f a i l u r e c r i t e r i a . T h e s e t h r e e f a c t o r s a r e d i s c u s s e d i n t h e f o l l o w i n g s e c t i o n s . 2 5 2 . 3 . 4 . 1 F i r e S c e n a r i o s T h e d e v e l o p m e n t o f a fi r e s c e n a r i o i n a b u i l d i n g c o m p a r t m e n t , w h i c h i s c o m m o n l y r e f e r r e d t o a s “ a r o o m fi r e ” i n v o l v e s t h r e e s t a g e s ; n a m e l y , g r o w t h , b u r n i n g , a n d d e c a y s t a g e s a s s h o w n i n F i g u r e 2 . 8 . I n t h e g r o w t h s t a g e , t h e t e m p e r a t u r e o f t h e fi r e g r a d u a l l y i n c r e a s e s a n d t h e fi r e s p r e a d s s l o w l y o v e r c o m b u s t i b l e s u r f a c e s w i t h i n t h e r o o m . G e n e r a l l y , i n t h i s s t a g e , t h e s t r u c t u r a l i n t e g r i t y i s n o t s i g n i fi c a n t l y i n fl u e n c e d b e c a u s e t h e fi r e t e m p e r a t u r e d o e s n o t r e a c h h i g h l e v e l s . H o w e v e r , o n c e t h e fi r e t e m p e r a t u r e r e a c h e s a b o u t 6 0 0 ° C , fl a s h o v e r o c c u r s a n d t h e fi r e e n t e r s t h e i n t e n s e b u r n i n g s t a g e , w h e r e t h e t e m p e r a t u r e m a y e x c e e d 1 0 0 0 ° C . I n t h e b u r n i n g s t a g e , t h e t e m p e r a t u r e s a n d t h e r a d i a n t h e a t fl u x a r e s o h i g h w i t h i n t h e r o o m t h a t a l l e x p o s e d s u r f a c e s w i l l i g n i t e a n d b u r n . T h e s t r u c t u r a l i n t e g r i t y m a y b e s e v e r e l y d a m a g e d a t t h i s s t a g e . F i r e s t h a t p a s s t h e fl a s h o v e r t h r e s h o l d a r e c o m m o n l y r e f e r r e d t o a s “ p o s t fl a s h o v e r ” fi r e s . E v e n t u a l l y , t h e fi r e e n t e r s t h e d e c a y s t a g e w h e r e t h e fi r e t e m p e r a t u r e d r o p s o n c e t h e f u e l b u r n s o u t o r t h e r e i s a l a c k o f v e n t i l a t i o n ( o x y g e n ) ( B u c h a n a n 2 0 0 2 ) . O f t e n f o r s t r u c t u r a l a n a l y s i s , t h e fi r e g r o w t h i s r e p r e s e n t e d t h r o u g h t i m e - t e m p e r a t u r e r e l a t i o n s h i p s . T h e fi r e g r o w t h i n a c o m p a r t m e n t d e p e n d s o n a n u m b e r o f f a c t o r s i n c l u d i n g : l F u e l l o a d t h a t i s r e l a t e d t o t h e q u a n t i t y o f c o m b u s t i b l e m a t e r i a l s . I O p e n i n g f a c t o r t h a t i s r e l a t e d t o t h e d e g r e e o f v e n t i l a t i o n . l D i m e n s i o n s o f t h e c o m p a r t m e n t . l T h e r m a l p r o p e r t i e s o f t h e l i n i n g m a t e r i a l s . I T h e a m o u n t o f v o l a t i l e c o m b u s t i b l e s r e l e a s e d w i t h i n t h e r o o m p e r u n i t t i m e . I T h e b o u n d a r i e s o f t h e c o m p a r t m e n t . 2 6 l T h e n a t u r e o f t h e f u e l ( o f c e l l u l o s e o r t h e r m o p l a s t i c n a t u r e ) . C e l l u l o s i c m a t e r i a l s a r e g e n e r a l l y c h a r r i n g m a t e r i a l s w h e r e a l a y e r o f c h a r i s c r e a t e d a t t h e fi r e - m a t e r i a l i n t e r f a c e . T h e c h a r l a y e r p r o t e c t s t h e i n n e r c o r e o f t h e m a t e r i a l a n d s l o w s d o w n t h e b u r n i n g p r o c e s s . T h e r m o p l a s t i c m a t e r i a l s d o n o t g e n e r a l l y e x p e r i e n c e c h a r r i n g w h e n t h e y a r e s u b j e c t e d t o fi r e . T h e d e v e l o p m e n t o f a fi r e s c e n a r i o i s q u i t e c o m p l e x s i n c e i t i s d e p e n d e n t o n a n u m b e r o f f a c t o r s . F o r e a s e o f c a l c u l a t i o n , a s t a n d a r d t i m e t e m p e r a t u r e c u r v e i s o fi e n u s e d t o r e p r e s e n t a r o o m fi r e s c e n a r i o i n v a r i o u s s t a n d a r d s ( A S T M E 1 1 9 a 2 0 0 8 , A S T M 1 5 2 9 1 9 9 3 , E u r o c o d e 1 2 0 0 2 , I S O 8 3 4 1 9 7 5 ) . S u c h s t a n d a r d fi r e s a r e u s e d t o d e fi n e t h e t e m p e r a t u r e p r o fi l e t h a t i s g e n e r a l l y u s e d i n s t a n d a r d fi r e t e s t s a s d i s c u s s e d e a r l i e r . W h i l e s t a n d a r d fi r e r e s i s t a n c e t e s t s a r e u s e f u l b e n c h m a r k s t o e s t a b l i s h t h e r e l a t i v e p e r f o r m a n c e o f d i f f e r e n t R C b e a m s u n d e r t h e s t a n d a r d fi r e c o n d i t i o n , t h e y s h o u l d n o t b e r e l i e d u p o n t o d e t e r m i n e t h e s u r v i v a l t i m e o f R C b e a m s u n d e r r e a l i s t i c fi r e s c e n a r i o s . N o r d o e s t h e s t a n d a r d h e a t i n g c o n d i t i o n b e a r a n y r e l a t i o n t o t h e o f t e n l e s s s e v e r e h e a t i n g e n v i r o n m e n t s e n c o u n t e r e d i n r e a l fi r e s . F i g u r e 2 . 5 i l l u s t r a t e s t h e t i m e - t e m p e r a t u r e c u r v e s f o r a s t a n d a r d a n d t w o r e a l i s t i c d e s i g n fi r e s c e n a r i o s . I n t h e s t a n d a r d fi r e ( A S T M E 1 1 9 a 2 0 0 8 ) , t h e fi r e s i z e i s t h e s a m e ( i r r e s p e c t i v e o f c o m p a r t m e n t c h a r a c t e r i s t i c s ) , t e m p e r a t u r e i n c r e a s e s w i t h t i m e t h r o u g h o u t t h e fi r e d u r a t i o n , a n d t h e r e i s n o d e c a y p h a s e . T h i s s t a n d a r d fi r e d o e s n o t r e p r e s e n t a n a c t u a l fi r e s c e n a r i o i n a b u i l d i n g . H o w e v e r , i n r e a l fi r e s , t h e fi r e s i z e i s a f u n c t i o n o f c o m p a r t m e n t c h a r a c t e r i s t i c s , a n d t h e r e i s a d e c a y p h a s e a s s h o w n i n F i g u r e 2 . 5 ( s e v e r e a n d m o d e r a t e d e s i g n fi r e s ) . D u r i n g t h e d e c a y p h a s e , t h e c r o s s - s e c t i o n o f t h e b e a m e n t e r s 2 7 t h e c o o l i n g p h a s e , i n w h i c h t h e r e i n f o r c i n g s t e e l r e c o v e r s p a r t s o f i t s s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s , a n d t h u s t h e fi r e r e s i s t a n c e o f t h e b e a m m i g h t i n c r e a s e . 2 . 3 . 4 . 2 L o a d i n g C o n d i t i o n s T h e p r o v i s i o n s i n c u r r e n t c o d e s o f p r a c t i c e f o r e v a l u a t i n g fi r e r e s i s t a n c e a r e g e n e r a l l y b a s e d o n a l o a d r a t i o o f a b o u t 5 0 % . L o a d r a t i o i s d e fi n e d a s t h e r a t i o o f t h e a p p l i e d l o a d o n t h e b e a m u n d e r fi r e c o n d i t i o n s t o t h e s t r e n g t h c a p a c i t y o f t h e b e a m a t r o o m t e m p e r a t u r e . T h e l o a d r a t i o d e p e n d s o n m a n y f a c t o r s i n c l u d i n g t y p e o f o c c u p a n c y o f t h e b u i l d i n g , d e a d - l o a d - t o - l i v e — l o a d r a t i o , s a f e t y f a c t o r s ( l o a d a n d c a p a c i t y f a c t o r s ) u s e d f o r d e s i g n u n d e r b o t h r o o m t e m p e r a t u r e a n d fi r e c o n d i t i o n s . T h e l o a d s t h a t a r e t o b e a p p l i e d o n R C b e a m s , i n t h e e v e n t o f fi r e , c a n b e e s t i m a t e d b a s e d o n t h e g u i d a n c e g i v e n i n t h e A S C E - 0 7 ( 2 0 0 5 ) s t a n d a r d ( 1 . 2 d e a d l o a d + 0 . 5 l i v e l o a d ) o r t h r o u g h a c t u a l c a l c u l a t i o n b a s e d o n d i f f e r e n t l o a d c o m b i n a t i o n s . B a s e d o n A S C E - 0 7 ( 2 0 0 5 ) a n d A C I 3 1 8 ( 2 0 0 8 ) , a n d f o r t y p i c a l d e a d - l o a d - t o - l i v e - l o a d r a t i o s ( i n t h e r a n g e o f 2 t o 3 ) , t h e l o a d r a t i o r a n g e s b e t w e e n 6 5 % a n d 7 0 % . T h e l o a d l e v e l h a s a s i g n i fi c a n t i n fl u e n c e o n t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . T h i s f a c t w a s d e m o n s t r a t e d i n e x p e r i m e n t a l a n d a n a l y t i c a l s t u d i e s ( K o d u r a n d D w a i k a t 2 0 0 8 b , D w a i k a t a n d K o d u r 2 0 0 9 ) . T h u s , f o r i n n o v a t i v e , r e a l i s t i c a n d c o s t e f f e c t i v e fi r e s a f e t y d e s i g n , i t i s i m p o r t a n t t o e v a l u a t e t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s b a s e d o n a c t u a l l o a d l e v e l s . 2 8 2 . 3 . 4 . 3 F a i l u r e C r i t e r i a T h e c o n v e n t i o n a l a p p r o a c h o f e v a l u a t i n g fi r e r e s i s t a n c e ( d e fi n i n g f a i l u r e u n d e r fi r e c o n d i t i o n s ) i s b a s e d o n t h e r m a l a n d s t r e n g t h f a i l u r e c r i t e r i a a s s p e c i fi e d i n A S T M E 1 1 9 a ( 2 0 0 8 ) . A c c o r d i n g l y , t h e t h e r m a l f a i l u r e o f a n R C b e a m i s s a i d t o o c c u r w h e n : 0 T h e t e m p e r a t u r e i n s t e e l r e b a r s ( t e n s i o n r e i n f o r c e m e n t ) e x c e e d s t h e c r i t i c a l t e m p e r a t u r e , w h i c h i s 5 9 3 ° C f o r r e i n f o r c i n g s t e e l . S t r e n g t h f a i l u r e i s s a i d t o o c c u r w h e n : 0 T h e b e a m i s u n a b l e t o r e s i s t t h e a p p l i e d s e r v i c e l o a d . T h e d e fl e c t i o n a n d r a t e o f d e fl e c t i o n c a n p l a y a c r u c i a l r o l e o n t h e r e s p o n s e o f R C b e a m s e x p o s e d t o fi r e . I n f a c t , a d e fl e c t i o n l i m i t i s o f t e n a p p l i e d t o c h e c k t h e s t a t u s o f R C b e a m s ( s e r v i c e a b i l i t y l i m i t s t a t e ) a t a m b i e n t c o n d i t i o n s . T h i s c r i t e r i o n s h o u l d b e c o n s i d e r e d t o d e t e r m i n e f a i l u r e u n d e r fi r e c o n d i t i o n s . T h e r e s u l t i n g d e fl e c t i o n s i n fi r e s c e n a r i o s a r e g e n e r a l l y h i g h e r t h a n t h o s e a t r o o m t e m p e r a t u r e d u e t o d e t e r i o r a t i o n o f m e m b e r s t i f f n e s s a n d a l s o d u e t o t e m p e r a t u r e - i n d u c e d c r e e p . T h e B r i t i s h S t a n d a r d ( B S 4 7 6 1 9 8 7 ) c o n t a i n s d e fl e c t i o n a n d r a t e o f d e fl e c t i o n c r i t e r i a f o r d e fi n i n g f a i l u r e o f a n R C b e a m t e s t e d i n a f u m a c e . A l t h o u g h t h e s e d e fl e c t i o n l i m i t s t a t e s m i g h t h a v e b e e n s e t t o l i m i t d a m a g e t o t h e fi r m a c e d u r i n g fi r e t e s t s , d e fl e c t i o n a n d r a t e o f d e fl e c t i o n c a n b e i m p o r t a n t u n d e r c e r t a i n fi r e c o n d i t i o n s . T h i s i s b e c a u s e t h e i n t e g r i t y o f t h e s t r u c t u r a l m e m b e r c a n n o t b e g u a r a n t e e d w i t h e x c e s s i v e d e f o r m a t i o n s . M o r e o v e r , fi r e r e s i s t a n c e b a s e d o n l i m i t i n g d e fl e c t i o n w i l l h e l p t o f a c i l i t a t e t h e s a f e t y o f fi r e fi g h t e r s a n d a l s o t o s a f e l y e v a c u a t e o c c u p a n t s p r i o r t o s t r u c t u r a l c o l l a p s e ( K o d u r a n d D w a i k a t 2 0 0 8 a ) . A c c o r d i n g t o B S 4 7 6 , f a i l u r e i s a s s u m e d t o o c c u r w h e n : 0 T h e m a x i m u m d e fl e c t i o n o f t h e b e a m e x c e e d s L / 2 0 a t a n y fi r e e x p o s u r e t i m e , o r 2 9 ( m m / m i n ) [ 2 . 2 ] o T h e r a t e o f d e fl e c t i o n e x c e e d s t h e l i m i t g i v e n b y t h e f o l l o w i n g e x p r e s s i o n : L 2 9 0 0 0 d w h e r e L = s p a n l e n g t h o f t h e b e a m ( m m ) , a n d d = e f f e c t i v e d e p t h o f t h e b e a m ( m m ) . O t h e r f a i l u r e l i m i t s t a t e s t h a t a r e r e l e v a n t f o r fi r e r e s i s t a n c e e v a l u a t i o n a r e t h e l o s s o f b o n d s t r e n g t h o r l o s s o f s h e a r s t r e n g t h . H o w e v e r , R C b e a m s g e n e r a l l y f a i l t h r o u g h l o s s o f fl e x u r a l s t r e n g t h o r e x c e s s i v e d e f o r m a t i o n a n d t h u s o t h e r m o d e s o f f a i l u r e s u c h a s s h e a r a n d b o n d f a i l u r e a r e n o t c r i t i c a l f o r t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s a s o b s e r v e d i n a n u m b e r o f fi r e t e s t s ( L i n e t a l . 1 9 8 1 , L i n a n d E l l i n g w o o d 1 9 8 7 , D w a i k a t a n d K o d u r 2 0 0 9 ) 2 . 3 . 4 . 4 O t h e r F a c t o r s O t h e r m a j o r c o m p o n e n t s t h a t s h o u l d b e c o n s i d e r e d f o r e v a l u a t i n g t h e f a i l u r e o f R C b e a m s u n d e r fi r e e x p o s u r e i n c l u d e s p a l l i n g a n d t h e e f f e c t o f r e s t r a i n t s . A l t h o u g h s p a l l i n g m a y n o t b e a n i m p o r t a n t f a c t o r f o r N S C , e x c e s s i v e s p a l l i n g m i g h t o c c u r i n H S C u n d e r c e r t a i n c o n d i t i o n s d u e t o t h e l o w p e r m e a b i l i t y a n d p r e s e n c e o f s i l i c a f u m e ( a b y — p r o d u c t i n t h e m a n u f a c t u r e r o f s i l i c o n m e t a l a n d a l l o y s ) , w h i c h g e n e r a t e s h i g h p o r e p r e s s u r e ( D i e d e r i c h s e t a l . 1 9 9 5 , K o d u r 2 0 0 0 ) . S p a l l i n g r e d u c e s t h e c r o s s - s e c t i o n a l a r e a o f t h e b e a m , a n d i n c r e a s e s t h e h e a t t r a n s m i s s i o n t o t h e s t e e l r e i n f o r c e m e n t . T h u s , s p a l l i n g m i g h t r e s u l t i n a s i g n i fi c a n t r e d u c t i o n i n t h e s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s o f t h e b e a m , w h i c h i n t u r n m i g h t c a u s e e a r l y f a i l u r e . H o w e v e r , s p a l l i n g m a y n o t b e r e q u i r e d a s a s e p a r a t e f a i l u r e c r i t e r i o n , s i n c e e x c e s s i v e s p a l l i n g l e a d s t o l o s s o f s t r e n g t h a n d h i g h e r d e fl e c t i o n w h i c h i n t u r n d i c t a t e t h e f a i l u r e o f t h e b e a m . 3 0 O n e o t h e r k e y p a r a m e t e r t o b e i n c l u d e d i n p e r f o r m a n c e - b a s e d d e s i g n i s e n d r e s t r a i n t s . E n d r e s t r a i n t s ( a x i a l o r r o t a t i o n a l ) m a y h a v e a s i g n i fi c a n t i n fl u e n c e o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s a s d i s c u s s e d e a r l i e r i n t h i s c h a p t e r . A x i a l r e s t r a i n t c a n i m p r o v e t h e fi r e r e s i s t a n c e o f t h e R C b e a m t h r o u g h a r c h a c t i o n , w h i c h i n c r e a s e s t h e s t r e n g t h o f t h e b e a m u n d e r fi r e e x p o s u r e . H o w e v e r , a x i a l r e s t r a i n t w h e n a s s o c i a t e d w i t h l a r g e d e fl e c t i o n o f t h e b e a m m a y l e a d t o t h e d e v e l o p m e n t o f s i g n i fi c a n t s e c o n d a r y m o m e n t s ( t h r o u g h t h e P - S e f f e c t ) w h i c h m a y l e a d t o b u c k l i n g a n d e a r l y f a i l u r e o f t h e b e a m . T h e r o t a t i o n a l r e s t r a i n t c a n e n h a n c e t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s t h r o u g h t h e r e d i s t r i b u t i o n o f t h e m o m e n t b e t w e e n t h e s p a n a n d s u p p o r t s e c t i o n s o f t h e b e a m . F u r t h e r d i s c u s s i o n o n t h e e f f e c t o f e n d r e s t r a i n t s o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s w a s p r e s e n t e d i n S e c t i o n 2 . 2 . 2 . 3 . 4 . 5 S u m m a r y T h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C m e m b e r s i s c u r r e n t l y e v a l u a t e d t h r o u g h p r e s c r i p t i v e - b a s e d a p p r o a c h e s . T h e p r e s c r i p t i v e a p p r o a c h e s a r e d e r i v e d b a s e d o n s t a n d a r d l o a d i n g a n d fi r e s c e n a r i o s a n d t h u s h a v e l i m i t e d a p p l i c a t i o n . R e a l i s t i c fi r e r e s i s t a n c e a s s e s s m e n t c a n b e o b t a i n e d t h r o u g h a p e r f o r m a n c e - b a s e d a p p r o a c h i n w h i c h t h e fi r e s c e n a r i o , l o a d l e v e l , r e s t r a i n t e f f e c t s , a n d f a i l u r e c r i t e r i a , c a n b e a c c o u n t e d f o r b a s e d o n a c t u a l ( r a t h e r t h a n s t a n d a r d ) s c e n a r i o s . P r e s e n t l y , t h e r e i s a l a c k o f d e s i g n a p p r o a c h e s f o r u n d e r t a k i n g p e r f o r m a n c e - b a s e d fi r e d e s i g n o f R C b e a m s . A p p l y i n g t h e p e r f o r m a n c e - b a s e d a p p r o a c h t o fi r e d e s i g n c a n p r o d u c e d e s i g n c h a l l e n g e s s i n c e n u m e r o u s fi r e s c e n a r i o s m u s t b e c o n s i d e r e d , a n d i t i s n o t p o s s i b l e t o u n d e r t a k e fi r e r e s i s t a n c e t e s t s f o r a l l p o s s i b l e fi r e s c e n a r i o s . O n e w a y o f o v e r c o m i n g t h i s p r o b l e m i s b y e s t a b l i s h i n g a n e q u i v a l e n c y b e t w e e n s t a n d a r d a n d d e s i g n fi r e e x p o s u r e s . I n t h i s w a y , t h e fi r e s c e n a r i o , w h i c h i s o n e o f t h e k e y f a c t o r s , c a n b e a c c o u n t e d f o r i n t h e fi r e d e s i g n . 3 1 2 . 3 . 5 T i m e E q u i v a l e n t M e t h o d s A s d i s c u s s e d a b o v e , o n e w a y t o a c c o u n t f o r d e s i g n fi r e s c e n a r i o s i n e v a l u a t i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s i s t h r o u g h e s t a b l i s h i n g e q u i v a l e n c y b e t w e e n s t a n d a r d a n d d e s i g n fi r e s c e n a r i o s . A r e v i e w o f t h e l i t e r a t u r e i n d i c a t e s t h a t t h e r e a r e f e w t i m e e q u i v a l e n t m e t h o d s t o e s t a b l i s h s u c h e q u i v a l e n c y . T h e s e m e t h o d s i n c l u d e : m a x i m u m t e m p e r a t u r e m e t h o d , m i n i m u m l o a d c a r r y i n g c a p a c i t y m e t h o d , m a x i m u m d e fl e c t i o n m e t h o d , e q u a l a r e a m e t h o d , a n d e m p i r i c a l f o r m u l a e s u c h a s C I B , L a w a n d E u r o c o d e f o r m u l a e . M o r e d e t a i l s o n t h e s e m e t h o d s a r e p r e s e n t e d i n K o d u r e t a l . ( 2 0 0 9 b ) . M a n y o f t h e s e m e t h o d s h a v e l i m i t a t i o n s a n d a r e m o r e a p p l i c a b l e t o p r o t e c t e d s t e e l s t r u c t u r a l m e m b e r s . F u r t h e r , t h e c u r r e n t t i m e e q u i v a l e n t e m p i r i c a l f o r m u l a e s u c h a s t h e C I B f o r m u l a , t h e L a w f o r m u l a , a n d t h e E u r o c o d e f o r m u l a a r e n o t v a l i d a t e d f o r R C m e m b e r s a n d t h u s c a n n o t b e a p p l i e d f o r e s t a b l i s h i n g e q u i v a l e n c y i n R C b e a m s . T h e r e i s a n a p p r e c i a b l e a m o u n t o f d a t a o n t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s u n d e r s t a n d a r d fi r e e x p o s u r e s , w h i c h c a n b e u s e d f o r m e m b e r s u n d e r d e s i g n fi r e e x p o s u r e s i f a r e l i a b l e t i m e e q u i v a l e n t a p p r o a c h i s a v a i l a b l e . T h u s , d e v e l o p m e n t o f a r e l i a b l e t i m e e q u i v a l e n c y a p p r o a c h c a n f a c i l i t a t e t h e e v a l u a t i o n o f fi r e r e s i s t a n c e u n d e r d e s i g n fi r e s c e n a r i o s . K o d u r e t a l . ( 2 0 0 9 b ) c o m p a r e d t h e c o m p u t e d t i m e e q u i v a l e n c y v a l u e s f r o m e q u a l a r e a m e t h o d a n d t h e e m p i r i c a l f o r m u l a ( C I B , L a w a n d E u r o c o d e ) w i t h t h o s e f r o m t h e m a x i m u m d e fl e c t i o n m e t h o d ( s i n c e t h e m a x i m u m d e fl e c t i o n m e t h o d p r o v i d e s t h e m o s t a c c u r a t e t i m e e q u i v a l e n t d u e t o t h e f a c t t h a t t h e f a i l u r e o f a n R C b e a m i s g e n e r a l l y c o n t r o l l e d b y t h e d e fl e c t i o n l i m i t s t a t e ) . T h e i r c o m p a r a t i v e s t u d y d i d n o t i n c l u d e t h e m i n i m u m l o a d c a p a c i t y a n d t h e m a x i m u m t e m p e r a t u r e m e t h o d s s i n c e t h e s e m e t h o d s m a y n o t b e a s a c c u r a t e a s t h e m a x i m u m d e fl e c t i o n m e t h o d a n d a l s o b e c a u s e t h e s e m e t h o d s 3 2 r e q u i r e d e t a i l e d fi n i t e e l e m e n t a n a l y s i s w h i c h l i m i t s t h e i r u s e f o r d e s i g n p u r p o s e s . R e s u l t s f r o m t h e i r c o m p a r a t i v e s t u d y a r e p l o t t e d i n F i g u r e 2 . 9 w h i c h s h o w s a c o m p a r i s o n o f t h e e s t i m a t e d t i m e e q u i v a l e n t v a l u e s b a s e d o n v a r i o u s m e t h o d s w i t h t h a t p r e d i c t e d b y fi n i t e e l e m e n t a n a l y s i s . T h e s a f e t y l i n e , a s w e l l a s t h e s a f e a n d u n s a f e r e g i o n s , f o r t h e d a t a p o i n t s a r e a l s o s h o w n i n F i g u r e 2 . 9 . I t c a n b e s e e n f r o m F i g u r e 2 . 9 , t h a t t h e r e i s a s i g n i fi c a n t v a r i a t i o n i n t h e t i m e e q u i v a l e n c y v a l u e s p r e d i c t e d b y v a r i o u s m e t h o d s a n d e m p i r i c a l f o r m u l a e . F u r t h e r , t h e t i m e e q u i v a l e n t v a l u e s c o m p u t e d b a s e d o n v a r i o u s m e t h o d s a r e u n c o n s e r v a t i v e . T h i s c o m p a r a t i v e s t u d y c l e a r l y i n d i c a t e s t h a t t h e c u r r e n t m e t h o d s f o r e v a l u a t i n g t i m e e q u i v a l e n c y a r e g e n e r a l l y u n c o n s e r v a t i v e . T h u s , t h e r e i s a n u r g e n t n e e d t o d e v e l o p a c o n s e r v a t i v e a n d r e l i a b l e t i m e e q u i v a l e n c y a p p r o a c h w h i c h w i l l f a c i l i t a t e fi r e r e s i s t a n c e e v a l u a t i o n u n d e r d e s i g n fi r e s c e n a r i o s . 2 . 4 P r e v i o u s S t u d i e s a n R C B e a m s A r e v i e w o f t h e l i t e r a t u r e i n d i c a t e s t h a t t h e r e i s o n l y a l i m i t e d n u m b e r o f e x p e r i m e n t a l a n d n u m e r i c a l s t u d i e s o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s . T h i s i s i n c o n t r a s t w i t h t h e fi r e b e h a v i o r o f R C c o l u m n s w h i c h w a s t h e f o c u s o f a n u m b e r o f s t u d i e s . T h i s s e c t i o n p r o v i d e s a n o v e r v i e w o f e x p e r i m e n t a l a n d a n a l y t i c a l s t u d i e s t h a t w e r e u n d e r t a k e n t o s t u d y t h e fi r e p e r f o r m a n c e o f R C b e a m s . 2 . 4 . 1 E x p e r i m e n t a l S t u d i e s T h e m o s t ' n o t a b l e fi r e t e s t s w e r e c a r r i e d o u t b y L i n e t a l . ( 1 9 8 1 ) , D o t r e p p e a n d F r a n s s e n ( 1 9 8 5 ) , a n d L i n a n d E l l i n g w o o d ( 1 9 8 7 ) . L i n e t a l . ( 1 9 8 1 ) t e s t e d e l e v e n 3 0 5 m m x 3 5 5 m m R C b e a m s u n d e r A S T M E 1 1 9 s t a n d a r d fi r e e x p o s u r e . T h e b e a m s w e r e r e i n f o r c e d 3 3 w i t h ( 1 ) 2 5 m m a n d ( 1 ) 1 9 m m b a r s h a v i n g a y i e l d s t r e n g t h 4 3 5 M P a . T e n b e a m s w e r e m a d e w i t h n o r m a l w e i g h t c a r b o n a t e a g g r e g a t e c o n c r e t e , w h i l e t h e r e m a i n i n g b e a m w a s f a b r i c a t e d f r o m l i g h t w e i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e . T h e c o n c r e t e s t r e n g t h r a n g e d b e t w e e n 2 6 - 3 3 M P a . T h e b e a m s w e r e m o i s t c u r e d f o r 7 d a y s a n d t h e n s t o r e d i n a i r m a i n t a i n e d a t 2 1 ° C - 2 7 ° C a n d 3 0 % - 4 0 % r e l a t i v e h u m i d i t y . L i n e t a l . ( 1 9 8 1 ) i n v e s t i g a t e d t h e i n fl u e n c e o f a n u m b e r o f f a c t o r s i n c l u d i n g b e a m c o n t i n u i t y , m o m e n t r e d i s t r i b u t i o n a n d a g g r e g a t e t y p e o n t h e b e h a v i o r o f R C b e a m s u n d e r s t a n d a r d fi r e c o n d i t i o n s . O n e o f t h e t e s t e d b e a m s h a d s i m p l e s u p p o r t c o n d i t i o n s a t b o t h e n d s , w h e r e a s t h e r e m a i n i n g b e a m s h a d c a n t i l e v e r s p a n s o n o n e o r b o t h e n d s . T h e a p p l i e d l o a d i n g o n t h e c a n t i l e v e r w a s c h o s e n t o r e fl e c t t h e c o n t i n u i t y e f f e c t i n R C b e a m s . L i n e t a l . ( 1 9 8 1 ) c o n c l u d e d t h a t t h e fi r e r e s i s t a n c e o f c o n t i n u o u s b e a m s i s m u c h h i g h e r t h a n t h a t o f s i m p l y s u p p o r t e d b e a m s d u e t o t h e o c c u r r e n c e o f m o m e n t r e d i s t r i b u t i o n u n d e r fi r e c o n d i t i o n s . T h e s e c o n d e x p e r i m e n t a l s t u d y , r e p o r t e d b y D o t r e p p e a n d F r a n s s e n ( 1 9 8 5 ) , i n v o l v e d t e s t i n g a s i m p l y s u p p o r t e d R C b e a m u n d e r I S O 8 3 4 fi r e e x p o s u r e t o a s s e s s i t s fi r e r e s i s t a n c e r a t i n g . T h e b e a m h a d c r o s s - s e c t i o n a l d i m e n s i o n s 2 0 0 m m x 6 0 0 m m a n d a s p a n l e n g t h 6 . 5 m . T h e b e a m w a s f a b r i c a t e d w i t h s i l i c e o u s a g g r e g a t e c o n c r e t e h a v i n g a c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f 1 5 M P a . T h e b e a m w a s r e i n f o r c e d w i t h 3 ( ) 2 m m b a r s a s t e n s i o n r e i n f o r c e m e n t a n d 2 ( 1 ) 1 2 m m b a r s a s c o m p r e s s i o n r e i n f o r c e m e n t . T h e b e a m w a s t e s t e d u n d e r t w o c o n c e n t r a t e d l o a d s l o c a t e d a t a d i s t a n c e o f 1 . 6 2 5 m f r o m t h e s u p p o r t . N o e x p l o s i v e s p a l l i n g w a s o b s e r v e d i n t h e t e s t e d R C b e a m . T h e s t u d y c o n c l u d e d t h a t R C b e a m s e x p e r i e n c e a l a r g e d e f o r m a t i o n p r i o r t o f a i l u r e u n d e r fi r e c o n d i t i o n s . 3 4 L i n a n d E l l i n g w o o d ( 1 9 8 7 ) t e s t e d s i x f u l l s c a l e R C b e a m s t o s t u d y t h e fl e x u r a l a n d s h e a r b e h a v i o r o f R C b e a m s u n d e r fi r e c o n d i t i o n s . F i v e o f t h e s i x b e a m s h a d c r o s s - s e c t i o n a l d i m e n s i o n s o f 2 3 9 m m x 5 3 3 m m , w h i l e t h e r e m a i n i n g b e a m w a s o f 2 5 4 m m x 6 1 0 r m n . A l l b e a m s w e r e 8 . 2 m i n l e n g t h , w i t h a 6 . 1 m s p a n e x p o s e d t o fi r e a n d a n u n e x p o s e d c a n t i l e v e r l o a d e d s o a s t o p r o v i d e c o n t i n u i t y o v e r o n e s u p p o r t . T h e b e a m s w e r e f a b r i c a t e d w i t h n o r m a l - w e i g h t c o n c r e t e . F o u r b e a m s w e r e e x p o s e d t o t h e s t a n d a r d ( A S T M E 1 1 9 ) fi r e , w h i l e t h e r e m a i n i n g t w o b e a m s w e r e t e s t e d u n d e r a d e s i g n fi r e h a v i n g t h e t i m e t e m p e r a t u r e c u r v e s h o w n i n F i g u r e 2 . 1 0 . D u r i n g t h e t e s t s , a p p l i e d l o a d , f u r n a c e p r e s s u r e a n d t e m p e r a t u r e , c o n c r e t e a n d s t e e l t e m p e r a t u r e s , d e fl e c t i o n , a x i a l d e f o r m a t i o n , a n d s l o p e w e r e m e a s u r e d . F l e x u r a l f a i l u r e o c c u r r e d i n a l l b e a m s . T h e m e a s u r e d fi r e r e s i s t a n c e r a n g e d b e t w e e n 3 : 2 6 t o 4 h o u r s f o r t h e s i x b e a m s . T h e s t u d y c o n c l u d e d t h a t s h e a r f a i l u r e i s n o t l i k e l y t o o c c u r i n R C b e a m s e x p o s e d t o fi r e . A n o t h e r fi n d i n g f r o m t h e s t u d y w a s t h a t t h e t e m p e r a t u r e h i s t o r y i n t h e t e n s i o n r e i n f o r c e m e n t i s t h e m o s t c r i t i c a l f a c t o r t h a t i n fl u e n c e s t h e fi r e r e s i s t a n c e o f a n R C b e a m . O t h e r e x p e r i m e n t a l s t u d i e s r e p o r t e d i n t h e l i t e r a t u r e i n c l u d e t h e fi r e r e s i s t a n c e t e s t s c a r r i e d o u t b y S a n j a y a n a n d S t o c k s ( 1 9 9 3 ) , S a i t o e t a l . ( 1 9 9 2 ) ( c i t e d i n P h a n 1 9 9 6 ) , H a n s e n a n d J e n s e n ( 1 9 9 5 ) , a n d S h i e t a l . ( 2 0 0 4 ) . S a n j a y a n a n d S t o c k s ( 1 9 9 3 ) t e s t e d t w o T - b e a m s ; o n e m a d e o f N S C ( 2 5 M P a ) , t h e o t h e r m a d e o f H S C ( 9 2 M P a ) . T h e s t u d y a i m e d t o i n v e s t i g a t e t h e fi r e i n d u c e d s p a l l i n g i n H S C b e a m s , t h u s t h e b e a m s w e r e n o t s u b j e c t e d t o a n y m e c h a n i c a l l o a d i n g d u r i n g t h e fi r e t e s t s . T h e b e a m s h a d a l e n g t h o f 2 . 5 m a n d a fl a n g e w i d t h o f 1 . 2 m . T w o fl a n g e t h i c k n e s s e s ; n a m e l y , 2 0 0 m m , a n d 1 5 0 m m w e r e u s e d , a n d t h e o v e r a l l d e p t h o f t h e b e a m s w a s 4 5 0 m m . T h r e e v a l u e s o f c o n c r e t e c o v e r , n a m e l y , 2 5 m m , 5 0 m m , a n d 7 5 m m w e r e u s e d . D u r i n g t h e fi r e t e s t , t h e w e i g h t o f 3 5 t h e b e a m w a s m e a s u r e d t o g a u g e t h e e x t e n t o f c o n c r e t e s p a l l i n g . S i g n i fi c a n t s p a l l i n g w a s o b s e r v e d i n H S C w h e n t h e c o n c r e t e c o v e r w a s l a r g e . N o s p a l l i n g w a s o b s e r v e d w i t h a c o n c r e t e c o v e r o f l e s s t h a n 7 5 m m . T h e m a i n fi n d i n g f r o m t h e s e t e s t s w a s : t h a t H S C b e a m s a r e m o r e s u s c e p t i b l e t o s p a l l i n g t h a n N S C b e a m s . S i a t o e t a l . ( 1 9 9 2 ) t e s t e d s i x R C b e a m s m a d e w i t h d i f f e r e n t c o n c r e t e s t r e n g t h s t o a s s e s s t h e r e s i d u a l s t r e n g t h o f b e a m s e x p o s e d t o a m a x i m u m t e m p e r a t u r e o f 5 5 0 ° C . T h e b e a m s w e r e h e a t e d i n a c c o r d a n c e w i t h t h e s t a n d a r d t i m e - t e m p e r a t u r e c u r v e p r e s c r i b e d b y J I S A 1 3 0 4 ( 2 0 0 2 ) a n d a l l o w e d t o c o o l d o w n b e f o r e l o a d i n g w a s a p p l i e d . T h e b e a m s w e r e l o a d e d w i t h t w o c o n c e n t r a t e d l o a d s u n t i l f a i l u r e . T h e s t u d y c o n c l u d e d t h a t c h a n g i n g t h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f c o n c r e t e d i d n o t h a v e a s i g n i fi c a n t e f f e c t o n t h e r e s i d u a l s t r e n g t h o f R C b e a m s . H a n s e n a n d J e n s e n ( 1 9 9 5 ) t e s t e d t h r e e s e r i e s o f 1 5 0 x 2 0 0 x 2 8 5 0 m m R C b e a m s u n d e r s t a n d a r d fi r e e x p o s u r e ( I S O 8 3 4 a n d h y d r o c a r b o n ) t o i n v e s t i g a t e t h e e x t e n t o f fi r e i n d u c e d s p a l l i n g i n c o n c r e t e a n d t h e r e s i d u a l s t r e n g t h o f R C b e a m s . T h e b e a m s w e r e r e i n f o r c e d w i t h 2 0 m m a n d 3 2 m m l o n g i t u d i n a l b a r s . T h e v a r i e d t e s t p a r a m e t e r s w e r e c o n c r e t e s t r e n g t h ( c u b e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h v a r i e d f r o m 5 0 t o 9 5 M P a ) , a g g r e g a t e t y p e ( n o r m a l w e i g h t a n d l i g h t w e i g h t a g g r e g a t e s ) , p r e s t r e s s i n g e f f e c t s , a d d i t i o n o f fi b e r s , a n d C o n c r e t e d e n s i t y . T h e s t u d y c o n c l u d e d t h a t l i g h t w e i g h t a g g r e g a t e a n d H S C i s m o r e p r o n e t 0 s p a l l i n g t h a n o t h e r t y p e s o f c o n c r e t e . F u r t h e r , t h e s t u d y r e p o r t e d t h a t t h e e x t e n t o f S F a l l i n g i n R C b e a m s c o u l d b e r e d u c e d t h r o u g h t h e a d d i t i o n o f p o l y p r o p y l e n e fi b e r s . S h i e t a l . ( 2 0 0 4 ) t e s t e d fi v e b e a m s t o s t u d y t h e i n fl u e n c e o f c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s o n t h e b e h a v i o r o f R C b e a m s e x p o s e d t o fi r e . T h e t e m p e r a t u r e i n t h e f u r n a c e w a s c o n t r o l l e d 3 0 t h a t i t f o l l o w e d t h e t i m e - t e m p e r a t u r e c u r v e s h o w n i n F i g u r e 2 . 1 1 . T h e b e a m s h a d a 3 6 w i d t h o f 1 0 0 m m , a l e n g t h o f 1 3 0 0 m m a n d a d e p t h r a n g i n g f r o m 1 8 0 t o 2 0 0 m m . T h e c o n c r e t e c o v e r v a r i e d b e t w e e n 1 0 a n d 3 0 m m a n d t h e c o n c r e t e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h w a s a b o u t 4 0 M P a . T h e s u p p o r t e d l e n g t h o f t h e b e a m w a s 1 2 0 0 m m , a n d t h e b e a m w a s s u b j e c t e d t o t w o c o n c e n t r a t e d l o a d s . T h e m a i n c o n c l u s i o n o f t h i s s t u d y w a s t h a t t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s c a n b e i m p r o v e d b y i n c r e a s i n g t h e c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s t o t h e r e i n f o r c e m e n t . T h e a b o v e r e v i e w i n f e r s t h a t m o s t o f t h e p r e v i o u s e x p e r i m e n t a l s t u d i e s w e r e a i m e d a t e v a l u a t i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s o r t h e e x t e n t o f s p a l l i n g o f H S C b e a m s . T h e fi r e t e s t s c o n s i d e r e d o n l y a l i m i t e d n u m b e r o f p a r a m e t e r s , g e n e r a l l y f o l l o w e d s t a n d a r d fi r e c o n d i t i o n s . N o r e a l i s t i c c o n d i t i o n s , s u c h a s a c t u a l fi r e e x p o s u r e ( w i t h a c o o l i n g p h a s e ) , t h e r e s t r a i n t e f f e c t , l o a d i n g , a n d s t r e n g t h / d e fl e c t i o n f a i l u r e c r i t e r i a , w e r e c o n s i d e r e d . M o s t o f t h e fi r e t e s t s w e r e u n d e r t a k e n u s i n g s m a l l - s c a l e b e a m s w h i c h m a y n o t r e fl e c t t h e b e h a v i o r o f l a r g e - s c a l e b e a m s u s e d i n p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n s . 2 . 4 - 2 A n a l y t i c a l S t u d i e s T h e m o s t n o t a b l e a n a l y t i c a l s t u d i e s a r e t h o s e r e p o r t e d b y D o t r e p p e a n d F r a n s s e n ( 1 9 8 5 ) , E l l i n g w o o d a n d L i n ( 1 9 9 1 ) , K a n g a n d H o n g ( 2 0 0 4 ) , a n d S h i e t a l . ( 2 0 0 4 ) . D o t r e p p e a n d F r a n s s e n ( 1 9 8 5 ) d e v e l o p e d a fi n i t e e l e m e n t b a s e d n u m e r i c a l m o d e l t o t r a c e t h e b e h a v i o r 0 f R C b e a m s u n d e r fi r e . T h e N e w t o n - R a p h s o n p r o c e d u r e w a s u s e d t o p e r f o r m t h e i t e r a t i v e n o n l i n e a r s t r u c t u r a l a n a l y s i s . T h e m o d e l d i d n o t c o n s i d e r c r i t i c a l f a c t o r s s u c h a s c o n c r e t e s p a l l i n g , c r e e p a n d t r a n s i e n t s t r a i n s a n d a x i a l r e s t r a i n t t h a t s i g n i fi c a n t l y i n fl u e n c e t h e b e h a v i o r u n d e r fi r e c o n d i t i o n s . E l l i I l g w o o d a n d L i n ( 1 9 9 1 ) d e v e l o p e d a m a t h e m a t i c a l m o d e l f o r t r a c i n g t h e t h e r m a l a n d S t r u C t u r a l r e s p o n s e o f R C b e a m s e x p o s e d t o fi r e . T h e fi n i t e e l e m e n t m e t h o d w a s a p p l i e d 3 7 f o r b o t h t h e r m a l a n d s t r u c t u r a l a n a l y s i s . T h e m o d e l a c c o u n t e d f o r d i f f e r e n t s t r a i n c o m p o n e n t s i n c o n c r e t e , b u t d i d n o t a c c o u n t f o r c r e e p o f r e i n f o r c i n g s t e e l . A l s o , t h e m o d e l i g n o r e d c o n c r e t e s p a l l i n g , a x i a l r e s t r a i n t f o r c e , s t r a i n h a r d e n i n g i n s t e e l r e i n f o r c e m e n t a n d t e n s i l e s t r e n g t h o f c o n c r e t e . I n a d d i t i o n , t h e m o d e l w a s n o t f u l l y v a l i d a t e d o v e r t h e w h o l e r a n g e o f b e h a v i o r . K a n g a n d H o n g ( 2 0 0 4 ) p r o p o s e d a n u m e r i c a l m o d e l f o r t r a c i n g t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s . T h e r m a l a n a l y s i s w a s p e r f o r m e d u s i n g t h e fi n i t e e l e m e n t m e t h o d . F o r s t r u c t u r a l a n a l y s i s , t o o b t a i n t h e s e c t i o n a l r e s p o n s e , t h e m o d e l a s s u m e d t h e t h e r m a l s t r a i n t o v a r y l i n e a r l y a c r o s s t h e d e p t h o f t h e b e a m . T h e e f f e c t o f a n o n l i n e a r t h e r m a l s t a i n d i s t r i b u t i o n w a s a c c o u n t e d f o r b y i n t r o d u c i n g a n a d d i t i o n a l s e l f - e q u i l i b r a t i n g s t r a i n . T h e n B e m o u l l i - N a v i e r b e a m t h e o r y w a s a p p l i e d t o t r a c e t h e r e s p o n s e o f t h e w h o l e b e a m . T h e i r m o d e l d o e s n o t c o n s i d e r d i f f e r e n t fi r e s c e n a r i o s , c o n c r e t e s p a l l i n g , a x i a l r e s t r a i n t f o r c e , t e n s i l e s t r e n g t h o f c o n c r e t e , a n d v a r i o u s s t r a i n c o m p o n e n t s . A l s o , t h e m o d e l w a s n o t f u l l y v a l i d a t e d f o r v a r i o u s s c e n a r i o s . S h i e t a l . ( 2 0 0 4 ) d e v e l o p e d a s i m p l i fi e d m o d e l t o p r e d i c t t h e b e h a v i o r o f R C b e a m s e x p o s e d t o fi r e . T h i s m o d e l w a s d e v e l o p e d b a s e d o n a s e c t i o n a l a n a l y s i s a p p r o a c h . T h e l o a d c a r r y i n g c a p a c i t y o f t h e b e a m w a s e s t i m a t e d b y a n a l y z i n g t h e c r i t i c a l s e c t i o n . T h e m o d e l i n c l u d e d o n l y s t r u c t u r a l a n a l y s i s , a n d t h u s a h e a t t r a n s f e r a n a l y s i s w a s n o t c o n s i d e r e d . F o r t h e s t r u c t u r a l a n a l y s i s , t h e t e m p e r a t u r e s w e r e a s s u m e d s i m i l a r t o t h e v a l u e s m e a s u r e d i n fi r e t e s t s c o n d u c t e d b y S h i e t a l . ( 2 0 0 4 ) . T h e m o d e l d o e s n o t a c c o u n t f o r i m p o r t a n t f a c t o r s s u c h a s r e s t r a i n t e f f e c t s , c o n c r e t e s p a l l i n g , a n d fi r e s c e n a r i o . I n a d d i t i o n , t h e m o d e l i s u n a b l e t o p r e d i c t t h e t e m p e r a t u r e d i s t r i b u t i o n w i t h i n t h e c r o s s - s e c t i o n o r t h e d e fl e c t i o n s i n t h e b e a m . 3 8 F i n i t e e l e m e n t b a s e d s p e c i a l p u r p o s e c o m p u t e r m o d e l s s u c h a s S A F I R , w h i c h w a s d e v e l o p e d a t t h e U n i v e r s i t y o f L i e g e i n B e l g i u m ( F r a n s s e n e t a l . 2 0 0 4 ) , c a n b e a p p l i e d f o r fi r e r e s i s t a n c e a n a l y s i s o f R C b e a m s . S A F I R , w h i c h u n d e r t a k e s c o u p l e d o r u n c o u p l e d t h e r m a l a n d s t r u c t u r a l a n a l y s i s , i s c a p a b l e o f m o d e l i n g t h e b e h a v i o r o f o n e , t w o a n d t h r e e - d i m e n s i o n a l s t r u c t u r e s u n d e r fi r e c o n d i t i o n s . A l t h o u g h S A F I R c a n b e u s e d t o p r e d i c t t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s , t h e m o d e l d o e s n o t a c c o u n t f o r fi r e i n d u c e d s p a l l i n g o f c o n c r e t e . I n a d d i t i o n , v a r i o u s s t r a i n c o m p o n e n t s f o r c o n c r e t e a n d r e i n f o r c i n g s t e e l a r e n o t c o n s i d e r e d i n t h e a n a l y s i s . F u r t h e r , t h e m o d e l d o e s n o t a l l o w f o r m a t e r i a l c o n s t i t u t i v e r e l a t i o n s h i p s o t h e r t h a n t h o s e s p e c i fi e d i n t h e E u r o c o d e s . D e t a i l e d fi r e r e s p o n s e o f s t r u c t u r a l m e m b e r s c a n a l s o b e a s s e s s e d t h r o u g h t h e u s e o f g e n e r a l p u r p o s e c o m m e r c i a l l y a v a i l a b l e m i c r o s c o p i c fi n i t e e l e m e n t b a s e d c o m p u t e r s m o d e l s s u c h a s A N S Y S a n d A B A Q U S . I n a l l t h e s e m i c r o s c o p i c fi n i t e e l e m e n t m o d e l s , R C s t r u c t u r a l m e m b e r s a r e g e n e r a l l y d i s c r e t i z e d i n a o n e , t w o o r t h r e e d i m e n s i o n a l m e s h . C o u p l e d ( o r u n c o u p l e d ) t h e r m a l a n d s t r u c t u r a l a n a l y s e s a r e c a r r i e d o u t t o t r a c e t h e fi r e b e h a v i o r o f R C m e m b e r s . H o w e v e r , t h e l e v e l o f a n a l y s i s a s s o c i a t e d w i t h t h e s e m i c r o s c o p i c fi n i t e e l e m e n t m o d e l s i s c o m p l e x , r e q u i r e s s i g n i fi c a n t e f f o r t a n d t h e r e s u l t s a r e d i f fi c u l t t o i n t e r p r e t . A l t h o u g h s u c h m e t h o d s a r e c a p a b l e o f a c c o u n t i n g f o r h i g h t e m p e r a t u r e m a t e r i a l p r o p e r t i e s , v a r i o u s s t r a i n c o m p o n e n t s a n d d i f f e r e n t f a i l u r e c r i t e r i a ( s t r e n g t h a n d d e fl e c t i o n s ) , n o n e o f t h e m i c r o s c o p i c fi n i t e e l e m e n t m o d e l s i s c a p a b l e o f m o d e l i n g fi r e i n d u c e d s p a l l i n g o f c o n c r e t e . F u r t h e r , t h e c o n s t i t u t i v e r e l a t i o n s h i p s f o r c o n c r e t e a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e i n m o r e t h a n o n e d i m e n s i o n a r e n o t w e l l e s t a b l i s h e d . T h i s m a k e s t h e t h r e e d i m e n s i o n a l m o d e l i n g o f l i m i t e d u s e . 3 9 T h e a b o v e r e v i e w o f t h e r e p o r t e d a n a l y t i c a l s t u d i e s a n d t h e c u r r e n t l y a v a i l a b l e c o m p u t e r p r o g r a m s r e v e a l s a n u m b e r o f l i m i t a t i o n s a n d d r a w b a c k s . S p e c i fi c a l l y , m o s t o f t h e m o d e l s a r e n o t f u l l y v a l i d a t e d o v e r t h e e n t i r e r a n g e o f b e h a v i o r . A l s o , t h e y d o n o t a c c o u n t f o r i m p o r t a n t f a c t o r s s u c h a s fi r e s c e n a r i o , f a i l u r e c r i t e r i o n , c o n c r e t e s t r e n g t h a n d l o a d l e v e l . A l s o , t h e a b o v e a n a l y t i c a l s t u d i e s f o c u s e d o n l y o n t h e b e h a v i o r o f R C b e a m s f a b r i c a t e d w i t h N S C . T h e y w e r e n o t v a l i d a t e d f o r H S C b e a m s . 2 . 5 M a t e r i a l P r o p e r t i e s a t E l e v a t e d T e m p e r a t u r e s 2 . 5 . 1 G e n e r a l T h e fi r e r e s p o n s e o f R C m e m b e r s i s i n fl u e n c e b y t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f c o n s t i t u e n t m a t e r i a l s , n a m e l y , c o n c r e t e a n d r e i n f o r c i n g s t e e l . T h e s e i n c l u d e : ( a ) t h e r m a l p r o p e r t i e s ( b ) m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s ( c ) d e f o r m a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s a n d ( ( 1 ) m a t e r i a l s p e c i fi c c h a r a c t e r i s t i c s s u c h a s s p a l l i n g i n c o n c r e t e . T h e t h e r m a l p r o p e r t i e s d e t e r m i n e t h e e x t e n t o f h e a t t r a n s f e r t o t h e s t r u c t u r a l m e m b e r , w h e r e a s t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s d e t e r m i n e t h e e x t e n t o f s t r e n g t h l o s s a n d s t i f f n e s s d e t e r i o r a t i o n o f t h e m e m b e r . T h e d e f o r m a t i o n p r o p e r t i e s ( i n c o n j u n c t i o n w i t h t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s ) d e t e r m i n e t h e d e f o r m a t i o n s a n d s t r a i n s i n s t r u c t u r a l m e m b e r s . I n a d d i t i o n , fi r e i n d u c e d s p a l l i n g c a n p l a y a s i g n i fi c a n t r o l e i n t h e p e r f o r m a n c e o f R C m e m b e r s f a b r i c a t e d w i t h s o m e t y p e s o f c o n c r e t e . A l l o f t h e s e m a t e r i a l p r o p e r t i e s a n d c h a r a c t e r i s t i c s v a r y a s a f u n c t i o n o f t e m p e r a t u r e a n d d e p e n d o n t h e c o m p o s i t i o n a n d c h a r a c t e r i s t i c s o f c o n c r e t e a s w e l l a s t h o s e o f t h e r e i n f o r c i n g s t e e l ( K o d u r e t a 1 . 2 0 0 8 ) . T h e t h e r m a l p r o p e r t i e s t h a t i n fl u e n c e t h e t e m p e r a t u r e r i s e a n d d i s t r i b u t i o n i n a n R C m e m b e r a r e t h e r m a l c o n d u c t i v i t y , s p e c i fi c h e a t , a n d m a s s l o s s f o r c o n c r e t e a n d 4 0 r e i n f o r c i n g s t e e l . T h e m e c h a n i c a l p r O p e r t i e s t h a t d e t e r m i n e t h e fi r e p e r f o r m a n c e o f R C m e m b e r s a r e s t r e n g t h , a n d m o d u l u s o f e l a s t i c i t y o f t h e c o n s t i t u e n t m a t e r i a l s . T h e d e f o r m a t i o n p r o p e r t i e s a r e t h e r m a l e x p a n s i o n , c r e e p o f c o n c r e t e a n d s t e e l , a n d t r a n s i e n t s t r a i n o f t h e c o n c r e t e . C r e e p , o f t e n r e f e r r e d t o a s c r e e p s t r a i n , i s d e fi n e d a s t h e t i m e - d e p e n d e n t p l a s t i c d e f o r m a t i o n o f t h e m a t e r i a l . A t n o r m a l s t r e s s e s a n d a m b i e n t t e m p e r a t u r e s , t h e d e f o r m a t i o n d u e t o c r e e p m a y n o t b e s i g n i fi c a n t . A t h i g h e r s t r e s s l e v e l s a n d e x t r e m e t e m p e r a t u r e s , h o w e v e r , t h e r a t e o f d e f o r m a t i o n c a u s e d b y c r e e p c a n b e s u b s t a n t i a l . T h e m a i n f a c t o r s t h a t i n fl u e n c e c r e e p a r e t e m p e r a t u r e , s t r e s s l e v e l , a n d t h e i r d u r a t i o n . I n a d d i t i o n t o t h e r m a l , m e c h a n i c a l , a n d d e f o r m a t i o n p r o p e r t i e s , fi r e i n d u c e d s p a l l i n g i n c o n c r e t e i n fl u e n c e s t h e fi r e p e r f o r m a n c e o f a c o n c r e t e s t r u c t u r e . F o r p r e d i c t i n g s u c h s p a l l i n g , a d d i t i o n a l p r o p e r t i e s s u c h a s p o r o s i t y a n d p e r m e a b i l i t y o f c o n c r e t e a r e r e q u i r e d . A l l o f t h e a b o v e m a t e r i a l p r o p e r t i e s v a r y a s a fi r n c t i o n o f t e m p e r a t u r e a n d m u s t b e p r o p e r l y a c c o u n t e d f o r i n t r a c i n g t h e fi r e r e s p o n s e o f R C m e m b e r s . F u r t h e r , t h e v a r i a t i o n o f m a n y o f p r o p e r t i e s a n d m a t e r i a l c h a r a c t e r i s t i c s a t h i g h - t e m p e r a t u r e s i s o f t e n q u i t e s e n s i t i v e t o s m a l l c h a n g e s i n t h e c o n c r e t e i n g r e d i e n t s a n d e n v i r o n m e n t a l c o n d i t i o n s ( e . g . , h u m i d i t y a n d t e m p e r a t u r e r i s e ) . A s a n i l l u s t r a t i o n , t h e t h e r m a l p r o p e r t i e s a r e i n fl u e n c e d b y t h e t y p e o f a g g r e g a t e a n d c o m p o s i t i o n o f t h e c o n c r e t e m i x ( F l y n n 1 9 9 9 ) . T h i s s e c t i o n p r o v i d e s a r e v i e w o n h i g h t e m p e r a t u r e p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e a n d r e i n f o r c i n g s t e e l . 4 1 2 . 5 . 2 C o n c r e t e P r o p e r t i e s 2 . 5 . 2 . 1 T h e r m a l P r o p e r t i e s T h e r m a l p r o p e r t i e s t h a t i n fl u e n c e o n t h e t h e r m a l r e s p o n s e o f c o n c r e t e s t r u c t u r e s a r e t h e r m a l c o n d u c t i v i t y , s p e c i fi c h e a t ( o r h e a t c a p a c i t y ) , a n d m a s s l o s s . T h e r e h a v e b e e n l i m i t e d t e s t p r o g r a m s f o r c h a r a c t e r i z i n g h i g h t e m p e r a t u r e t h e r m a l p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e ( K o d u r a n d S u l t a n 2 0 0 3 , S h i n e t a l . 2 0 0 2 , V a n e t a l . 1 9 9 6 , V a n e t a l . 1 9 9 7 , L i e a n d K o d u r 1 9 9 5 a , L i e a n d K o d u r 1 9 9 6 a n d S a a d e t a l . 1 9 9 6 ) . B a s e d o n t h e t e s t d a t a , e m p i r i c a l f o r m u l a e f o r t h e r m a l p r o p e r t i e s o f d i f f e r e n t t y p e s o f c o n c r e t e h a v e b e e n d e v e l o p e d ( A S C E 1 9 9 2 , K o d u r a n d S u l t a n 2 0 0 3 , L i e a n d K o d u r 1 9 9 6 , E u r o c o d e 2 2 0 0 4 ) . F i g u r e 2 . 1 2 i l l u s t r a t e s t h e v a r i a t i o n i n t h e r m a l c o n d u c t i v i t y o f N S C p l o t t e d a s a f u n c t i o n o f t e m p e r a t u r e , w h i l e F i g u r e 2 . 1 3 s h o w s h e a t c a p a c i t y o f N S C . T h e t e s t d a t a i s c o m p i l e d fi o m d i f f e r e n t s t u d i e s ( K o d u r a n d S u l t a n 2 0 0 3 , S h i n e t a l . 2 0 0 2 , L i e a n d K o d u r 1 9 9 5 a , L i e a n d K o d u r 1 9 9 6 , H a r a d a e t a l . 1 9 7 2 , H a r m a t h y a n d A l l e n 1 9 7 3 , H a r m a t h y 1 9 7 0 ) . T h e l a r g e v a r i a t i o n i n t h i s d a t a c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e d i f f e r e n c e s i n t e s t m e t h o d s , c o n d i t i o n s , p r o c e d u r e s a n d m e a s u r e m e n t t e c h n i q u e s . I t c a n b e s e e n fi o m F i g u r e 2 . 1 3 t h a t t h e a g g r e g a t e t y p e h a s a s i g n i fi c a n t i n fl u e n c e o n t h e t h e r m a l c a p a c i t y o f c o n c r e t e . T h e h i g h h e a t c a p a c i t y f o r c a r b o n a t e a g g r e g a t e c o n c r e t e i n t h e t e m p e r a t u r e r a n g e 6 0 0 - 8 0 0 ° C i s c a u s e d b y t h e e n d o t h e r m i c r e a c t i o n , w h i c h r e s u l t s f r o m t h e d e c o m p o s i t i o n o f d o l o m i t e a n d a b s o r b s a l a r g e a m o u n t o f e n e r g y . T h i s h i g h h e a t c a p a c i t y i n c a r b o n a t e a g g r e g a t e c o n c r e t e h e l p s t o m i n i m i z e s p a l l i n g a n d e n h a n c e fi r e r e s i s t a n c e . V e r y f e w s t u d i e s h a v e b e e n c a r r i e d o u t t o c h a r a c t e r i z e o t h e r h i g h - t e m p e r a t u r e p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e , s u c h a s d e n s i t y v a r i a t i o n s a n d p o r o s i t y s t r u c t u r e . T h e s e t e s t s u s u a l l y c a m e a l o n g w i t h e l e m e n t a l t e s t s , a n d w e r e n o t c h a r a c t e r i z e d f o r p e r f o r m a n c e - b a s e d d e s i g n ( d u e 4 2 t o t h e f a c t t h a t t e s t c o n d i t i o n s , h e a t i n g r a t e s a n d o t h e r p a r a m e t e r s w e r e n o t w e l l r e p o r t e d f o r t h e s e t e s t s ) . T h e r e f o r e , s u c h p r o p e r t i e s w e r e n o t a d d r e s s e d p r o p e r l y i n t h e l i t e r a t u r e . T e s t d a t a g e n e r a t e d f r o m t h e a b o v e s t u d i e s h a v e b e e n u s e d t o d e v e l o p c o n s t i t u t i v e m o d e l s , s u c h a s t h o s e s p e c i fi e d i n t h e A S C E m a n u a l ( 1 9 9 2 ) a n d E u r o c o d e 2 ( 2 0 0 4 ) , f o r t h e t e m p e r a t u r e d e p e n d e n t t h e r m a l p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e . T h e r m a l c o n d u c t i v i t y a n d h e a t c a p a c i t y fi o m t h e a v a i l a b l e c o n s t i t u t i v e m o d e l s i n E u r o c o d e 2 ( 2 0 0 4 ) a n d t h e A S C E M a n u a l o f P r a c t i c e ( 1 9 9 2 ) a r e a l s o p l o t t e d i n t h e F i g u r e s 2 . 1 2 a n d 2 . 1 3 . T h e h i g h - t e m p e r a t u r e c o n s t i t u t i v e m o d e l s f o r t h e r m a l p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e a r e p r e s e n t e d i n T a b l e A . 1 i n t h e A p p e n d i x . T h e s e p r o p e r t i e s a r e g e n e r a l l y e x p r e s s e d a s a f u n c t i o n o f t e m p e r a t u r e i n t h e E u r o c o d e , a n d a s a f u n c t i o n o f a g g r e g a t e t y p e a n d t e m p e r a t u r e i n t h e A S C E M a n u a l . W h i l e t h e A S C E c o n s t i t u t i v e m o d e l a c c o u n t s f o r t h e i n c r e a s e i n h e a t c a p a c i t y t h a t o c c u r s f o r c a r b o n a t e a g g r e g a t e c o n c r e t e i n t h e r a n g e 6 0 0 - 8 0 0 ° C , t h e E u r o c o d e c o n s t i t u t i v e m o d e l i g n o r e s t h i s e f f e c t a n d h a s t h e s a m e h e a t c a p a c i t y c o n s t i t u t i v e m o d e l f o r b o t h s i l i c e o u s a n d c a r b o n a t e a g g r e g a t e c o n c r e t e . T h e A S C E c o n s t i t u t i v e m o d e l d e s c r i b e s N S C o n l y , w h e r e a s t h e E u r o c o d e c o n s t i t u t i v e m o d e l w a s d e r i v e d f o r b o t h N S C a n d H S C . B a s e d o n e x p e r i m e n t a l s t u d i e s , K o d u r e t a l . ( 2 0 0 4 ) e x t e n d e d t h e A S C E c o n s t i t u t i v e m o d e l , a p p l i c a b l e f o r N S C , t o H S C ( s e e A p p e n d i x A , T a b l e A . l ) . R e c e n t s t u d i e s h a v e s h o w n t h a t t h e t h e r m a l c o n d u c t i v i t y a n d h e a t c a p a c i t y o f c o n c r e t e a r e a l s o d e p e n d e n t o n m o i s t u r e c o n t e n t a n d c o n c r e t e p o r o s i t y , n o t o n t e m p e r a t u r e a l o n e ( N a u s 2 0 0 6 , F l y n n 1 9 9 9 ) . S u c h i n t e r d e p e n d e n c i e s a r e n o t t a k e n i n t o c o n s i d e r a t i o n i n m o s t c o n s t i t u t i v e m o d e l s . T h e r e f o r e , t h e c u r r e n t h i g h t e m p e r a t u r e c o n s t i t u t i v e m o d e l s m a y n o t f u l l y r e p r e s e n t r e a l i s t i c t h e r m a l p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e . 4 3 2 . 5 . 2 . 2 M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s d u r i n g H e a t i n g P h a s e H i g h - t e m p e r a t u r e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e h a v e b e e n s t u d i e d m o r e w i d e l y t h a n t h e r m a l p r o p e r t i e s . T h e p r o p e r t y t e s t s w e r e c a r r i e d o u t i n t w o w a y s , n a m e l y , ( 1 ) h i g h t e m p e r a t u r e t e s t s , a n d ( 2 ) r e s i d u a l t e s t s . I n t h e h i g h t e m p e r a t u r e t e s t s , t h e r e s p o n s e w a s m e a s u r e d d u r i n g e x p o s u r e t o e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s ( L i e a n d K o d u r 1 9 9 6 , K h o u r y 2 0 0 6 a , K h o u r y 2 0 0 6 b , K h o u r y 2 0 0 6 c , C h e n g e t a 1 . 2 0 0 5 , W a n g e t a l . 2 0 0 3 , B a l e n d r a n e t a l . 2 0 0 3 , L a w s o n e t a l . 2 0 0 0 , C h a n e t a l . 1 9 9 9 , K h o u r y 1 9 9 6 , L i e a n d K o d u r 1 9 9 5 b , F u r u m u r a e t a 1 . 1 9 9 5 , C a s t i l l o a n d D u r r a n i 1 9 9 0 ) . I n t h e s e t e s t s , t h e s p e c i m e n s w e r e s u b j e c t e d t o v a r i o u s t e m p e r a t u r e i n c r e m e n t s . A f t e r a t t a i n i n g a s p e c i fi c t a r g e t t e m p e r a t u r e i n c o n c r e t e , t h e s p e c i m e n w a s l o a d e d t o f a i l u r e i n o r d e r t o m e a s u r e t h e m e c h a n i c a l r e s p o n s e . I n t h e r e s i d u a l t e s t s , t h e r e s p o n s e w a s m e a s u r e d a f t e r e x p o s u r e t o e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s ( L a u a n d A n s o n 2 0 0 6 , C h a n g e t a l . 2 0 0 6 , N a s s i f 2 0 0 6 , X i a o e t a l . 2 0 0 6 , F u e t a l . 2 0 0 5 , S a v v a e t a l . 2 0 0 5 , L i e t a l . 2 0 0 4 , F e l i c e t t i e t a l . 1 9 9 6 , M o r i t a e t a l . 1 9 9 2 ) . I n s u c h t e s t s , t h e s p e c i m e n s w e r e s u b j e c t e d t o v a r i o u s t e m p e r a t u r e i n c r e m e n t s . A f t e r a t t a i n i n g a s p e c i fi c t a r g e t t e m p e r a t u r e i n t h e c o n c r e t e , t h e s p e c i m e n w a s c o o l e d t o r o o m t e m p e r a t u r e a n d t h e n l o a d e d t o f a i l u r e t o m e a s u r e i t s m e c h a n i c a l r e s p o n s e . T h e r e i s a g o o d a m o u n t o f h i g h - t e m p e r a t u r e t e s t d a t a o n t h e s t r e n g t h p r o p e r t i e s o f b o t h N S C a n d H S C w i t h d i f f e r e n t t y p e s o f a g g r e g a t e s . F i g u r e s 2 . 1 4 a n d 2 . 1 5 s h o w t h e v a r i a t i o n o f c o n c r e t e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h w i t h t e m p e r a t u r e f o r N S C a n d H S C , r e s p e c t i v e l y . F i g u r e 2 . 1 4 s h o w s a l a r g e b u t u n i f o r m v a r i a t i o n o f t h e c o m p i l e d t e s t d a t a f o r N S C t h r o u g h o u t t h e t e m p e r a t u r e r a n g e . H o w e v e r , F i g u r e 2 . 1 5 s h o w s a l a r g e r v a r i a t i o n i n t h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h w i t h t e m p e r a t u r e f o r 4 4 H S C i n t h e r a n g e 2 0 0 ° C t o 5 0 0 ° C , a n d l e s s v a r i a t i o n a b o v e 5 0 0 ° C . T h i s i s m a i n l y b e c a u s e f e w e r t e s t d a t a p o i n t s w e r e r e p o r t e d f o r t e m p e r a t u r e s h i g h e r t h a n 5 0 0 ° C e i t h e r d u e t o t h e o c c u r r e n c e o f s p a l l i n g o r d u e t o l i m i t a t i o n s i n t h e t e s t a p p a r a t u s . H o w e v e r , a w i d e r v a r i a t i o n i s o b s e r v e d f o r N S C i n t h i s t e m p e r a t u r e r a n g e ( a b o v e 5 0 0 ° C ) w h e n c o m p a r e d t o H S C a s s e e n f r o m F i g u r e s 2 . 1 4 a n d 2 . 1 5 . T h i s i s m a i n l y b e c a u s e o f t h e h i g h e r n u m b e r o f t e s t d a t a p o i n t s r e p o r t e d f o r N S C i n t h e l i t e r a t u r e a n d a l s o d u e t o t h e l o w e r t e n d e n c y o f N S C t o s p a l l u n d e r fi r e . T h e v a r i a t i o n s i n t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e a t h i g h - t e m p e r a t u r e s a r e q u i t e h i g h . T h e s e v a r i a t i o n s f r o m d i f f e r e n t t e s t s c a n b e a t t r i b u t e d t o u s i n g d i f f e r e n t h e a t i n g o r l o a d i n g r a t e s , s p e c i m e n c u r i n g , c o n d i t i o n a t t e s t i n g ( m o i s t u r e c o n t e n t a n d a g e o f s p e c i m e n ) , a n d t h e u s e o f a d m i x t u r e s . A m o n g t h e f a c t o r s t h a t d i r e c t l y a f f e c t t h e h i g h - t e m p e r a t u r e m e c h a n i c a l p r o p e r t y t e s t r e s u l t s a r e t h e i n i t i a l c u r i n g , m o i s t u r e c o n t e n t a t t h e t i m e o f t e s t i n g a n d t h e a d d i t i o n o f a d m i x t u r e s a n d s i l i c a f u m e t o t h e c o n c r e t e m i x . T h e s e f a c t o r s a r e n o t a d d r e s s e d i n t h e l i t e r a t u r e , a n d t h e r e i s n o t e s t d a t a t h a t s h o w s t h e i n fl u e n c e o f t h e s e f a c t o r s o n t h e h i g h - t e m p e r a t u r e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e . A n o t h e r m a i n r e a s o n i n g f o r t h e s i g n i fi c a n t v a r i a t i o n i n t h e h i g h - t e m p e r a t u r e p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e i s t h e u s e o f d i f f e r e n t t e s t i n g c o n d i t i o n s ( s u c h a s h e a t i n g r a t e a n d s t r a i n r a t e ) a n d t e s t p r o c e d u r e s ( h o t s t r e n g t h t e s t a n d r e s i d u a l s t r e n g t h t e s t ) d u e t o a l a c k o f s t a n d a r d i z e d t e s t m e t h o d s f o r c a r r y i n g o u t p r o p e r t y t e s t s . F u r t h e r , m u c h o f t h e d a t a r e p o r t e d i n t h e l i t e r a t u r e d o e s n o t p r o v i d e f u l l d e t a i l s o n t h e t y p e o f a g g r e g a t e , m o i s t u r e c o n t e n t , a n d h e a t i n g o r l o a d i n g r a t e s u n d e r w h i c h t h e t e s t s w e r e c o n d u c t e d . T h e r e f o r e , t h e c o n s t i t u t i v e m o d e l s d e v e l o p e d f r o m s u c h t e s t d a t a m a y n o t b e r e l i a b l e . 4 5 B a s e d o n t h e d a t a f r o m m e c h a n i c a l p r o p e r t y t e s t s , r e s e a r c h e r s h a v e p r o p o s e d d i f f e r e n t c o n s t i t u t i v e m o d e l s f o r h i g h t e m p e r a t u r e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e . T h e m o s t w i d e l y u s e d c o n s t i t u t i v e m o d e l s p r e s e n t i n t h e E u r o c o d e 2 ( 2 0 0 4 ) , A S C E M a n u a l o f P r a c t i c e ( 1 9 9 2 ) , a n d K o d u r e t a 1 . ( 2 0 0 4 ) a r e r e p r o d u c e d i n A p p e n d i x A T a b l e A . 1 . T h e A S C E m o d e l i s v a l i d f o r N S C , t h e E u r o c o d e m o d e l i s v a l i d f o r b o t h N S C a n d H S C , a n d t h e K o d u r e t a 1 . ( 2 0 0 4 ) m o d e l i s v a l i d f o r H S C . T h e s e r e l a t i o n s g i v e t h e r a t e o f d e g r a d a t i o n o f c o n c r e t e a s a f u n c t i o n o f t e m p e r a t u r e o n l y , a n d w i t h o u t a n y c o n s i d e r a t i o n t o v a r i a t i o n s i n o t h e r s i g n i fi c a n t p a r a m e t e r s s u c h a s r a t e o f l o a d i n g , h e a t i n g , a n d m a t e r i a l c o m p o s i t i o n . F i g u r e s 2 . 1 4 a n d 2 . 1 5 s h o w t h e v a r i a t i o n o f c o n c r e t e s t r e n g t h w i t h t e m p e r a t u r e f o r N S C a n d H S C , r e s p e c t i v e l y , a c c o r d i n g t o t h e m o d e l s i n E u r o c o d e 2 , A S C E 1 9 9 2 a n d K o d u r e t a l . ( 2 0 0 4 ) a n d f r o m t e s t d a t a r e p o r t e d i n t h e l i t e r a t u r e . I t c a n b e s e e n f r o m F i g u r e s 2 . 1 4 a n d 2 . 1 5 t h a t t h e r e i s a l a r g e v a r i a t i o n i n t h e r e p o r t e d t e s t d a t a a n d a l s o f r o m t h e d i f f e r e n t m o d e l s p r e s e n t i n A S C E , E u r o c o d e a n d K o d u r e t a l . ( 2 0 0 4 ) . F o r e x a m p l e , t h e r e d u c t i o n i n N S C c o m p r e s s i v e s t r e n g t h w i t h t e m p e r a t u r e b a s e d o n t h e A S C E m o d e l ( 1 9 9 2 ) s e e m s t o b e c l o s e r t o t h e u p p e r b o u n d o f t h e r e p o r t e d e x p e r i m e n t a l d a t a . H o w e v e r , t h e E u r o c o d e 2 ( 2 0 0 4 ) c u r v e f o r t h e s t r e n g t h r e d u c t i o n o f N S C i s c l o s e r t o t h e l o w e r b o u n d o f t h e r e p o r t e d t e s t r e s u l t s . P h a n a n d C a r i n o ( 2 0 0 3 ) r e v i e w e d t h e c u r r e n t h i g h - t e m p e r a t u r e c o n s t i t u t i v e m o d e l s f o r t h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f H S C a n d p r o p o s e d a l o w e r b o u n d m o d e l f o r t h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f H S C ( s h o w n i n F i g u r e 2 . 1 5 ) . H o w e v e r , e v e n t h i s m o d e l i s n o t c o n s e r v a t i v e t h r o u g h o u t t h e t e m p e r a t u r e r a n g e 1 0 0 - 5 0 0 ° C a s c a n b e s e e n f r o m F i g u r e 2 . 1 5 . O v e r a l l , t h e m o d e l p r o p o s e d i n E u r o c o d e 2 ( 2 0 0 4 ) f o r C l a s s 3 o f H S C g i v e s c o n s e r v a t i v e v a l u e s f o r c o n c r e t e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h r e d u c t i o n w i t h t e m p e r a t u r e . 4 6 T h e a b o v e r e v i e w c l e a r l y i l l u s t r a t e s t h e l a r g e v a r i a t i o n i n t h e a v a i l a b l e t e s t d a t a a n d c o n s t i t u t i v e r e l a t i o n s h i p s i n c o d e s a n d s t a n d a r d s f o r h i g h - t e m p e r a t u r e s t r e n g t h p r o p e r t i e s . C o n s e q u e n t l y , p e r f o r m a n c e - b a s e d d e s i g n u s i n g t h e s e m o d e l s i s e x p e c t e d t o p r o d u c e d i v e r s e fi r e r e s i s t a n c e p r e d i c t i o n s . H o w e v e r , K o d u r e t a l . ( 2 0 0 8 ) s h o w e d t h a t u s i n g t h e A S C E m o d e l ( w h i c h i s m o s t c o m m o n l y u s e d f o r fi r e r e s i s t a n c e e v a l u a t i o n i n N o r t h A m e r i c a ) p r o d u c e s b e t t e r fi r e r e s i s t a n c e p r e d i c t i o n s f o r N S C c o l u m n s w h e n c o m p a r e d t o t h e E u r o c o d e m o d e l . M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s d u r i n g C o o l i n g P h a s e U p o n c o o l i n g ( i n t h e d e c a y p h a s e o f t h e fi r e s c e n a r i o ) , c o n c r e t e c o n t i n u e s t o l o s e i t s s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s . T h i s c a n b e m a i n l y a t t r i b u t e d t o t h e h y d r a t i o n o f s o m e o f t h e d e h y d r a t e d c e m e n t c o m p o n e n t s u p o n c o o l i n g . T h e p r o d u c t s o f s u c h h y d r a t i o n a r e o f l a r g e r v o l u m e s t h a n t h o s e o f t h e o r i g i n a l c o m p o n e n t s . T h i s l e a d s t o f u r t h e r c r a c k i n g i n t h e c o n c r e t e . T h u s , t h e r e s i d u a l s t r e n g t h o f c o n c r e t e i s g e n e r a l l y l e s s t h a n t h e s t r e n g t h o f h e a t e d c o n c r e t e ( p r o v i d e d b o t h a r e h e a t e d t o t h e s a m e t e m p e r a t u r e ) . T h e r e s i d u a l s t r e n g t h o f c o n c r e t e i s i m p o r t a n t i n m o d e l i n g R C m e m b e r s e x p o s e d t o d e s i g n ( o r r e a l ) fi r e s c e n a r i o s w h e r e a c o o l i n g p h a s e a l w a y s e x i s t s . T h e l i t e r a t u r e r e v i e w s h o w s t h a t t h e r e i s a l a r g e v a r i a t i o n i n t h e r e s i d u a l s t r e n g t h o f c o n c r e t e a s s h o w n i n F i g u r e 2 . 1 6 . T h i s l a r g e v a r i a t i o n c a n b e a t t r i b u t e d t o u s i n g d i f f e r e n t h e a t i n g ( o r c o o l i n g ) o r l o a d i n g r a t e , s p e c i m e n a n d t e s t c o n d i t i o n s , a n d t h e u s e o f a d m i x t u r e s . C o d e s a n d s t a n d a r d s , s u c h a s E u r o c o d e 2 a n d A S C E m a n u a l , d o n o t s p e c i f y r e l a t i o n s h i p s f o r t h e r e s i d u a l s t r e n g t h o f c o n c r e t e a f t e r fi r e e x p o s u r e . T h u s , t h e b e s t fi t o f t h e r e p o r t e d t e s t d a t a , w h i c h i s g e n e r a l l y u s e d f o r e v a l u a t i n g t h e r e s i d u a l s t r e n g t h o f c o n c r e t e , i s p l o t t e d i n F i g u r e 2 . 1 6 ( K u m a r 2 0 0 4 ) 4 7 2 . 5 . 2 . 3 D e f o r m a t i o n P r o p e r t i e s D e f o r m a t i o n p r o p e r t i e s a r e h i g h l y d e p e n d e n t o n t h e c h e m i c a l c o m p o s i t i o n , t h e t y p e o f a g g r e g a t e a n d t h e c h e m i c a l a n d p h y s i c a l r e a c t i o n s t h a t m a y o c c u r i n t h e c o n c r e t e d u r i n g h e a t i n g ( S c h n e i d e r 1 9 8 8 ) . D e f o r m a t i o n p r o p e r t i e s i n c l u d e t h e r m a l e x p a n s i o n , c r e e p s t r a i n a n d t r a n s i e n t s t r a i n . T h e r m a l E x p a n s i o n T h e c o e f fi c i e n t o f t h e r m a l e x p a n s i o n r e p r e s e n t s t h e c h a n g e i n l e n g t h o f a m a t e r i a l d u e t o t e m p e r a t u r e c h a n g e s . T h e c o e f fi c i e n t o f t h e r m a l e x p a n s i o n , w h i c h i s d e fi n e d a s t h e c h a n g e i n a u n i t l e n g t h o f a m a t e r i a l c a u s e d b y a u n i t ( d e g r e e ) i n c r e a s e i n t e m p e r a t u r e , i s i m p o r t a n t a s a m e a s u r e o f t h e s t r u c t u r a l m o v e m e n t a n d t h e r m a l s t r e s s e s r e s u l t i n g f r o m t e m p e r a t u r e c h a n g e s ( K o d u r e t a l . 2 0 0 8 ) . D a t a f r o m t h e l i t e r a t u r e i n d i c a t e s t h a t t h e r e i s l a r g e v a r i a t i o n i n t h e m e a s u r e d t h e r m a l e x p a n s i o n o f c o n c r e t e a s s h o w n i n F i g u r e s 2 . 1 7 . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e f a c t t h a t t h e c o e f f i c i e n t o f t h e r m a l e x p a n s i o n o f c o n c r e t e i s a f f e c t e d b y t h e a g g r e g a t e t y p e a n d i t s c o m p o s i t i o n , m o i s t u r e c o n t e n t a n d m a n y o t h e r f a c t o r s . T h e t h e r m a l e x p a n s i o n o f s i l i c e o u s a g g r e g a t e c o n c r e t e i s g r e a t e r t h a n t h a t f o r c a r b o n a t e a g g r e g a t e c o n c r e t e . A t h i g h t e m p e r a t u r e s ( 6 0 0 ° C t o 8 0 0 ° C ) m o s t c o n c r e t e s n o l o n g e r e x h i b i t a n y e x p a n s i o n a n d i n s o m e c a s e s c o n t r a c t a s s h o w n i n F i g u r e 2 . 1 7 . C r e e p a n d T r a n s i e n t S t r a i n C r e e p i s d e fi n e d a s t h e t i m e - d e p e n d e n t p l a s t i c s t r a i n u n d e r c o n s t a n t s t r e s s a n d t e m p e r a t u r e . C r e e p s t r a i n s g e n e r a l l y o c c u r d u e t o t h e m o v e m e n t o f m o i s t u r e i n c o n c r e t e a n d t h u s a r e l a r g e l y i n fl u e n c e d b y c o n c r e t e t e m p e r a t u r e . A t r o o m t e m p e r a t u r e , t h e 4 8 m o v e m e n t o f m o i s t u r e i n c o n c r e t e i s l i m i t e d , a n d t h e r e f o r e c r e e p d e f o r m a t i o n s o c c u r a t a v e r y s l o w p a c e . H o w e v e r , a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s , s i g n i fi c a n t m o i s t u r e m o v e m e n t o c c u r s i n c o n c r e t e r e s u l t i n g i n l a r g e r c r e e p s t r a i n s . B e c a u s e c r e e p a f f e c t s s t r a i n , d e fl e c t i o n , a n d s t r e s s r e d i s t r i b u t i o n , i t p l a y s a n i m p o r t a n t r o l e i n t h e fi r e r e s p o n s e o f s t r u c t u r a l m e m b e r s . S i n c e h i g h t e m p e r a t u r e c a u s e s d e g r a d a t i o n o f t h e c o n c r e t e p r o p e r t i e s , c r e e p p r o p e r t i e s w i l l a l s o b e a f f e c t e d . A r e v i e w o f t h e l i t e r a t u r e s h o w s t h a t h i g h t e m p e r a t u r e c r e e p o f c o n c r e t e d e p e n d s o n m a n y f a c t o r s i n c l u d i n g t e m p e r a t u r e , l o a d i n g , a n d m i x p r o p o r t i o n s . T h e r e v i e w i n d i c a t e s t h a t c r e e p g e n e r a l l y i n c r e a s e s w i t h t e m p e r a t u r e . I t a l s o s h o w s t h a t l o w - m o d u l u s a g g r e g a t e s e x h i b i t e d i n c r e a s e d c r e e p d e f o r m a t i o n . C r e e p r a t e s w e r e f o u n d t o b e s i g n i f i c a n t l y h i g h e r a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s t h a n u n d e r a m b i e n t c o n d i t i o n s . I n a d d i t i o n , i t w a s f o u n d t h a t c r e e p i n c r e a s e s w i t h i n c r e a s i n g l o a d l e v e l . C o m p a r e d t o c r e e p s t r a i n , t r a n s i e n t s t r a i n o c c u r s d u r i n g t h e fi r s t t i m e t h a t c o n c r e t e i s h e a t e d u n d e r l o a d , b u t n o t u p o n s u b s e q u e n t h e a t i n g ( K h o u r y e t a 1 . 1 9 8 5 ) , a n d i s i n d e p e n d e n t o f t i m e . T r a n s i e n t s t r a i n i s e s s e n t i a l l y c a u s e d b y t h e t h e r m a l i n c o m p a t i b i l i t i e s b e t w e e n t h e a g g r e g a t e a n d t h e c e m e n t p a s t e ( P u r k i s s 2 0 0 7 ) . D u r i n g h e a t i n g o f c o n c r e t e , t h e r e a r e c o m p l e x c h a n g e s i n t h e m o i s t u r e c o n t e n t a n d c h e m i c a l c o m p o s i t i o n o f t h e c e m e n t p a s t e , a n d t h e r e i s a l s o a m i s m a t c h i n t h e r m a l e x p a n s i o n b e t w e e n t h e c e m e n t p a s t e a n d t h e a g g r e g a t e . S u c h m i s m a t c h e s l e a d t o i n t e r n a l s t r e s s e s a n d m i c r o - c r a c k i n g i n t h e c o n c r e t e c o n s t i t u e n t s ( a g g r e g a t e a n d c e m e n t p a s t e ) a n d r e s u l t s i n t r a n s i e n t s t r a i n i n t h e c o n c r e t e ( S c h n e i d e r 1 9 8 8 ) . A r e v i e w o f t h e l i t e r a t u r e s h o w s t h a t t h e r e i s v e r y l i m i t e d i n f o r m a t i o n o n c r e e p a n d t r a n s i e n t s t r a i n o f c o n c r e t e a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e ( K o d u r e t a l . 2 0 0 8 ) . H o w e v e r , b a s e d 4 9 o n t h e l i m i t e d a v a i l a b l e d a t a i n t h e l i t e r a t u r e , A n d e r b e r g a n d T h e l a n d e r s s o n ( 1 9 7 6 ) d e v e l o p e d c o n s t i t u t i v e m o d e l s f o r c r e e p a n d t r a n s i e n t s t r a i n i n c o n c r e t e a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s ( H a r m a t h y 1 9 9 3 ) . A c c o r d i n g t o t h e m , t h e c r e e p s t r a i n a n d t r a n s i e n t s t r a i n o f c o n c r e t e a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s a r e g i v e n b y t h e f o l l o w i n g t w o e q u a t i o n s , r e s p e c t i v e l y : 0 ' . _ 8 . , w r y — 7 7 % e d ” 2 9 3 ) [ 2 . 3 1 C , 0 ' E r r : k 2 f 2 0 8 1 h [ 2 - 4 ] C . w h e r e a c , = c r e e p s t r a i n , 8 , , = t r a n s i e n t s t r a i n , , 6 1 = 6 . 2 8 > < 1 0 ° 6 3 ' 0 5 , d = 2 . 6 5 8 > < 1 0 ° 3 K ' l , T = c o n c r e t e t e m p e r a t u r e ( K ) a t t i m e t ( 3 ) , j a r = c o n c r e t e s t r e n g t h a t t e m p e r a t u r e T , a n d 0 ' = s t r e s s i n t h e c o n c r e t e a t t h e c u r r e n t t e m p e r a t u r e , k 2 = a c o n s t a n t r a n g e s b e t w e e n 1 . 8 a n d 2 . 3 5 , 6 , } , = t h e r m a l s t r a i n , a n d f c , 2 0 = c o n c r e t e s t r e n g t h a t r o o m t e m p e r a t u r e . T h e s e f o r m u l a e g e n e r a l l y p r o d u c e r e a s o n a b l e e s t i m a t e s f o r h i g h t e m p e r a t u r e c r e e p a n d t r a n s i e n t s t r a i n s i n c o n c r e t e ( A n d e r b e r g a n d T h e l a n d e r s s o n 1 9 7 6 , H a r m a t h y 1 9 9 3 ) . 2 . 5 . 2 . 4 F i r e I n d u c e d S p a l l i n g G e n e r a l T h e o c c u r r e n c e o f s p a l l i n g i n c o n c r e t e m e m b e r s c a n b r o a d l y b e c l a s s i fi e d i n t o t h r e e s t a g e s , n a m e l y , e a r l y s p a l l i n g , i n t e r m e d i a t e s p a l l i n g , a n d l a t e s p a l l i n g . I n t y p i c a l R C m e m b e r s ( b e a m s a n d c o l u m n s ) , e a r l y s p a l l i n g c a n s t a r t i m m e d i a t e l y a f t e r fi r e e x p o s u r e ( 5 t o 1 0 m i n u t e s ) a n d c a n c o n t i n u e u p t o 3 0 t o 4 5 m i n u t e s . T h i s t y p e o f s p a l l i n g i s g e n e r a l l y a n e x p l o s i v e i n n a t u r e a n d o f t e n r e s u l t s d u e t o t h e d e v e l o p m e n t o f h i g h t h e r m a l g r a d i e n t s w i t h i n p a r t s ( s u r f a c e s c l o s e t o fi r e e x p o s u r e ) o f t h e c o n c r e t e m e m b e r s . E a r l y s p a l l i n g 5 0 r e s u l t s i n t h e b r e a k - u p o f l a r g e c h u n k s o f c o n c r e t e a n d t h u s m a y h a v e a d e t r i m e n t a l i n fl u e n c e o n t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C m e m b e r s , p a r t i c u l a r l y w h e n s p a l l i n g r e d u c e s t h e c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s t o t h e m a i n r e i n f o r c e m e n t . I n t e r m e d i a t e s p a l l i n g o c c u r s m i d - w a y t h r o u g h fi r e e x p o s u r e ( a b o u t 3 0 t o 4 5 m i n u t e s ) a n d r e s u l t s i n s u r f a c e s c a l i n g ( b r e a k i n g o f f o f s m a l l p i e c e s o f c o n c r e t e ) . T h i s c a n c o n t i n u e t h r o u g h t h e fi n a l s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e . S u c h s p a l l i n g h a s l e s s e f f e c t o n t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C m e m b e r s s i n c e i t g e n e r a l l y r e s u l t s i n a b r e a k - u p o f t h e t h i n l a y e r s o f c o n c r e t e . L a t e s p a l l i n g o c c u r s j u s t p r i o r t o f a i l u r e o f s t r u c t u r a l m e m b e r s a n d p r i m a r i l y r e s u l t s f r o m a s i g n i fi c a n t l o s s o f s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s o f t h e s t r u c t u r a l m e m b e r d u e t o p r o l o n g e d fi r e e x p o s u r e . T h i s s p a l l i n g h a s a m i n o r i n fl u e n c e o n t h e o v e r a l l fi r e r e s p o n s e o f R C m e m b e r s . S u c h t y p e o f s p a l l i n g o c c u r s e v e n i n r o o m t e m p e r a t u r e c o n d i t i o n s p r i o r t o f a i l u r e o f c o n c r e t e m e m b e r s . S p a l l i n g g e n e r a l l y r e s u l t s i n r e d u c e d c r o s s - s e c t i o n s a n d r a p i d s t r e n g t h l o s s , t h e r e b y l o w e r i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e o f a c o n c r e t e m e m b e r . A r e v i e w o f t h e l i t e r a t u r e i n d i c a t e s t h a t t h e m a i n f a c t o r s i n fl u e n c i n g fi r e i n d u c e d s p a l l i n g i n c o n c r e t e a r e m o i s t u r e c o n t e n t , c o n c r e t e p e r m e a b i l i t y , c o n c r e t e s t r e n g t h , fi r e s c e n a r i o ( r a t e o f h e a t i n g ) a n d s t r e s s l e v e l s ( P h a n 1 9 9 6 , P h a n e t a l . 2 0 0 0 , K o d u r a n d P h a n 2 0 0 7 ) . C o m p a r e d t o N S C , H S C h a s a h i g h e r s u s c e p t i b i l i t y t o fi r e i n d u c e d s p a l l i n g . T h i s i s p r o b a b l y b e c a u s e t h e l o w p e r m e a b i l i t y a n d t h e h i g h d e n s i t y o f H S C p r e v e n t w a t e r v a p o r f r o m e s c a p i n g a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s a n d l e a d s t o h i g h p o r e p r e s s u r e b u i l d u p , p r o d u c i n g s p a l l i n g . I n a d d i t i o n , H S C i s n o r m a l l y s u b j e c t e d t o h i g h e r s t r e s s l e v e l s t h a n N S C w h i c h m a y e n h a n c e t h e c o n d i t i o n s f o r fi r e i n d u c e d H S C s p a l l i n g . C a u s e s o f S p a l l i n g 5 1 A r e v i e w o f t h e l i t e r a t u r e p r e s e n t s a c o n fl i c t i n g p i c t u r e o n t h e o c c u r r e n c e o f s p a l l i n g a n d a l s o o n t h e e x a c t m e c h a n i s m . W h i l e s o m e r e s e a r c h e r s r e p o r t e d e x p l o s i v e s p a l l i n g i n c o n c r e t e s t r u c t u r a l m e m b e r s , a n u m b e r o f o t h e r s t u d i e s r e p o r t e d l i t t l e o r n o s i g n i fi c a n t s p a l l i n g . O n e p o s s i b l e e x p l a n a t i o n f o r t h i s c o n f u s i n g t r e n d o f o b s e r v a t i o n s i s t h e l a r g e n u m b e r o f f a c t o r s t h a t i n fl u e n c e s p a l l i n g a n d t h e i r i n t e r - d e p e n d e n c y . H o w e v e r , m o s t r e s e a r c h e r s a g r e e t h a t t h e m a j o r c a u s e s f o r s p a l l i n g i n c o n c r e t e a r e l o w c o n c r e t e p e r m e a b i l i t y o f c o n c r e t e a n d m o i s t u r e m i g r a t i o n a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s . T h e r e a r e t w o b r o a d t h e o r i e s b y w h i c h t h e s p a l l i n g p h e n o m e n o n c a n b e e x p l a i n e d ( K o d u r z o o o y P r e s s u r e b u i l d - u p : S p a l l i n g i s b e l i e v e d t o b e c a u s e d b y t h e b u i l d - u p o f p o r e p r e s s u r e d u r i n g h e a t i n g . H S C i s b e l i e v e d t o b e m o r e s u s c e p t i b l e t o t h i s p r e s s u r e b u i l d - u p t h a n N S C b e c a u s e o f i t s l o w p e r m e a b i l i t y . T h e e x t r e m e l y h i g h w a t e r v a p o r p r e s s u r e , g e n e r a t e d d u r i n g e x p o s u r e t o fi r e , c a n n o t e s c a p e d u e t o t h e h i g h d e n s i t y ( a n d l o w p e r m e a b i l i t y ) o f H S C . W h e n t h e e f f e c t i v e p o r e p r e s s u r e ( p o r o s i t y t i m e s p o r e p r e s s u r e ) e x c e e d s t h e t e n s i l e s t r e n g t h o f c o n c r e t e , c h u n k s o f c o n c r e t e f a l l o f f f r o m t h e s t r u c t u r a l m e m b e r a s s h o w n i n F i g u r e 2 . 1 8 . T h i s f a l l i n g o f f c a n o f t e n b e e x p l o s i v e d e p e n d i n g o n t h e fi r e a n d c o n c r e t e c h a r a c t e r i s t i c s ( H a r m a t h y 1 9 9 3 , A n d e r b e r g 1 9 9 7 ) . R e s t r a i n e d t h e r m a l d i l a t a t i o n : T h i s h y p o t h e s i s c o n s i d e r s t h a t s p a l l i n g r e s u l t s f r o m r e s t r a i n e d t h e r m a l d i l a t a t i o n c l o s e t o t h e h e a t e d s u r f a c e , w h i c h l e a d s t o t h e d e v e l o p m e n t o f c o m p r e s s i v e s t r e s s e s p a r a l l e l t o t h e h e a t e d s u r f a c e a s s h o w n i n F i g u r e 2 . 1 9 . T h e s e c o m p r e s s i v e s t r e s s e s a r e r e l e a s e d b y b r i t t l e f r a c t u r e s o f c o n c r e t e ( s p a l l i n g ) . T h e p o r e p r e s s u r e c a n p l a y a s i g n i fi c a n t r o l e i n t h e o n s e t o f i n s t a b i l i t y i n t h e f o r m o f e x p l o s i v e t h e r m a l s p a l l i n g ( B a z a n t 1 9 9 7 ) . 5 2 P r e v i o u s S t u d i e s o n F i r e I n d u c e d S p a l l i n g E x p e r i m e n t a l S t u d i e s I n t h e l a s t t w o d e c a d e s , t h e r e h a v e b e e n s e v e r a l e x p e r i m e n t a l s t u d i e s t o i n v e s t i g a t e fi r e i n d u c e d s p a l l i n g i n H S C . S o m e o f t h e s e s t u d i e s w e r e c o n d u c t e d o n s m a l l s c a l e s p e c i m e n s ( c y l i n d e r s ) ( P h a n 2 0 0 7 , H a n e t a l . 2 0 0 5 , H e r t z 2 0 0 3 , K a l i f a e t a l . 2 0 0 1 , P h a n e t a l . 2 0 0 0 ) . O t h e r s t u d i e s w e r e c o n d u c t e d o n b u i l d i n g c o m p o n e n t s ( c o l u m n s a n d c o n c r e t e b l o c k s ) s u c h a s t h o s e r e p o r t e d b y P a r k e t a l . ( 2 0 0 7 ) , K o d u r ( 2 0 0 3 b ) , K o d u r a n d M c G r a t h ( 2 0 0 3 ) , K o d u r e t a l . ( 2 0 0 3 ) , a n d B i l o d e a u e t a l . ( 2 0 0 4 ) . A l l t h e s e s t u d i e s h a v e s h o w n t h a t H S C i s m o r e s u s c e p t i b l e t o s p a l l i n g t h a n N S C . P h a n ( 2 0 0 7 ) i n v e s t i g a t e d t h e e f f e c t o f t e m p e r a t u r e i n d u c e d p o r e p r e s s u r e b u i l d u p a n d p o t e n t i a l f o r e x p l o s i v e s p a l l i n g i n c o n c r e t e . T h e p o r e p r e s s u r e m e a s u r e m e n t s w e r e c o n d u c t e d o n 1 0 0 x 2 0 0 x 2 0 0 m m b l o c k s h e a t e d t o 6 0 0 ° C a t t w o h e a t i n g r a t e s , n a m e l y , 5 ° C / m i n a n d 2 5 ° C / m i n . O t h e r f a c t o r s s u c h a s w a t e r - t o - c e m e n t i t i o u s - m a t e r i a l r a t i o ( w / c m ) , c u r i n g c o n d i t i o n , a n d a d d i t i o n o f p o l y p r o p y l e n e fi b e r s , o n t h e b u i l d u p o f p o r e p r e s s u r e i n h e a t e d c o n c r e t e w e r e a l s o i n v e s t i g a t e d . T h e s t u d y c o n c l u d e d t h a t s p a l l i n g o c c u r s i n H S C a t t e m p e r a t u r e s b e t w e e n 2 2 0 - 2 4 5 ° C . T h e s t u d y a l s o s h o w e d t h a t s p e c i m e n s w i t h h i g h w a t e r - c e m e n t r a t i o a n d w i t h l o w e r i n i t i a l m o i s t u r e c o n t e n t d e v e l o p e d l o w e r p o r e p r e s s u r e ( a n d t h u s w e r e l e s s p r o n e t o s p a l l i n g ) t h a n t h o s e w i t h l o w w a t e r - c e m e n t r a t i o o r l o w i n i t i a l m o i s t u r e c o n t e n t . F u r t h e r m o r e , t h e a d d i t i o n o f p o l y p r o p y l e n e ( P P ) fi b e r s c a u s e d a s i g n i fi c a n t r e d u c t i o n i n m a x i m u m p o r e p r e s s u r e a n d t h u s p r e v e n t e d e x p l o s i v e s p a l l i n g i n H S C s p e c i m e n s . H a n e t a l . ( 2 0 0 5 ) c o n d u c t e d fi r e t e s t s t o s t u d y t h e s p a l l i n g r e s i s t a n c e o f H P C , r e i n f o r c e d w i t h P P fi b e r s o r s h e e t m a t e r i a l a s l a t e r a l c o n fi n e m e n t . T h e c o n c r e t e s p e c i m e n s w e r e 1 0 0 5 3 m m x 2 0 0 m m c y l i n d e r s r e i n f o r c e d w i t h m e t a l f a b r i c s o f 0 . 6 m m a n d 1 . 6 m m i n t h i c k n e s s , o r w i t h g l a s s fi b e r s h e e t s . T h e s t u d y c o n c l u d e d t h a t t h e P P fi b e r s m i t i g a t e d s p a l l i n g o f H S C . M e t a l f a b r i c s i n c r e a s e d t h e r e s i s t a n c e t o s p a l l i n g b y t h e c o n fi n e m e n t e f f e c t , w h e r e a s g l a s s fi b e r s h e e t s w e r e i n e f f e c t i v e t o r e d u c e s p a l l i n g o f t h e H S C s p e c i m e n s . H e r t z ( 2 0 0 3 ) c o n d u c t e d fi r e t e s t s t o i l l u s t r a t e t h e i n fl u e n c e o f t h e r m a l s t r e s s e s o n s p a l l i n g o f d e n s e c o n c r e t e . T e n 6 0 0 x 6 0 0 x 2 0 m m 3 t i l e s m a d e o f d e n s e c o n c r e t e w e r e h e a t e d o v e r a l i m i t e d a r e a o f 2 0 0 x 2 0 0 m m 2 a t t h e c e n t e r o f o n e s i d e o f e a c h s p e c i m e n . A l l s p e c i m e n s w e r e h e a t e d u s i n g a s u d d e n e x p o s u r e f r o m a h o l e i n a n o v e n a t a c o n s t a n t t e m p e r a t u r e . H e r t z ( 2 0 0 3 ) c o n c l u d e d t h a t s p a l l i n g o f c o n c r e t e i s n o t e x p e c t e d i f t h e c o n c r e t e d o e s n o t c o n t a i n s m a l l p a r t i c l e s s u c h a s s i l i c a f u m e a n d i f t h e m o i s t u r e c o n t e n t i s l o w e r t h a n 3 % . H e a l s o f o u n d t h a t s p a l l i n g o c c u r s a t t e m p e r a t u r e s n e a r t h e c r i t i c a l t e m p e r a t u r e o f w a t e r ( t e m p e r a t u r e a t w h i c h a l l e v a p o r a b l e w a t e r i n c o n c r e t e b e c o m e s v a p o r ) w h i c h i s a b o u t 3 7 4 ° C . F u r t h e r , t h e r m a l s t r e s s e s s i g n i fi c a n t l y i n fl u e n c e d s p a l l i n g o f d e n s e c o n c r e t e . I n a d d i t i o n , h e c o n c l u d e d t h a t P P fi b e r s a r e e f f e c t i v e i n m i t i g a t i n g s p a l l i n g o f d e n s e c o n c r e t e . K a l i f a e t a l . ( 2 0 0 1 ) t e s t e d 1 2 0 - m m t h i c k R C s l a b s b y e x p o s i n g t h e m t o r a p i d h e a t i n g f r o m o n e s i d e t o i n v e s t i g a t e fi r e i n d u c e d H S C s p a l l i n g i n a P P - H S C m i x . A h e a t i n g r a t e o f 5 ° C / s e c w a s u s e d f o r t h e fi r s t t w o m i n u t e s a n d t h e n t h e t e m p e r a t u r e w a s k e p t a t 6 0 0 ° C . T e m p e r a t u r e a n d p o r e p r e s s u r e w e r e m e a s u r e d a t d i f f e r e n t l o c a t i o n s w i t h i n t h e s l a b . T h e s t u d y c o n c l u d e d t h a t p p fi b e r s i n c r e a s e d t h e p e r m e a b i l i t y a n d t h u s d e c r e a s e d t h e p o r e p r e s s u r e i n c o n c r e t e a t t h e e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s . T h e l o w e r p o r e p r e s s u r e r e d u c e s t h e p o t e n t i a l o f fi r e i n d u c e d s p a l l i n g i n c o n c r e t e . 5 4 P h a n e t a l . ( 2 0 0 0 ) r e p o r t e d t h e r e s u l t s o f a s t u d y o n t h e r e s i d u a l s t r e n g t h a n d s p a l l i n g o f H S C a n d N S C . C y l i n d e r s o f 1 0 2 m m x 2 0 4 m m w e r e f a b r i c a t e d f r o m c o n c r e t e w i t h c o m p r e s s i v e s t r e n g t h r a n g i n g f r o m 5 1 t o 9 3 M P a . T h e s p e c i m e n s w e r e h e a t e d a t a 5 ° C / m i n u t e r a t e s o t h a t t h e i r i n t e r n a l t e m p e r a t u r e r e a c h e d 4 5 0 ° C a n d c o o l e d d o w n t o b e t e s t e d f o r r e s i d u a l s t r e n g t h . S p a l l i n g w a s o b s e r v e d i n t h e s p e c i m e n s . I t w a s f o u n d t h a t H S C i s m o r e s u s c e p t i b l e t o s p a l l i n g t h a n N S C . P a r k e t a l . ( 2 0 0 7 ) c o n d u c t e d fi r e r e s i s t a n c e t e s t s o n H S C c o l u m n s t o i n v e s t i g a t e t h e e f f e c t o f t i e s p a c i n g a n d s e c t i o n s i z e o n fi r e i n d u c e d s p a l l i n g . T h e y t e s t e d fi v e R C c o l u m n s ( t h r e e o f 3 0 5 m m x 3 0 5 a n d t w o o f 5 0 0 m m x 5 0 0 m m c r o s s - s e c t i o n ) . T w o c o n c r e t e b a t c h e s w i t h c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f 6 9 M P a a n d 1 3 8 M P a , r e s p e c t i v e l y , w e r e u s e d i n f a b r i c a t i n g t h e c o l u m n s . B o t h c o n c r e t e b a t c h e s w e r e m a d e o f s i l i c e o u s a g g r e g a t e . T h e c o l u m n s w e r e l o a d e d w i t h 5 5 % o f t h e i r r o o m t e m p e r a t u r e c a p a c i t y a n d e x p o s e d t o t h e I S O 8 3 4 ( 1 9 7 1 ) s t a n d a r d t i m e t e m p e r a t u r e c u r v e . T h e m a i n fi n d i n g w a s t h a t fi r e i n d u c e d H S C s p a l l i n g i s s i g n i fi c a n t l y i n fl u e n c e d b y c r o s s - s e c t i o n a l s i z e a n d t i e s p a c i n g . K o d u r ( 2 0 0 3 b ) c a r r i e d o u t fi r e r e s i s t a n c e t e s t s o n a n u m b e r o f f u l l - s c a l e R C c o l u m n s . T h e t e s t v a r i a b l e s i n c l u d e d c o l u m n d i m e n s i o n s , c o n c r e t e s t r e n g t h , a g g r e g a t e t y p e , t i e c o n fi g u r a t i o n , a d d i t i o n o f fi b e r r e i n f o r c e m e n t , t y p e o f fi b e r , l o a d i n t e n s i t y a n d e c c e n t r i c i t y o f l o a d i n g . A l l c o l u m n s w e r e o f 3 8 1 0 m m l o n g . T h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f c o n c r e t e w a s b e t w e e n 3 4 M P a a n d 1 1 0 M P a , w i t h m o s t c o l u m n s b e i n g i n t h e r a n g e o f 8 0 — 1 0 0 M P a . T h e s t u d y s h o w e d H S C c o l u m n s a r e m o r e p r o n e t o s p a l l i n g t h a n N S C c o l u m n s . T h i s s t u d y a l s o s h o w e d t h a t s p a l l i n g o f c o n c r e t e i s i n fl u e n c e d b y m a n y f a c t o r s i n c l u d i n g m o i s t u r e c o n t e n t , c o n c r e t e d e n s i t y , h e a t i n g r a t e , s p e c i m e n d i m e n s i o n s , t i e s p a c i n g a n d c o n fi g u r a t i o n , fi b e r r e i n f o r c e m e n t , a g g r e g a t e t y p e a n d l o a d i n t e n s i t y . 5 5 K o d u r a n d M c G r a t h ( 2 0 0 3 ) i n v e s t i g a t e d t h e fi r e p e r f o r m a n c e o f H S C b y t e s t i n g s i x R C c o l u m n s . T h e m a i n f a c t o r s v a r i e d i n t h e t e s t i n c l u d e d c r o s s - s e c t i o n a l s i z e , a g g r e g a t e t y p e , a n d t i e c o n fi g u r a t i o n . T h e m a i n fi n d i n g s i n t h i s s t u d y w e r e t h a t H S C w a s m o r e p r o n e t o s p a l l i n g t h a n N S C a n d t h a t c a r b o n a t e a g g r e g a t e c o n c r e t e e x p e r i e n c e d l e s s s p a l l i n g t h a n s i l i c e o u s a g g r e g a t e c o n c r e t e . T h e s t u d y a l s o s h o w e d t h a t t h e t i e c o n fi g u r a t i o n ( b e n d i n g o f t i e s a t 1 3 5 ° , a n d p r o v i s i o n o f c r o s s t i e s ) , a n d c l o s e r t i e s p a c i n g r e d u c e d H S C s p a l l i n g . K o d u r e t a l . ( 2 0 0 3 ) c a r r i e d o u t fi r e t e s t s o n fi f t e e n R C c o l u m n s t o e v a l u a t e t h e i n fl u e n c e o f s t r e n g t h a n d fi b e r r e i n f o r c e m e n t o n t h e fi r e r e s i s t a n c e o f H S C c o l u m n s . T h e v a r i a b l e s c o n s i d e r e d i n c l u d e d c o n c r e t e s t r e n g t h , a g g r e g a t e t y p e , a n d fi b e r r e i n f o r c e m e n t ( s t e e l a n d p o l y p r o p y l e n e fi b e r s ) . H S C w a s f o u n d t o b e m o r e s u s c e p t i b l e t o s p a l l i n g t h a n N S C . T h e s t u d y s h o w e d t h a t P P a n d s t e e l fi b e r s r e d u c e d c o n c r e t e s p a l l i n g . I n a d d i t i o n , c a r b o n a t e a g g r e g a t e c o n c r e t e w a s m o r e r e s i s t a n t t o s p a l l i n g t h a n s i l i c e o u s a g g r e g a t e c o n c r e t e . B i l o d e a u e t a l . ( 2 0 0 4 ) i n v e s t i g a t e d t h e o p t i m u m a m o u n t o f P P fi b e r s t o b e a d d e d i n l i g h t w e i g h t H S C t o m i t i g a t e s p a l l i n g . T w e l v e c o n c r e t e b l o c k s w i t h 6 1 0 x 4 2 5 x 7 7 0 m m 3 s i z e w e r e c a s t f r o m t w e l v e d i f f e r e n t b a t c h e s o f c o n c r e t e . T h e c o n c r e t e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h r a n g e d b e t w e e n 5 9 . 1 - 7 0 . 8 M P a . T h e b l o c k s w e r e t e s t e d u n d e r h y d r o c a r b o n fi r e e x p o s u r e i n a f u r n a c e i n a c c o r d a n c e w i t h I S O 8 3 4 ( 1 9 7 5 ) . A f t e r t h e t e s t , s p a l l i n g o f c o n c r e t e i n t h e b l o c k s w a s e v a l u a t e d a n d c o r e s w e r e t a k e n f r o m t h e b l o c k s t o d e t e r m i n e t h e r e s i d u a l c o m p r e s s i v e s t r e n g t h . T h e s t u d y s h o w e d t h a t a b o u t 3 . 5 k g ( 0 . 7 5 % b y w e i g h t o f c e m e n t ) o f 2 0 m m P P fi b e r s w a s r e q u i r e d p e r c u b i c m e t e r o f c o n c r e t e t o m i t i g a t e s p a l l i n g i n l o w w a t e r / c e m e n t r a t i o c o n c r e t e . H o w e v e r , o n l y 1 . 5 k g ( 0 . 3 5 % b y w e i g h t o f c e m e n t ) w a s r e q u i r e d t o m i t i g a t e s p a l l i n g i f 1 2 . 5 m m P P fi b e r s w e r e u s e d . T h u s , t h e s t u d y s h o w e d t h a t 1 2 . 5 m m fi b e r s w e r e m o r e e f f e c t i v e i n m i t i g a t i n g s p a l l i n g o f H S C . 5 6 F u r t h e r , s p a l l i n g o f H S C l a r g e l y i n c r e a s e d w i t h t h e d e g r e e o f a b s o r p t i o n o f l i g h t w e i g h t a g g r e g a t e u s e d i n t h e c o n c r e t e . F r o m t h e s e e x p e r i m e n t a l s t u d i e s i t i s c l e a r t h a t s p a l l i n g o f c o n c r e t e i s a c o m p l e x p h e n o m e n o n t h a t d e p e n d s o n t h e f o l l o w i n g f a c t o r s : C o n c r e t e s t r e n g t h : H S C i s m o r e s u s c e p t i b l e t o s p a l l i n g t h a n N S C . C o n c r e t e m o i s t u r e c o n t e n t : m o i s t u r e c o n t e n t i n c r e a s e s t h e p o t e n t i a l f o r s p a l l i n g i n c o n c r e t e . C o n c r e t e d e n s i t y : t h e e x t e n t o f s p a l l i n g i s m u c h g r e a t e r w h e n t h e l i g h t w e i g h t a g g r e g a t e i s u s e d . H e a t i n g r a t e : a h i g h e r h e a t i n g r a t e i n c r e a s e s fi r e i n d u c e d c o n c r e t e s p a l l i n g . S p e c i m e n d i m e n s i o n s : t h e r i s k o f e x p l o s i v e t h e r m a l s p a l l i n g i n c r e a s e s w i t h s p e c i m e n s i z e . T i e c o n fi g u r a t i o n a n d s p a c i n g : s p a l l i n g i n H S C c o l u m n s c a n b e m i n i m i z e d b y p r o v i d i n g a n i m p r o v e d t i e c o n fi g u r a t i o n ( p r o v i s i o n o f b e n t t i e s a t 1 3 5 ° b a c k i n t o t h e c o r e o f t h e c o l u m n a n d i n c r e a s e d l a t e r a l r e i n f o r c e m e n t ) a n d w i t h a c l o s e r t i e s p a c i n g ( a t 0 . 7 5 t i m e s t h a t r e q u i r e d f o r t h e N S C c o l u m n s ) . F i b e r r e i n f o r c e m e n t : a d d i t i o n o f P P o r s t e e l fi b e r s r e d u c e s fi r e i n d u c e d H S C s p a l l i n g . T y p e o f a g g r e g a t e : c a r b o n a t e a g g r e g a t e c o n c r e t e i s l e s s p r o n e t o s p a l l i n g t h a n s i l i c e o u s a g g r e g a t e c o n c r e t e . A n a l y t i c a l S t u d i e s M o s t o f t h e a n a l y t i c a l s t u d i e s r e p o r t e d i n t h e l i t e r a t u r e i n d i c a t e t h a t fi r e i n d u c e d s p a l l i n g o c c u r s w h e n t h e i n t e r n a l p o r e p r e s s u r e e x c e e d s t h e t e n s i l e s t r e n g t h o f c o n c r e t e . 5 7 C a l c u l a t i o n o f t h e p o r e p r e s s u r e i n c o n c r e t e r e q u i r e s a h y d r o - t h e r m a l o r h y d r o - t h e r m o - m e c h a n i c a l a n a l y s i s . M o d e l s f o r h y d r o - t h e r m a l a n a l y s i s w e r e d e v e l o p e d b y T e n c h e v e t a l . ( 2 0 0 1 ) , Q i a n e t a l . ( 2 0 0 5 ) , T e n c h e v a n d P u m e l l ( 2 0 0 5 ) , G a w i n e t a l . ( 1 9 9 9 , 2 0 0 5 ) a n d W i t e k e t a l . ( 2 0 0 6 ) . T h e T e n c h e v e t a l . ( 2 0 0 1 ) m o d e l i s b a s e d o n c o n s e r v a t i o n o f m a s s a n d e n e r g y i n a c o n t r o l v o l u m e o f c o n c r e t e . I t a c c o u n t s f o r t h e d e h y d r a t i o n o f c e m e n t p a s t e a t h i g h t e m p e r a t u r e s . M o v e m e n t o f b o t h a i r a n d w a t e r v a p o r i s a s s u m e d t o f o l l o w D a r c y ’ s l a w . T h e i r m o d e l i s c a p a b l e o f p r e d i c t i n g t h e b u i l d u p o f p o r e p r e s s u r e i n s i d e c o n c r e t e e x p o s e d t o fi r e . H o w e v e r , t h e m o d e l i s n o t e x t e n d e d t o a c c o u n t f o r s p a l l i n g o r t h e u p d a t e d b o u n d a r y c o n d i t i o n s o f t h e c r o s s - s e c t i o n o n c e s p a l l i n g o c c u r s i n c o n c r e t e . T h e m o d e l a l s o i g n o r e s t h e m o b i l i t y o f l i q u i d w a t e r a n d t h e v a r i a t i o n o f c o n c r e t e p e r m e a b i l i t y w i t h t e m p e r a t u r e . Q i a n e t a l . ( 2 0 0 5 ) s u g g e s t e d a s i m p l e h y d r o - t h e r m a l m o d e l t o p r e d i c t t h e v a p o r p r e s s u r e i n s i d e c o n c r e t e . T h e i r m o d e l a s s u m e d d i f f u s i o n t o b e t h e d r i v i n g f o r c e f o r m o i s t u r e m o v e m e n t i n s i d e c o n c r e t e . T h e m o d e l i g n o r e d d e h y d r a t i o n o f c e m e n t p a s t e a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s , m o b i l i t y o f l i q u i d w a t e r a n d a i r , a i r p r e s s u r e , a n d v a r i a t i o n o f c o n c r e t e p e r m e a b i l i t y w i t h t e m p e r a t u r e . I n a d d i t i o n , t h e i s o t h e r m s ( t h e r e l a t i o n s b e t w e e n t h e a m o u n t o f l i q u i d w a t e r a n d p o r e p r e s s u r e a t c o n s t a n t t e m p e r a t u r e ) u s e d i n t h e m o d e l w e r e n o t r e p o r t e d . S i m i l a r t o t h e m o d e l d e v e l o p e d b y T e n c h e v e t a l . ( 2 0 0 1 ) , T e n c h e v a n d P u r n e l l ( 2 0 0 5 ) d e v e l o p e d a h y d r o - t h e r m o - m e c h a n i c a l m o d e l t o p r e d i c t fi r e i n d u c e d s p a l l i n g . T h e m o d e l w a s d e r i v e d b a s e d o n t h e p r i n c i p l e s o f m e c h a n i c s a n d t h e r m o d y n a m i c s a n d i t a c c o u n t s f o r c o u p l i n g b e t w e e n s t r e s s a n a l y s i s a n d p o r e p r e s s u r e c a l c u l a t i o n s . M o i s t u r e m i g r a t i o n a n d t h e e f f e c t o f c o n c r e t e d a m a g e a r e a l s o i n c l u d e d i n t h e m o d e l . H o w e v e r , i n t h i s m o d e l , 5 8 t o a c c u r a t e l y p r e d i c t fi r e i n d u c e d s p a l l i n g i n c o n c r e t e , m a t e r i a l p r o p e r t i e s s u c h a s t h e c o n c r e t e p e r m e a b i l i t y t e n s o r , d i f f u s i o n c o e f fi c i e n t s , m a t e r i a l s t i f fi r e s s t e n s o r , m u s t b e p r o v i d e d a s i n p u t d a t a . T h e s e p r o p e r t i e s v a r y a s a f u n c t i o n o f t e m p e r a t u r e a n d m a n y o f t h e m a r e n o t w e l l d e fi n e d , e v e n a t r o o m t e m p e r a t u r e . G a w i n e t a l . ( 1 9 9 9 , 2 0 0 5 ) a n d W i t e k e t a l . ( 2 0 0 6 ) d e v e l o p e d a h y d r o - t h e r m o - m e c h a n i c a l m o d e l t o p r e d i c t s p a l l i n g i n c o n c r e t e . T h e m o d e l a p p l i e s t h e c o n s e r v a t i o n o f m a s s , m o m e n t u m a n d e n e r g y p r i n c i p l e s f o r p o r e p r e s s u r e c a l c u l a t i o n s i n h e a t e d c o n c r e t e . T h e m o d e l a c c o u n t s f o r t h e m o b i l i t y o f w a t e r a n d t h e v a r i a t i o n o f t h e p e r m e a b i l i t y a s a f u n c t i o n o f t e m p e r a t u r e a n d p o r e p r e s s u r e . F o r s u c h m o d e l s t o a c c u r a t e l y p r e d i c t t h e s p a l l i n g o f c o n c r e t e , m a t e r i a l p r o p e r t i e s s u c h a s t h e c o n c r e t e p e r m e a b i l i t y t e n s o r , d i f f u s i o n c o e f fi c i e n t s , a n d t h e m a t e r i a l s t i f f n e s s t e n s o r m u s t b e p r e c i s e l y k n o w n . T h e s e p r o p e r t i e s v a r y a s a f u n c t i o n o f t e m p e r a t u r e . I n l i e u o f c o m p l e x h y d r o - t h e r m o - m e c h a n i c a l m o d e l s , K o d u r e t a l . ( 2 0 0 4 ) s u g g e s t e d a s i m p l i fi e d “ r u l e - o f - t h u m b ” a p p r o a c h f o r e s t i m a t i n g s p a l l i n g i n H S C c o l u m n s . T h i s a p p r o a c h w a s d e v e l o p e d b a s e d o n a c t u a l o b s e r v a t i o n s i n a l a r g e n u m b e r o f fi r e t e s t s o n R C c o l u m n s a n d c o r r e l a t e s t h e p o r e p r e s s u r e d e v e l o p m e n t w i t h t h e t e m p e r a t u r e r i s e . A c c o r d i n g l y , t h e e x t e n t o f s p a l l i n g i n H S C c a n b e c o m p u t e d b a s e d o n t h e f o l l o w i n g g u i d e l i n e s : 0 S p a l l i n g o c c u r s w h e n t h e t e m p e r a t u r e s i n a l a y e r o f a n H S C c o l u m n e x c e e d 3 5 0 ° C . 0 T h e e x t e n t o f s p a l l i n g i s i n fl u e n c e d b y t h e s t i r r u p c o n fi g u r a t i o n a d o p t e d f o r t h e b e a m a s f o l l o w s : . S p a l l i n g o c c u r s t h r o u g h o u t t h e c r o s s - s e c t i o n w h e n t h e s t i r r u p s a r e b e n t i n a c o n v e n t i o n a l p a t t e r n ( n o h o o k s ) . 5 9 ' S p a l l i n g o c c u r s o n l y o u t s i d e t h e r e i n f o r c e m e n t c a g e w h e n t h e s t i r r u p s a r e b e n t a t 1 3 5 ° i n t o t h e c o n c r e t e c o r e . 0 N o s p a l l i n g o c c u r s w h e n P P fi b e r s a r e p r e s e n t i n t h e c o n c r e t e m i x . 0 N o s p a l l i n g o c c u r s i n s i d e t h e r e i n f o r c e m e n t c o r e w h e n t h e s t i r r u p s p a c i n g i s 0 . 7 t i m e s t h e s t a n d a r d s p a c i n g . 0 W h e n s p a l l i n g o c c u r s , i t s e x t e n t d e p e n d s o n : ' T y p e o f a g g r e g a t e : t h e e x t e n t o f s p a l l i n g i s h i g h e r ( 1 0 0 % ) i n s i l i c e o u s a g g r e g a t e H S C t h a n t h a t f o r c a r b o n a t e a g g r e g a t e H S C ( 4 0 % ) . I P r e s e n c e o f s t e e l fi b e r s i n t h e c o n c r e t e m i x : t h e e x t e n t o f s p a l l i n g i n H S C c o l u m n s w i t h s t e e l fi b e r i s a b o u t 5 0 % . D u e t o s i g n i fi c a n t a p p r o x i m a t i o n s a s s o c i a t e d w i t h m o n i t o r i n g s p a l l i n g d u r i n g fi r e t e s t s , t h i s a p p r o a c h m a y n o t p r o v i d e a r e l i a b l e p r e d i c t i o n o f s p a l l i n g . F u r t h e r , t h e a p p r o a c h w a s d e v e l o p e d s p e c i fi c a l l y f o r R C c o l u m n s a n d m a y n o t b e a p p l i c a b l e f o r R C b e a m s . T h u s , t h e c u r r e n t l y a v a i l a b l e s p a l l i n g m o d e l s ( h y d r o - t h e r m o - m e c h a n i c a l m o d e l s a n d s i m p l i fi e d a p p r o a c h e s ) a r e o f l i m i t e d p r a c t i c a l u s e . C o d e s a n d S t a n d a r d s A r e v i e w o f t h e l i t e r a t u r e a l s o i n d i c a t e s t h a t t h e r e a r e l i m i t e d g u i d e l i n e s i n c u r r e n t c o d e s a n d s t a n d a r d s t o p r e d i c t fi r e i n d u c e d s p a l l i n g . T h e s p e c i fi c a t i o n s i n E u r o c o d e 2 ( 2 0 0 4 ) s t a t e t h a t s p a l l i n g i s u n l i k e l y t o o c c u r w h e n t h e m o i s t u r e c o n t e n t i n c o n c r e t e i s l o w e r t h a n 3 % w i t h o u t a n y d u e c o n s i d e r a t i o n s t o c o n c r e t e p e r m e a b i l i t y a n d t h e t e n s i l e s t r e n g t h o f c o n c r e t e . A C I 2 1 6 . 1 s t a n d a r d ( 2 0 0 7 ) d o e s n o t h a v e a n y s p e c i fi c a t i o n s f o r p r e d i c t i n g c o n c r e t e s p a l l i n g . H o w e v e r , t h i s s t a n d a r d p r o v i d e s s o m e g u i d e l i n e s f o r m i t i g a t i n g s p a l l i n g t h r o u g h t h e a d d i t i o n o f P P fi b e r s . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t t h e g u i d e l i n e s o n fi r e 6 0 i n d u c e d s p a l l i n g i n c u r r e n t c o d e s a r e m a i n l y d e r i v e d fi o m fi r e t e s t s o n s m a l l s p e c i m e n s . T h e y d o n o t a c c o u n t f o r m o i s t u r e m i g r a t i o n a n d p o r e p r e s s u r e b u i l d u p . T h e l a c k o f c a l c u l a t i o n m e t h o d o l o g i e s f o r p r e d i c t i n g s p a l l i n g i s o n e o f t h e m a i n r e a s o n s f o r s l o w p r o g r e s s i n d e v e l o p i n g e f f e c t i v e s p a l l i n g m i t i g a t i o n m e a s u r e s i n c o n c r e t e s t r u c t u r e s . 2 . 5 . 3 R e i n f o r c i n g S t e e l P r o p e r t i e s H i g h t e m p e r a t u r e p r o p e r t i e s o f r e i n f o r c i n g s t e e l t h a t i n fl u e n c e t h e fi r e r e s p o n s e o f c o n c r e t e s t r u c t u r e s a r e : t h e r m a l p r o p e r t i e s , m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s , d e f o r m a t i o n p r o p e r t i e s a n d s p e c i fi c p r o p e r t i e s s u c h a s b o n d s t r e n g t h . 2 . 5 . 3 . 1 T h e r m a l P r o p e r t i e s T h e t h e r m a l p r o p e r t i e s o f r e i n f o r c i n g s t e e l d e p e n d o n t h e t y p e a n d t e m p e r a t u r e o f t h e s t e e l . T h e s e p r o p e r t i e s i n c l u d e t h e r m a l c o n d u c t i v i t y a n d t h e r m a l c a p a c i t y . T h e t h e r m a l c o n d u c t i v i t y o f r e i n f o r c i n g s t e e l i s h i g h i n c o m p a r i s o n w i t h c o n c r e t e a n d t h u s h e a t i s d i s t r i b u t e d t h r o u g h s t e e l r e b a r s q u i t e r a p i d l y . I n a d d i t i o n , s t e e l r e i n f o r c e m e n t i s e m b e d d e d i n c o n c r e t e a n d i s o f v e r y s m a l l a r e a a s c o m p a r e d t o c o n c r e t e . F o r t h e s e r e a s o n s , i n fi r e r e s i s t a n c e c a l c u l a t i o n s s t e e l r e i n f o r c e m e n t i s g e n e r a l l y a s s u m e d t o b e a p e r f e c t c o n d u c t o r , w h i c h i m p l i e s t h a t t e m p e r a t u r e i s u n i f o r m w i t h i n t h e s t e e l a r e a , a n d t h u s d o n o t s e p a r a t e l y a c c o u n t f o r s t e e l r e i n f o r c e m e n t i n a t h e r m a l a n a l y s i s . A s t e m p e r a t u r e r i s e s , t h e t h e r m a l p r o p e r t i e s o f s t e e l b e c o m e m o r e d e p e n d e n t o n t e m p e r a t u r e a n d a r e i n fl u e n c e d l e s s b y t h e s t e e l c o m p o s i t i o n ( W i l l i a m s 2 0 0 4 ) . H o w e v e r , i t h a s b e e n s h o w n t h a t r e i n f o r c i n g s t e e l h a s a s m a l l i n fl u e n c e o n t h e t e m p e r a t u r e d i s t r i b u t i o n w i t h i n t h e R C c r o s s - s e c t i o n ( L i e a n d I r w i n 1 9 9 3 ) . T h u s , t h e r m a l p r o p e r t i e s o f r e i n f o r c i n g s t e e l a r e n o t v e r y i m p o r t a n t f o r p r e d i c t i n g t e m p e r a t u r e d i s t r i b u t i o n s i n R C m e m b e r s . 6 1 2 . 5 . 3 . 2 M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s M e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f r e i n f o r c i n g s t e e l i n c l u d e y i e l d s t r e n g t h , u l t i m a t e s t r e n g t h a n d m o d u l u s o f e l a s t i c i t y . T h e s e p r o p e r t i e s a r e g e n e r a l l y r e p r e s e n t e d b y t h e s t r e s s - s t r a i n - t e m p e r a t u r e r e l a t i o n s h i p s o f s t e e l . T h e l i t e r a t u r e r e v i e w s h o w s t h a t t h e r e i s a l a r g e v a r i a t i o n i n t h e y i e l d a n d u l t i m a t e s t r e n g t h o f s t e e l a s s h o w n i n F i g u r e 2 . 2 0 ( H a r m a t h y 1 9 9 3 ) . S o m e o f t h i s v a r i a t i o n i s d u e t o t h e v a r i a t i o n o f s t e e l c o m p o s i t i o n a n d t h e l a c k o f d e fi n i t i o n o f t h e y i e l d s t r e n g t h o f s t e e l ( B u c h a n a n 2 0 0 2 ) . T h e v a r i a t i o n o f y i e l d a n d u l t i m a t e s t r e n g t h o f r e i n f o r c i n g s t e e l a s a fi r n c t i o n o f t e m p e r a t u r e , s p e c i fi e d i n t h e A S C E M a n u a l ( 1 9 9 2 ) a r e a l s o s h o w n i n F i g u r e 2 . 2 0 . I t c a n b e s e e n t h a t t h e A S C E m o d e l f o l l o w s t h e l o w e r b o u n d y i e l d s t r e n g t h o f s t e e l . H o w e v e r , f o r u l t i m a t e s t r e n g t h , t h e A S C E m o d e l i s o v e r l y c o n s e r v a t i v e f o r t e m p e r a t u r e s b e l o w 5 0 0 ° C a n d u n c o n s e r v a t i v e f o r t e m p e r a t u r e s a b o v e 7 0 0 ° C . A r e v i e w o f t h e l i t e r a t u r e i n d i c a t e s t h a t r e i n f o r c i n g s t e e l r e c o v e r s n e a r l y a l l o f i t s o r i g i n a l y i e l d s t r e n g t h u p o n c o o l i n g a s l o n g a s h e a t i n g t e m p e r a t u r e s d o n o t e x c e e d 5 0 0 ° C ( N e v e s e t a l . 1 9 9 6 ) . H o w e v e r , f o r s t e e l h e a t e d t o t e m p e r a t u r e s a b o v e 5 0 0 ° C t h e r e s i d u a l s t r e n g t h s t a r t s t o d e c r e a s e g r a d u a l l y a s s h o w n i n F i g u r e 2 . 2 1 . T h e b e h a v i o r o f r e i n f o r c i n g s t e e l i n t h e c o o l i n g p h a s e i s c r u c i a l f o r m o d e l i n g t h e r e s p o n s e o f R C s t r u c t u r a l m e m b e r s e x p o s e d t o r e a l ( d e s i g n ) fi r e s c e n a r i o s . T h e h i g h - t e m p e r a t u r e c o n s t i t u t i v e m o d e l s f o r m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f r e i n f o r c i n g s t e e l a r e p r e s e n t e d i n t h e A p p e n d i x T a b l e A 3 . 2 . 5 . 3 . 3 D e f o r m a t i o n P r o p e r t i e s D e f o r m a t i o n p r o p e r t i e s o f r e i n f o r c i n g s t e e l i n c l u d e t h e r m a l s t r a i n a n d c r e e p s t r a i n . T h e t h e r m a l s t r a i n o f r e i n f o r c i n g s t e e l a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s i s d i r e c t l y r e l a t e d t o t h e t e m p e r a t u r e r i s e a n d g e n e r a l l y i n c r e a s e s w i t h t e m p e r a t u r e . B e t w e e n 6 5 0 - 8 1 5 ° C t h e r m a l 6 2 s t r a i n d e c r e a s e s , d u e t o a p h a s e t r a n s f o r m a t i o n i n t h e s t e e l , b e f o r e i n c r e a s i n g a g a i n . T h e v a r i a t i o n f o r t h e t h e r m a l s t r a i n a s a f u n c t i o n o f t e m p e r a t u r e a s p e r t h e A S C E M a n u a l ( 1 9 9 2 ) i s s h o w n i n F i g u r e 2 . 2 2 . C r e e p s t r a i n i s t h e g r a d u a l i n c r e a s e i n s t r a i n w i t h t i m e u n d e r a c o n s t a n t s t r e s s . C r e e p s t r a i n o c c u r s d u e t o t h e m o v e m e n t o f d i s l o c a t i o n s i n t h e s l i p p l a n e ( i n t h e m i c r o s t r u c t u r e o f s t e e l ) . N o r m a l l y , s t e e l ( m e t a l ) c o m p o s i t i o n c o n t a i n s a v a r i e t y o f d e f e c t s , f o r e x a m p l e s o l u t e a t o m s , t h a t a c t a s o b s t a c l e s t o d i s l o c a t i o n m o v e m e n t . A t r o o m t e m p e r a t u r e , t h e a m o u n t a n d d i s t r i b u t i o n o f t h e s e d e f e c t s r e m a i n s a l m o s t u n i f o r m a n d t h u s c r e e p s t r a i n s o c c u r a t a v e r y r a t e . H o w e v e r , a t h i g h t e m p e r a t u r e s , v a c a n c i e s i n t h e c r y s t a l s t r u c t u r e c a n d i f f u s e t o t h e l o c a t i o n s o f a d i s l o c a t i o n a n d c a u s e t h e d i s l o c a t i o n s t o m o v e f a s t e r t o a n a d j a c e n t s l i p p l a n e t h e r e b y a l l o w i n g f u r t h e r d e f o r m a t i o n t o o c c u r . T h u s , c r e e p s t r a i n b e c o m e s s i g n i fi c a n t a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s , p a r t i c u l a r l y a b o v e 4 5 0 ° C , a n d s h o u l d b e i n c l u d e d i n m o d e l i n g t h e fi r e r e s p o n s e o f R C m e m b e r s . A r e v i e w o f t h e l i t e r a t u r e i n d i c a t e d t h a t t h e r e i s v e r y l i t t l e i n f o r m a t i o n o n h i g h t e m p e r a t u r e c r e e p s t r a i n o f r e i n f o r c i n g s t e e l . T h e a v a i l a b l e c r e e p m o d e l s , s u c h a s t h e o n e p r o p o s e d b y H a r m a t h y ( 1 9 6 7 ) , a r e b a s e d o n D o m ’ s t h e o r y , w h i c h r e l a t e s t h e c r e e p s t r a i n t o t h e t e m p e r a t u r e , s t r e s s , a n d t i m e . M o r e i n f o r m a t i o n o n H a r m a t h y ’ s c r e e p m o d e l i s p r o v i d e d i n C h a p t e r 4 . T h e h i g h - t e m p e r a t u r e c o n s t i t u t i v e m o d e l s f o r d e f o r m a t i o n p r o p e r t i e s o f r e i n f o r c i n g s t e e l a r e p r e s e n t e d i n t h e A p p e n d i x T a b l e A 3 . 2 . 5 . 3 . 4 O t h e r P r o p e r t i e s O t h e r p r o p e r t i e s o f r e i n f o r c i n g s t e e l t h a t m a y i n fl u e n c e t h e fi r e r e s p o n s e o f c o n c r e t e s t r u c t u r e s i n c l u d e b o n d b e t w e e n c o n c r e t e a n d r e i n f o r c i n g s t e e l , w h i c h a r i s e s p r i m a r i l y f r o m fi i c t i o n a n d a d h e s i o n b e t w e e n c o n c r e t e a n d s t e e l . G e n e r a l l y , b o n d s t r e n g t h i s a 6 3 f u n c t i o n o f : ( 1 ) m i x p r o p o r t i o n s o f c o n c r e t e ( c e m e n t t y p e , a d m i x t u r e s , w a t e r - c e m e n t r a t i o ) , ( 2 ) m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e s t e e l ( s i z e a n d s p a c i n g o f t h e r i b s i f a n y ) , a n d ( 3 ) r e b a r p o s i t i o n w i t h i n t h e c o n c r e t e m e m b e r ( u n d e r t e n s i o n o r c o m p r e s s i o n ) . P e r m i s s i b l e b o n d s t r e s s e s a r e g e n e r a l l y s p e c i fi e d a s p e r c e n t a g e s o f c o n c r e t e ’ s c o m p r e s s i v e s t r e n g t h ( N a u s 2 0 0 6 ) . T h e b o n d b e t w e e n c o n c r e t e a n d s t e e l a t r o o m t e m p e r a t u r e h a s b e e n w e l l s t u d i e d . H o w e v e r , t h e r e a r e l i m i t e d s t u d i e s o n t h e e f f e c t o f e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s o n t h e b o n d p r o p e r t i e s b e t w e e n s t e e l a n d c o n c r e t e . T h e m o s t n o t a b l e s t u d y i s t h a t r e p o r t e d b y H a r m a t h y ( 1 9 9 3 ) , w h i c h s h o w e d t h a t i n t h e c a s e o f d e f o r m e d b a r s , t h e b o n d s t r e n g t h d e g r a d e s a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s i n a t r e n d s i m i l a r t o t h a t o f t h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f c o n c r e t e . T h u s , t h e r e d u c t i o n i n b o n d s t r e n g t h i s s i m i l a r t o t h e r e d u c t i o n i n c o n c r e t e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e f o r d e f o r m e d b a r s ( w h i c h a r e t h e m o s t w i d e l y u s e d s t e e l b a r s i n c o n c r e t e s t r u c t u r e s ) . T h u s , b o n d f a i l u r e i s n o t l i k e l y t o o c c u r i n R C b e a m s a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s d u e t o t h e f a c t t h a t t h e d e g r a d a t i o n i n t h e s t r e n g t h o f r e i n f o r c i n g s t e e l i s f a s t e r t h a n t h e d e g r a d a t i o n i n t h e b o n d s t r e n g t h ( w h i c h i s s i m i l a r t o t h a t o f t h e c o n c r e t e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h ) . 2 . 6 S u m m a r y T h i s c h a p t e r p r e s e n t s a n o v e r v i e w o f t h e b e h a v i o r o f R C b e a m s u n d e r fi r e . T h e c u r r e n t a p p r o a c h e s f o r e v a l u a t i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s w e r e r e v i e w e d . I n a d d i t i o n , t h e m a i n fi n d i n g s a n d d r a w b a c k s o f e x p e r i m e n t a l a n d a n a l y t i c a l s t u d i e s o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s w e r e d i s c u s s e d . P r e v i o u s e x p e r i m e n t s a n d a n a l y t i c a l s t u d i e s i n v e s t i g a t e d t h e i n fl u e n c e o f o n l y a l i m i t e d n u m b e r o f p a r a m e t e r s o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s . C r i t i c a l f a c t o r s s u c h a s d i f f e r e n t fi r e s c e n a r i o s , a x i a l r e s t r a i n t e f f e c t s , a n d s p a l l i n g w e r e 6 4 n o t a d d r e s s e d i n m a n y o f t h e r e p o r t e d e x p e r i m e n t s a n d a n a l y t i c a l s t u d i e s . T h e m a t e r i a l p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e a n d r e i n f o r c i n g s t e e l a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e t h a t a r e c r u c i a l f o r p r e d i c t i n g t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s a r e a l s o r e v i e w e d i n t h i s c h a p t e r . T h e h i g h t e m p e r a t u r e p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e a n d r e i n f o r c i n g s t e e l s h o w l a r g e v a r i a t i o n s . T h i s m a y r e s u l t i n l a r g e v a r i a t i o n s i n t h e p r e d i c t e d fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s . C o n s e q u e n t l y , t h e r e a r e f e w g u i d e l i n e s a n d c a l c u l a t i o n m e t h o d s f o r e v a l u a t i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . T h e a v a i l a b l e p r o v i s i o n s i n c o d e s a n d s t a n d a r d s a r e g e n e r a l l y p r e s c r i p t i v e a n d m a y n o t b e a p p l i c a b l e f o r p e r f o r m a n c e - b a s e d d e s i g n . T h u s , t h e r e i s a c r i t i c a l n e e d f o r f u r t h e r a n a l y t i c a l a n d e x p e r i m e n t a l r e s e a r c h l e a d i n g t o t h e d e v e l o p m e n t o f r a t i o n a l a p p r o a c h f o r t h e fi r e r e s i s t a n c e d e s i g n o f R C b e a m s . 6 5 T a b l e 2 . 1 - A C I M i n i m u m W i d t h a n d C o v e r T h i c k n e s s R e q u i r e m e n t s f o r A c h i e v i n g F i r e R e s i s t a n c e i n R C B e a m s ( A C I 2 1 6 . 1 2 0 0 7 ) M i n i m u m C o v e r T h i c k n e s s f o r F i r e R e s i s t a n c e i n M i n u t e s ( m m ) S u p p o r t . C o n d i t i o n s B u m M a t h 6 0 9 0 1 2 0 1 8 0 2 4 0 ( m m ) 1 2 7 1 9 2 5 3 2 N o t p e r m i t t e d N o t p e r m i t t e d U t a 1 ( 1 “ m r m 1 7 8 1 9 1 9 1 9 4 4 7 6 2 2 5 4 l 9 l 9 1 9 2 5 4 4 1 2 7 1 9 1 9 1 9 2 5 3 2 R e s t r a i n e d 1 7 8 1 9 1 9 I 9 1 9 1 9 2 2 5 4 1 9 1 9 l 9 1 9 1 9 T a b l e 2 . 2 - E u r o c o d e S p e c i fi c a t i o n s f o r F i r e R e s i s t a n c e R a t i n g o f C o n t i n u o u s R C B e a m s ( E u r o c o d e 2 2 0 0 4 ) B e a m D i m e n s i o n s / F i r e fl R e s i s t a n c e ( m i n u t e s ) 3 0 6 0 9 0 1 2 0 1 8 0 2 4 0 B e a m W i d t h 8 0 1 2 0 1 5 0 2 0 0 2 4 0 2 8 0 A x i s D i s t a n c e 1 5 2 5 3 5 4 5 6 0 7 5 B e a m P o s s i b l e W i d t h 1 6 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 C o m b i n a t i o n s A x i s o f B e a m D i s t a n c e ' 2 1 2 2 5 3 5 5 0 6 0 W i d t h a n d B e a m a n : t a n n i n s c a n : A x i s D i s t a n c e W i d t h 4 5 0 5 5 0 6 5 0 A x i s U 4 ( m m ) A X i s " n # # 1 # # c a n " 3 5 5 0 6 0 ( “ S t a n c e D i s t a n c e 1 1 B e a m a n s a u r a s a w n B e a m W i d t h W i d t h 5 0 0 6 0 0 7 0 0 A X i s * * * * * * * * * * * * 3 O 4 0 5 0 D i s t a n c e 6 6 - - - - - - - - - - L ‘ . - L o a d ( m o m e n t ) A i l L 1 4 L i . _ A _ _ D _ I L l ( a ) S i m p l y S u p p o r t e d B e a m S t r e n g t h o f t h e b e a m F a i l u r e p o i n t / A p p l i e d l o a d F i r e r e s i s t a n c e T i m e ( b ) S t r e n g t h D e g r a d a t i o n v e r s u s T i m e F i g u r e 2 . 1 — D e g r a d a t i o n o f S t r e n g t h o f R C B e a m E x p o s e d t o F i r e 6 7 t e m p e r a t u r e ( c l E l e v a t - i o n L o a d u n d e r fi r e A t 1 2 0 m i n u t e s A t 9 0 m i n u t e s t 3 S t i f f n e s s o f c o l u m n s i s s m a l l c o m p a r e d t o t h e o f b e a m s ( a ) R C B u i l d i n g L u - + ( b ) C r o s s - s e c t i o n l 6 m L o a d a t r o o m L o a d u n d e r fi r e . _ ( w = 2 0 k N / m ) ( w = 2 5 k N / m ) F a l l u r e f o r w F a 1 l u r e f o r w = 2 5 k N / m = 2 0 k N / m L o a d T i m e A I t c a p a c i t y ( m i n u t e s ) ( k N / m ) 1 8 0 1 2 0 6 0 R o o m t e m p e r a t u r e ( e ) D e fl e c t i o n o f t h e B e a m L o a d e d w i t h 2 5 k N I m u n d e r F i r e ( Q u a l i t a t i v e R e p r e s e n t a t i o n ) F i g u r e 2 . 2 — I l l u s t r a t i o n o f D e g r a d a t i o n o f L o a d C a r r y i n g C a p a c i t y f o r a n R C B e a m E x p o s e d t o F i r e 6 8 — d i n g N m e o t m b e e n n t w L 2 / 8 ‘ e m M o n t d u e t o l o a d i n g C i “ ) — — — _ — _ — _ — — ( a ) R C B u i l d i n g L i n e p a s s e s t h r o u g h t h e n e u t r a l a x e s o f d i f f e r e n t s e c t i o n s a l o n g t h e s p a n o f t h e b e a m A x i a l r e s t r a i n t w s t i f f n e s s k V Y I V Y 1 1 V V V I ’ . . . . . . . . . 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N e g a t i v e m o m e n t d i a g r a m a t r o o m ( w i t h o u t m o m e n t N e g a t i v e m o m e n t c a p a c i t y a f t e r 1 2 0 t e m o e r a t u r e r e d i s t n b u t l o n ) c a p a c 1 t y a r o o m m i n u t e s o f fi r e t i m e t e m p e r a t u r e \ / P o s i t i v e m o m e n t c a p a c i t y a f t e r 1 2 0 \ ~ m i n u t e s o f fi r e t i m e \ ~ \ \ P o s i t i v e m o m t c a p a c i t y a t r o o m ‘ ‘ t e m p e r a t u r e \ ( d ) M o m e n t C a p a c i t y a n d B e n d i n g M o m e n t D i a g r a m F i g u r e 2 . 4 — I l l u s t r a t i o n o f t h e E f f e c t o f R o t a t i o n a l R e s t r a i n t o n t h e F i r e R e s p o n s e o f a n R C B e a m 7 0 1 5 0 0 , . 1 2 0 0 - 3 - - . . . . . . f . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . g 3 . . ; . l 2 . i g 9 0 0 j » : - - - - - - - - - - - - - ; — — — — — — — w g g i E ' [ — — — — A S T M E 1 1 9 fi r e i ‘ ° - : . - . - S e v e r e fi r e a s , 6 0 0 . l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i — , ( A I — M o d e r a t e fi r e ‘ ° 3 0 ° “ “ “ “ “ “ " " " " " " " " " " " " " " ' " " " o . - , - - - - - - - - - - - - 0 3 0 6 0 9 0 1 2 0 1 5 0 1 8 0 2 1 0 2 4 0 T i m e ( m i n ) F i g u r e 2 . 5 - T i m e - T e m p e r a t u r e C u r v e f o r A S T M E 1 1 9 S t a n d a r d F i r e a n d T w o D e s i g n F i r e E x p o s u r e s 9 0 7 5 T 6 0 . 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C D 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 T e m p e r a t u r e ( ° C ) F i g u r e 2 . 1 3 - V a r i a t i o n s o f M e a s u r e d a n d P r e d i c t e d o f T h e r m a l C a p a c i t y f o r N S C a s a F u n c t i o n o f T e m p e r a t u r e 1 . 2 . A s l + A S C E m o E E I — + — E C Z m o d e l ( s i l i c e o u s ) 5 0 . 9 « + E C 2 m o d e l ( c a r b o n a t e ) 2 ’ j 1 , g ‘ T e s t - U p p e r b o u n d ‘ 8 * s , 5 a , 5 0 1 5 « v ~ w ~ - r ~ w ~ f r ~ ~ ~ ~ ~ u ~ fi - ~ ~ o - - - - - - 4 - - - - - - - - - - - - - - - g - - - - - - - - - - - - - - - - - E . . : : : E o z 0 . 3 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - . 0 ' L r L . - 7 1 1 1 ' . T i 1 l T T Y T . I T 1 l l T T ‘ i ’ Y T Y T 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 T e m p e r a t u r e ( ° C ) F i g u r e 2 . 1 4 - V a r i a t i o n o f C o m p r e s s i v e S t r e n g t h a s a F u n c t i o n o f T e m p e r a t u r e f o r N S C 7 5 h t g n e r t s d e z i l a m r o N 1 . 2 7 7 — : — K o d u r e t a l . m o d e l — - o — P h a n a n d C a r i n o m o d e l — - - . — — E C 2 - H S C - c l a s s 3 — x — E C Z - H S C - c l a s s Z . _ _ h _ _ _ , . . T e s t - U p p e r b o u n d - . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x r x T T 3 l T ' I Y T ‘ i I T l T T 1 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 T e m p e r a t u r e ( ° C ) F i g u r e 2 . 1 5 - V a r i a t i o n o f C o m p r e s s i v e S t r e n g t h a s a F u n c t i o n o f T e m p e r a t u r e f o r H S C 1 . 2 1 ‘ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . T e s t - U p p e r b o u n d . 5 l - / 1 : : m a d a m o r . “ ; , E 0 . 8 ~ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 0 ' o g 0 . 6 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ' 5 I g . g 0 . 4 . ~ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0 2 . ' . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 T e s t - L o w e r b o u n d 0 l . . 4 4 . . , . . 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 T e m p e r a t u r e ( ° C ) F i g u r e 2 . 1 6 - V a r i a t i o n o f R e s i d u a l C o m p r e s s i v e S t r e n g t h a s a F u n c t i o n o f T e m p e r a t u r e ( R e p r o d u c e d f r o m K u m a r 2 0 0 3 ) 7 6 h t g n e r t s e l i s n e e r u s s e r p e r o y n t i s T o r o P S t r a i n ( m m / m ) 2 0 1 6 1 , _ é . _ _ _ . _ _ _ . ‘ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . _ . _ — _ - L _ “ I + A S C E m o d e . _ T e s t - U p p e r b o u n d ( s i l i c e o u s ) _ + _ E C Z m o d e l ( s i l i c e o u s ) ' i ‘ + E C Z m o d e l ( c a r b o n a t e ) I r . T e s t - U p p e r b o u n d ( c a r b o n a t e ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . T e s t - L o w e r 2 ~ . b o u n d ( s i l i c e o u s ) l / , T e s t - L o w e r b o u n d ( c a r b o n a t e ) l l l a i I T V Y ‘ r T . f l ' j fi r T fi i f r I T T l ' T 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 T e m p e r a t u r e ( ° C ) F i g u r e 2 . 1 7 — V a r i a t i o n s o f M e a s u r e d a n d P r e d i c t e d o f T h e r m a l E x p a n s i o n f o r C o n c r e t e a s a F u n c t i o n o f T e m p e r a t u r e S p a l l i n g z o n e T e n s i l e s t r e n g t h o f P o r o s i t y x P o r e / c o n c r e t e p r e s s u r e i n l c o n c r e t e I / / S p a l l i n g p o i n t / / i l i i l l g ; l l l l l 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 T e m p e r a t u r e ( ° C ) F i g u r e 2 . 1 8 — I l l u s t r a t i o n o f S p a l l i n g P r e d i c t i o n i n t h e M o d e l 7 7 T e m p e r a t u r e d i s t r i b u t i o n C o m p r e s s i v e \ s t r e s s e s v v 7 : , I n d i r e c t . - + * ‘ P t e n s i l e s t r a i n s H e a t l l 1 1 / ( a ) R e s t r a i n e d C o n c r e t e ( b ) D e v e l o p e d S t r e s s e s F i g u r e 2 . 1 9 — I l l u s t r a t i o n o f T h e r m a l D i l a t i o n M e c h a n i s m f o r F i r e I n d u c e d S p a l l i n g T e s t - U p p e r b o u n d ( u l t i m a t e s t r e n g t h ) 7 ( u l t i m a t e s t r e n g t h ) ‘ T e s t - U p p e r b o u n d ‘ ( y i e l d s t r e n g t h ) \ 0 . 8 0 . 6 7 . , T e s t - L o w e r b o u n d ( ) 4 7 ( y i e l d s t r e n g t h ) N o r m a l i z e d s t r e n g t h 0 . 2 3 ’ 1 7 — . — h e ] s t r e n g t h ( A S C E m o d e l ) ° 7 ° r r r r r r r r . l + U l t i m a t e s t r e n g t h ( A S C E m o d e l ) ‘ 0 , ‘ . 4 r 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0 T e m p e r a t u r e ( ° C ) F i g u r e 2 . 2 0 — V a r i a t i o n s o f M e a s u r e d a n d P r e d i c t e d U l t i m a t e a n d Y i e l d S t r e n g t h o f R e i n f o r c i n g S t e e l a s a F u n c t i o n o f T e m p e r a t u r e 7 8 1 1 1 i 4 1 0 0 ' . 8 . . . “ . . . ” . 1 E I . ” . . . . : . . . . . . . . . . I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ' - . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 . . . . . . 5 ’ I ; 9 i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i . . . . . . . . . . . . . . . . . . s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . h t g n e r t s l a u d i s e r d e z l l a n r r o N ) m l m m ( n i a r t n s o l a m r e h T 1 . 2 _ 4 1 1 l 1 1 I 0 6 l i , ‘ l v _ _ _ . _ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - - * 7 r . _ ~ 0 . 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i a I 2 5 3 i 0 . 2 1 » » » » » » 1 1 > - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1 " ” - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1 ; ; 2 : : 0 . 0 f l 7 1 1 1 1 1 . 1 ' 1 1 1 1 E 1 T . l . 1 a , l 1 1 0 1 5 0 3 0 0 4 5 0 6 0 0 7 5 0 9 0 0 1 0 5 0 M a x i m u m t e m p e r a t u r e ( ° C ) F i g u r e 2 . 2 1 — M e a s u r e d R e s i d u a l Y i e l d S t r e n g t h o f R e i n f o r c i n g S t e e l ( R e p r o d u c e d f r o m N e v e s e t a l . 1 9 9 6 ) u 1 . . . , 1 6 ‘ 1 1 . 1 z . a . . . . . . . . . . 1 . ° . . . . . . . - - . . . . - . . . - - _ - . . . . . . . . . . V , ( . . . s ‘ . . . . . . . . . . . . . . . 7 4 1 1 1 ‘ 1 1 l I l | ‘ 1 1 4 , 1 1 1 1 2 ' 1 4 , . - . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 . , 1 ~ 4 1 1 1 . ' 1 ' . 4 1 1 1 l ' 1 l 7 ‘ 1 1 1 1 I . " 1 1 1 1 1 1 1 - 1 1 1 , 1 1 . , . / . . c - . _ . _ , , , _ , . c , . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , c . - . - . . . . . , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 1 . . 1 1 1 1 1 f 1 1 1 1 1 . _ / 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ) 1 1 . 4 1 1 , ‘ 1 1 1 1 1 V 1 1 1 - - - - - - - - . 1 s . , . r , , , l . . . _ c . . , 1 . . . . . . _ , 7 . , _ . _ . . . . _ _ ‘ / _ _ 1 1 - » » < - < < - ~ - r 1 ~ . - - _ . _ . _ . . _ - ‘ — — - - — - — * - » — - - - - i ‘ 1 » ‘ 1 1 1 / 1 1 1 J 1 1 ‘ V / ' - 1 . . 1 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 4 0 0 T e m p e r a t u r e ( ° C ) F i g u r e 2 . 2 2 — V a r i a t i o n o f T h e r m a l S t r a i n a s a F u n c t i o n o f T e m p e r a t u r e ( A S C E M a n u a l 1 9 9 2 ) 7 9 C h a p t e r 3 3 . E x p e r i m e n t a l P r o g r a m 3 . 1 G e n e r a l T h e r e v i e w ( C h a p t e r 2 ) i n d i c a t e s t h a t t h e r e a r e f e w e x p e r i m e n t a l s t u d i e s o n t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . F u r t h e r , m o s t o f t h e e x p e r i m e n t a l s t u d i e s w e r e c a r r i e d o u t u n d e r ‘ s t a n d a r d ’ c o n d i t i o n s t h a t d i d n o t c o v e r i m p o r t a n t f a c t o r s s u c h a s t h e fi r e s c e n a r i o , fi r e i n d u c e d s p a l l i n g , a n d a x i a l r e s t r a i n t , w h i c h w i l l i n fl u e n c e t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s . F o r t h e s e r e a s o n s , e x p e r i m e n t s w e r e c a r r i e d o u t o n N S C a n d H S C b e a m s u n d e r r e a l i s t i c fi r e , l o a d i n g , a n d a x i a l r e s t r a i n t c o n d i t i o n s . T w o o f t h e b e a m s w e r e t e s t e d u n d e r s t a n d a r d fi r e e x p o s u r e . T h e r e m a i n i n g f o u r b e a m s w e r e t e s t e d u n d e r t y p i c a l d e s i g n fi r e s c e n a r i o s . A s i g n i fi c a n t a m o u n t o f d a t a w a s c o l l e c t e d f r o m t h e s e fi r e e x p e r i m e n t s f o r v a l i d a t i n g a n u m e r i c a l m o d e l . F u l l d e t a i l s o f t h e fi r e e x p e r i m e n t s , i n c l u d i n g f a b r i c a t i o n o f b e a m s , fi r e t e s t s p r o c e d u r e a n d m e a s u r e d p a r a m e t e r s a r e p r e s e n t e d i n t h i s c h a p t e r . 8 0 3 . 2 T e s t S p e c i m e n s T h e e x p e r i m e n t a l p r o g r a m c o n s i s t e d o f c o n d u c t i n g fi r e r e s i s t a n c e t e s t s o n s i x R C b e a m s d e s i g n a t e d B 1 t o B 6 . F o u r o f t h e s e b e a m s , B 3 , B 4 , B 5 a n d B 6 , w e r e m a d e o f H S C . T h e o t h e r t w o b e a m s , B I a n d B 2 , w e r e m a d e w i t h N S C . A l l b e a m s w e r e 3 9 6 0 m m l o n g a n d o f r e c t a n g u l a r c r o s s - s e c t i o n o f 4 0 6 x 2 5 4 m m . T h e s e b e a m s w e r e d e s i g n e d a s p e r A C I 3 1 8 s p e c i fi c a t i o n s ( 2 0 0 8 ) . D e s i g n d e t a i l s o f t h e s e b e a m s a r e p r e s e n t e d i n S e c t i o n B . 1 i n A p p e n d i x B . A s u m m a r y o f t h e t e s t p a r a m e t e r s a n d r e s u l t s f o r t h e s e b e a m s a r e g i v e n i n T a b l e 3 . 1 . T h e b e a m s w e r e d e s i g n e d w i t h 3 ( 1 ) 1 9 m m b a r s a s t e n s i l e r e i n f o r c e m e n t a n d 2 ( 1 ) 1 3 m m b a r s a s c o m p r e s s i v e r e i n f o r c e m e n t . T h e s h e a r r e i n f o r c e m e n t c o n s i s t e d o f ( b 6 m m s t i r r u p s s p a c e d a t 1 5 0 m m o v e r t h e l e n g t h o f t h e b e a m a n d b e n t a t 1 3 5 ° i n t o t h e c o n c r e t e c o r e . T h e s t e e l u s e d f o r t h e m a i n r e i n f o r c i n g b a r s a n d s t i r r u p s h a d s p e c i fi e d y i e l d s t r e n g t h s o f 4 2 0 M P a a n d 2 8 0 M P a , r e s p e c t i v e l y . F i g u r e 3 . 1 s h o w s t h e e l e v a t i o n a n d c r o s s - s e c t i o n a l d e t a i l s o f t h e b e a m s t o g e t h e r w i t h t h e l o c a t i o n o f t h e s t i r r u p s . I n e a c h b e a m , t h e b a r s w e r e t i e d w i t h t h e s t i r r u p s t o f o r m a s t e e l c a g e a s s h o w n i n F i g u r e 3 . 2 . T h e n , e a c h s t e e l c a g e w a s p l a c e d h o r i z o n t a l l y i n a w o o d e n f o r m w o r k w h i c h w a s p r o p e r l y d e s i g n e d a n d f a b r i c a t e d t o h a v e t h e s a m e i n t e r n a l d i m e n s i o n s a s t h o s e o f t h e t e s t e d b e a m s . T o a c h i e v e g o o d q u a l i t y c o n t r o l , t h e c o n c r e t e m i x w a s o r d e r e d f r o m a l o c a l c o n c r e t e p l a n t . T w o b a t c h e s o f c o n c r e t e w e r e u s e d f o r f a b r i c a t i n g t h e b e a m s . B e a m s B 1 a n d B 2 w e r e f a b r i c a t e d f r o m a n N S C m i x ( B a t c h 1 ) . B e a m s B 3 t h r o u g h B 6 w e r e f a b r i c a t e d f r o m a n H S C m i x ( B a t c h 2 ) . B o t h b a t c h e s o f c o n c r e t e w e r e m a d e w i t h g e n e r a l p u r p o s e , T y p e I P o r t l a n d c e m e n t . T h e c o a r s e a g g r e g a t e i n b o t h b a t c h e s w e r e o f c a r b o n a t e a g g r e g a t e 8 1 ( p r e d o m i n a n t l y l i m e s t o n e ) . T h e m i x p r o p o r t i o n s p e r c u b i c m e t e r o f c o n c r e t e i n t h e t w o b a t c h e s a r e g i v e n i n T a b l e 3 . 2 . S i l i c a f u m e w a s a d d e d t o B a t c h 2 i n o r d e r t o o b t a i n t h e t a r g e t h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e . T h e H S C b e a m s w e r e m o i s t c u r e d i n t h e f o r m s f o r 7 d a y s b y c o v e r i n g t h e m w i t h b u r l a p s o a k e d w i t h w a t e r ( s e e F i g u r e 3 . 3 ) . T h e N S C b e a m s w e r e s e a l e d i n t h e f o r m s f o r 7 d a y s . A l l t h e s p e c i m e n s w e r e r e m o v e d f r o m t h e f o r m s a n d s t o r e d i n a i r m a i n t a i n e d a t a b o u t 2 5 ° C t e m p e r a t u r e a n d 4 0 % r e l a t i v e h u m i d i t y . T h e a v e r a g e c o m p r e s s i v e c y l i n d e r s t r e n g t h o f t h e c o n c r e t e , m e a s u r e d a t 2 8 d a y s a n d o n t h e d a y o f t h e t e s t i n g , w a s 5 2 . 2 M P a a n d 5 8 . 2 M P a f o r N S C , a n d 9 3 . 3 M P a a n d 1 0 6 M P a f o r H S C , r e s p e c t i v e l y . B e a m s B 1 t h r o u g h B 4 w e r e t e s t e d a b o u t 1 6 m o n t h s a f t e r c a s t i n g , w h i l e b e a m s B 5 a n d B 6 w e r e t e s t e d 8 m o n t h s a f t e r c a s t i n g . T h e m o i s t u r e c o n d i t i o n ( r e l a t i v e h u m i d i t y ) w a s m e a s u r e d o n t h e d a y o f t h e t e s t u s i n g a “ S e n s i r i o n ” r e l a t i v e h u m i d i t y s e n s o r ( p r o b e ) a t a d e p t h o f 1 0 0 m m a n d a t t w o d i f f e r e n t l o c a t i o n s o f t h e b e a m . F o r r e l a t i v e h u m i d i t y m e a s u r e m e n t s , 1 / 2 i n c h h o l e s w e r e d r i l l e d a t t w o d i f f e r e n t l o c a t i o n s i n e a c h b e a m . T h e p r o b e w a s t h e n p l a c e d i n e a c h h o l e a n d t h e h o l e w a s s e a l e d f o r a b o u t 5 m i n u t e s u n t i l e q u i l i b r i u m o f r e l a t i v e h u m i d i t y a n d t e m p e r a t u r e w a s a c h i e v e d . O n c e e q u i l i b r i u m w a s r e a c h e d , t h e r e l a t i v e h u m i d i t y w a s r e c o r d e d f o r e a c h l o c a t i o n i n t h e c o n c r e t e . T h e a v e r a g e r e l a t i v e h u m i d i t y f r o m d i f f e r e n t l o c a t i o n s f o r e a c h b e a m i s g i v e n i n T a b l e 3 . 1 . T h e m o i s t u r e c o n t e n t i n e a c h b e a m i s c o m p u t e d fi o m t h e m e a s u r e d r e l a t i v e h u m i d i t y v a l u e s u s i n g t h e f o l l o w i n g e q u a t i o n ( B a z a n t a n d T h o n g u t h a i 1 9 7 8 ) : m c z R p r w x n [ 3 . 1 ] 8 2 w h e r e m e = m o i s t u r e c o n t e n t , R H = r e l a t i v e h u m i d i t y , n = p o r o s i t y o f c o n c r e t e , a n d p 1 , . = d e n s i t y o f w a t e r . T h e p o r o s i t y o f c o n c r e t e w a s c o m p u t e d u s i n g t h e c o n c r e t e m i x p r o p o r t i o n s a n d t h e a p p r o a c h p r e s e n t e d b y M i n d e s s e t a l . ( 2 0 0 3 ) . T h e m o i s t u r e c o n t e n t w a s a l s o c o m p u t e d a s a p e r c e n t a g e ( b y w e i g h t ) o f c o n c r e t e . T h e m e a s u r e d r e l a t i v e h u m i d i t y a n d t h e c o m p u t e d m o i s t u r e c o n t e n t a r e t a b u l a t e d i n T a b l e 3 . 1 . I t c a n b e s e e n f r o m t h e t a b u l a t e d v a l u e s i n T a b l e 3 . 1 t h a t t h e r e l a t i v e h u m i d i t y o f t h e H S C b e a m s w a s s l i g h t l y h i g h e r t h a n t h a t o f t h e N S C b e a m s . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e l o w p e r m e a b i l i t y o f t h e H S C b e a m s . F u r t h e r , t h e r e l a t i v e h u m i d i t y i n b e a m s B 5 a n d B 6 w a s h i g h e r t h a n t h a t i n t h e r e m a i n i n g H S C b e a m s ( B 3 a n d B 4 ) . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e f a c t t h a t b e a m s B 3 a n d B 4 w e r e e i g h t m o n t h s o l d e r t h a n b e a m s B S a n d B 6 o n t h e d a y o f t e s t i n g . 3 . 3 I n s t r u m e n t a t i o n T h e b e a m s w e r e i n s t r u m e n t e d w i t h t h e r m o c o u p l e s , h i g h t e m p e r a t u r e s t r a i n g a g e s , a n d d i s p l a c e m e n t t r a n s d u c e r s . T y p e - K C h r o m e l - a l u m e l t h e r m o c o u p l e s , 0 . 9 1 m m t h i c k , w e r e i n s t a l l e d a t t h r e e d i f f e r e n t c r o s s - s e c t i o n s ( A , B a n d C a s s h o w n i n F i g u r e 3 . 1 ) i n e a c h b e a m f o r m e a s u r i n g c o n c r e t e a n d r e b a r t e m p e r a t u r e s . S e c t i o n B w a s i n s t r u m e n t e d w i t h 9 t h e r m o c o u p l e s f o r e a c h o f t h e t e s t e d b e a m s . S e c t i o n s A a n d C w e r e i n s t r u m e n t e d w i t h 5 a n d 6 t h e r m o c o u p l e s f o r b e a m s B 1 t h r o u g h B 4 , a n d 4 f o r b e a m s B 5 a n d B 6 , r e s p e c t i v e l y . A l s o , fi v e t h e r m o c o u p l e s w e r e i n s t a l l e d a t t h e t o p s i d e o f t h e b e a m t o m o n i t o r t h e u n e x p o s e d s u r f a c e s i d e t e m p e r a t u r e . H i g h t e m p e r a t u r e “ Z F L A - 6 - 1 1 s t r a i n g a g e s ” ( s p e c i fi e d b y t h e m a n u f a c t u r e r t o b e r e l i a b l e u p t o 3 0 0 ° C ) w e r e i n s t a l l e d t o m e a s u r e s t r a i n s i n t h e r e i n f o r c i n g b a r s . F o u r b e a m s , B 1 t h r o u g h B 4 , w e r e i n s t r u m e n t e d w i t h 2 0 8 3 t h e r m o c o u p l e s a n d 4 h i g h t e m p e r a t u r e s t r a i n g a g e s . T h e r e m a i n i n g t w o b e a m s ( B 5 a n d B 6 ) w e r e i n s t r u m e n t e d w i t h 1 7 t h e r m o c o u p l e s a n d 2 h i g h t e m p e r a t u r e s t r a i n g a g e s . F i g u r e 3 . 4 s h o w s t h e r m o c o u p l e s a n d s t r a i n g a g e a f t e r b e i n g i n s t a l l e d i n p o s i t i o n w i t h i n t h e r e i n f o r c e m e n t c a g e . T h e l o c a t i o n a n d n u m b e r i n g o f t h e t h e r m o c o u p l e a n d s t r a i n g a g e s i n t h e c r o s s - s e c t i o n a r e s h o w n i n F i g u r e 3 . 1 . T h e d e fl e c t i o n o f e a c h b e a m i s m e a s u r e d , u s i n g “ L i n e a r V a r i a b l e D i f f e r e n t i a l T r a n s d u c e r s ” w i t h g a g e l e n g t h 3 7 5 m m , a t m i d - s p a n a s w e l l a s a t t h e l o c a t i o n o f o n e o f t h e t w o p o i n t l o a d s . 3 . 4 T e s t A p p a r a t u s T h e fi r e r e s i s t a n c e t e s t s o n R C b e a m s w e r e c a r r i e d o u t u s i n g t h e s t r u c t u r a l fi r e t e s t i n g f a c i l i t y r e c e n t l y c o m m i s s i o n e d a t M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y . T h e t e s t f a c i l i t y h a s b e e n s p e c i a l l y d e s i g n e d t o p r o d u c e c o n d i t i o n s , s u c h a s t e m p e r a t u r e , l o a d s a n d h e a t t r a n s f e r , t o w h i c h a s t r u c t u r a l m e m b e r m i g h t b e e x p o s e d d u r i n g a fi r e . T h e t e s t fi i r n a c e , s h o w n i n F i g u r e 3 . 5 , h a s t h e c a p a c i t y t o s u p p l y b o t h h e a t a n d a p p l i e d l o a d s t h a t a r e p r e s e n t i n a t y p i c a l b u i l d i n g e x p o s e d t o fi r e . T h e f u r n a c e c o n s i s t s o f a s t e e l f r a m e w o r k s u p p o r t e d b y f o u r s t e e l c o l u m n s , w i t h a fi r e c h a m b e r t h a t i s 2 . 4 4 m w i d e , 3 . 0 5 m l o n g , a n d 1 . 6 8 m h i g h . T h e m a x i m u m h e a t p o w e r t h e f u r n a c e c a n p r o d u c e i s 2 . 5 M W . S i x n a t u r a l g a s b u r n e r s l o c a t e d w i t h i n t h e fi l r n a c e p r o v i d e t h e r m a l e n e r g y . S i x t h e r m o c o u p l e s , d i s t r i b u t e d t h r o u g h o u t t h e t e s t c h a m b e r , m o n i t o r t h e f u m a c e t e m p e r a t u r e d u r i n g a fi r e t e s t . D u r i n g t h e fi r e t e s t , t h e s e f u m a c e t e m p e r a t u r e s a r e u s e d t o m a n u a l l y a d j u s t fi l e l s u p p l y , a n d m a i n t a i n a t e m p e r a t u r e p r o fi l e c o n s i s t e n t w i t h a p r e - d e t e r m i n e d s t a n d a r d o r r e a l i s t i c fi r e s c e n a r i o . I n t h i s w a y , t h e f u m a c e t e m p e r a t u r e c a n b e m a i n t a i n e d a l o n g a d e s i r e d c u r v e . T w o s m a l l V i e w p o r t s o n e i t h e r s i d e o f t h e f u m a c e w a l l a r e p r o v i d e d f o r v i s u a l l y m o n i t o r i n g t h e fi r e - e x p o s e d 8 4 s p e c i m e n s d u r i n g a t e s t . T h e f u r n a c e a c c o m m o d a t e s t w o b e a m s a t a t i m e a s s h o w n i n F i g u r e 3 . 6 a n d d i f f e r e n t l o a d l e v e l s c a n b e a p p l i e d f o r e a c h b e a m . O n e o f t h e t w o b e a m s c a n b e t e s t e d w i t h a x i a l r e s t r a i n t s u p p o r t c o n d i t i o n s , w h i l e t h e o t h e r b e a m h a s t o b e t e s t e d w i t h s i m p l y s u p p o r t e d e n d c o n d i t i o n s . T h e a x i a l r e s t r a i n t s t i f f n e s s o f t h e l o a d i n g fl a m e a n d t h e a x i a l r e s t r a i n t s y s t e m ( r e s t r a i n i n g t h e b e a m a x i a l l y ) i s a b o u t 1 3 k N / m m . T o m i n i m i z e d a m a g e t o t h e l o a d i n g f r a m e , t h e s t i f f n e s s o f t h e a x i a l r e s t r a i n t s y s t e m i s s e t t o a d j u s t ( a u t o m a t i c a l l y ) t o z e r o ( u s i n g a r e l i e f v a l v e ) w h e n t h e a x i a l r e s t r a i n t f o r c e e x c e e d s a v a l u e o f a b o u t 1 2 0 k N . D u r i n g a fi r e t e s t , t h e l o a d i n g i s a p p l i e d t h r o u g h a h y d r a u l i c s y s t e m t h a t u t i l i z e s a p n e u m a t i c a l l y d r i v e n h y d r a u l i c p u m p . T h e p u m p h a s t w o p r e s s u r e z o n e s w h i c h a l l o w t h e a p p l i c a t i o n o f t w o d i f f e r e n t l o a d s o n t h e t e s t e d b e a m s . D a t a f r o m fi r e t e s t s , w h i c h i n c l u d e t e m p e r a t u r e s , d i s p l a c e m e n t s , f o r c e s a n d s t r a i n s , a r e c o l l e c t e d u s i n g 3 “ D a r w i n D a t a D A l O O / D P 1 2 0 - 1 3 ” a c q u i s i t i o n s y s t e m . T h i s s y s t e m c o n t a i n s 7 0 t h e r m o c o u p l e c h a n n e l s , 1 0 v o l t a g e c h a n n e l s f o r m e a s u r i n g d i s p l a c e m e n t s a n d f o r c e s , a n d 1 0 s t r a i n - g a g e c h a n n e l s . T h e s e c h a n n e l s a r e c o n n e c t e d t o t h e d a t a a c q u i s i t i o n s y s t e m , w h i c h t r a n s f e r s t h e d a t a t o a p e r s o n a l c o m p u t e r t h a t s t o r e s i t i n a “ . C S V ” fi l e u s i n g t h e “ D A Q 3 2 ” c o m p u t e r p r o g r a m . 3 . 5 T e s t C o n d i t i o n s a n d P r o c e d u r e T h e fi r e r e s i s t a n c e t e s t s w e r e c a r r i e d o u t b y p l a c i n g t w o R C b e a m s i n t h e fi r r n a c e a n d e x p o s i n g t h e m t o a t a r g e t e d fi r e s c e n a r i o . T h e b e a m s w e r e e x p o s e d t o fi r e fi o m t h r e e s i d e s ( b o t t o m a n d t w o s i d e s ) . T h e t o p s u r f a c e o f t h e b e a m w a s i n s u l a t e d w i t h a 5 0 m m l a y e r o f i n s u l a t i o n ( c e r a m i c fi b e r f r a x m a t e r i a l ) t o p r e v e n t h e a t p e n e t r a t i o n f r o m t h e t o p . T h i s i s s i m i l a r t o t h e c o n d i t i o n s e n c o u n t e r e d i n p r a c t i c e w h e r e t h e t o p s i d e o f t h e b e a m i s 8 5 g e n e r a l l y c o v e r e d w i t h a c o n c r e t e s l a b . T h e b e a m s h a d 3 . 6 6 m s p a n l e n g t h , w i t h 2 . 4 4 m o f t h e b e a m l e n g t h e x p o s e d t o fi r e . T o i n v e s t i g a t e t h e e f f e c t o f t h e fi r e s c e n a r i o o n t h e r e s p o n s e o f R C b e a m s , t h e b e a m s w e r e t e s t e d u n d e r t h r e e fi r e s c e n a r i o s . B e a m s B 1 a n d B 3 w e r e t e s t e d u n d e r A S T M E 1 1 9 s t a n d a r d fi r e e x p o s u r e ( A S T M E 1 1 9 a 2 0 0 8 ) . T h e r e m a i n i n g f o u r b e a m s w e r e t e s t e d u n d e r t w o d e s i g n fi r e e x p o s u r e s . B e a m s 8 2 a n d B 4 w e r e t e s t e d u n d e r s h o r t s e v e r e d e s i g n fi r e e x p o s u r e ( S F ) . B e a m s B S a n d B 6 w e r e t e s t e d u n d e r l o n g s e v e r e d e s i g n fi r e e x p o s u r e ( L F ) . T h e t w o d e s i g n fi r e s c e n a r i o s h a v e s i m i l a r t i m e - t e m p e r a t u r e c u r v e s t o t h e p a r a m e t r i c t i m e - t e m p e r a t u r e c u r v e p r o p o s e d i n E u r o c o d e l ( 2 0 0 2 ) . T h e s e d e s i g n fi r e s c e n a r i o s w e r e a s s u m e d i n s u c h a w a y t h a t fi r e S F r e p r e s e n t s a s h o r t d e s i g n fi r e i n a l i g h t l y f u r n i s h e d o f fi c e w h e r e t h e r e i s a s m a l l q u a n t i t y o f c o m b u s t i b l e m a t e r i a l s ( a b o u t 8 0 0 M J / m 2 fl o o r a r e a ) , a n d fi r e L F r e p r e s e n t s a l o n g s e v e r e d e s i g n fi r e i n a l i b r a r y r o o m w i t h a l a r g e q u a n t i t y o f c o m b u s t i b l e m a t e r i a l s ( a b o u t 1 6 0 0 M J / m 2 fl o o r a r e a ) . T h e t i m e - t e m p e r a t u r e c u r v e s f o r t h e t h r e e fi r e s c e n a r i o s ( A S T M E 1 1 9 s t a n d a r d fi r e , S F , L F ) a r e s h o w n i n F i g u r e 3 . 7 . A l l b e a m s w e r e t e s t e d u n d e r t w o p o i n t l o a d s , e a c h o f w h i c h w a s p l a c e d a t 1 . 4 m f r o m t h e e n d s u p p o r t s . F o r a l l b e a m s , e x c e p t b e a m B 5 , e a c h o f t h e t w o p o i n t l o a d s w a s 5 0 k N , w h i c h i s a b o u t 5 4 % o f t h e b e a m c a p a c i t y a c c o r d i n g t o A C 1 3 1 8 ( 2 0 0 8 ) . B e a m B 5 w a s s u b j e c t e d t o t w o p o i n t l o a d s o f 6 0 k N o r 6 5 % o f b e a m c a p a c i t y . T h e t y p e o f fi r e e x p o s u r e a n d t h e l o a d r a t i o , d e fi n e d a s t h e r a t i o o f a p p l i e d l o a d t o b e a m c a p a c i t y , f o r t h e v a r i o u s b e a m s a r e t a b u l a t e d i n T a b l e 3 . 1 . D e t a i l e d l o a d c a l c u l a t i o n s f o r t h e R C b e a m s a r e g i v e n i n A p p e n d i x B . B e a m s B 1 , B 3 , B 4 a n d B 5 w e r e t e s t e d u n d e r s i m p l e s u p p o r t c o n d i t i o n s , w h i l e b e a m s B Z a n d B 6 w e r e a x i a l l y r e s t r a i n e d d u r i n g t h e fi r e t e s t s . 8 6 T h e l o a d w a s a p p l i e d f o r a p p r o x i m a t e l y 3 0 m i n u t e s b e f o r e t h e s t a r t o f t h e fi r e t e s t a n d w a s m a i n t a i n e d u n t i l a s t a t i c c o n d i t i o n w a s r e a c h e d a t w h i c h n o fi n t h e r i n c r e a s e i n t h e d e fl e c t i o n c o u l d b e m e a s u r e d . T h i s w a s t h e i n i t i a l c o n d i t i o n f o r t h e d e fl e c t i o n o f t h e b e a m . D u r i n g t h e t e s t , t h e b e a m w a s e x p o s e d t o h e a t c o n t r o l l e d i n s u c h a w a y t h a t t h e a v e r a g e t e m p e r a t u r e i n t h e f u r n a c e f o l l o w e d , a s c l o s e l y a s p o s s i b l e , t h e t a r g e t e d t i m e - t e m p e r a t u r e c u r v e ( A S T M E 1 1 9 s t a n d a r d fi r e , S F , o r L F ) . T h e l o a d w a s m a i n t a i n e d c o n s t a n t t h r o u g h o u t t h e t e s t . T h e t e s t d a t a i n c l u d i n g f u m a c e t e m p e r a t u r e s , s p e c i m e n t e m p e r a t u r e s , s t r a i n s , d e fl e c t i o n s , a n d l o a d i n g w e r e r e c o r d e d e v e r y 5 s e c o n d s b y t h e d a t a a c q u i s i t i o n s y s t e m . O b s e r v a t i o n s w e r e m a d e e v e r y 5 m i n u t e s t h r o u g h t h e v i e w p o r t s i n t h e f u r n a c e t o r e c o r d a n y m a j o r c h a n g e s i n t h e s p e c i m e n s s u c h a s fi r e i n d u c e d s p a l l i n g o r v i s i b l e c r a c k s . T h e b e a m s w e r e c o n s i d e r e d t o h a v e f a i l e d a n d t h e t e s t s w e r e t e r m i n a t e d w h e n t h e h y d r a u l i c j a c k , w i t h a s t r o k e o f 2 5 0 m m , c o u l d n o l o n g e r m a i n t a i n t h e l o a d . A f t e r t h e fi r e t e s t s , p o s t - fi r e i n s p e c t i o n w a s c a r r i e d o u t t o r e c o r d a n y fi r e i n d u c e d s p a l l i n g , r u p t u r e o f r e i n f o r c e m e n t a n d c o n c r e t e c r a c k i n g i n t h e t e s t e d b e a m s . I n a d d i t i o n , t h e b e a m s w e r e s t o r e d t o c o n d u c t v o l u m e t r i c m e a s u r e m e n t s t o q u a n t i f y t h e v o l u m e s o f s p a l l e d c o n c r e t e f r o m e a c h b e a m d u r i n g t h e t e s t s . T h e e x p o s e d l e n g t h o f e a c h b e a m w a s d i v i d e d i n t o a n u m b e r o f s e g m e n t s a n d t h e v o l u m e o f e a c h s e g m e n t w a s c o m p u t e d b y t a k i n g m e a s u r e m e n t s w i t h r e s p e c t t o a r e f e r e n c e a x e s s y s t e m . T h e t o t a l v o l u m e o f a d a m a g e d b e a m w a s t h e n c o m p u t e d a s t h e s u m o f t h e v o l u m e s o f a l l t h e s e g m e n t s , a n d u s e d t o c o m p u t e t h e s p a l l e d v o l u m e o f c o n c r e t e . 3 . 6 M a t e r i a l T e s t s M a t e r i a l t e s t s o n c o n c r e t e a n d r e i n f o r c i n g s t e e l s p e c i m e n s w e r e c a r r i e d o u t t o o b t a i n s t r e n g t h p r o p e r t i e s o f t h e m a t e r i a l s u s e d i n t h e b e a m f a b r i c a t i o n . C o n c r e t e c y l i n d e r s f r o m 8 7 t h e t w o b a t c h e s ( B a t c h 1 a n d B a t c h 2 ) w e r e t e s t e d t o o b t a i n t h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h a t 2 8 d a y s a n d o n t h e d a y o f c o r r e s p o n d i n g fi r e t e s t . A l s o , s p l i t t e n s i l e t e s t s w e r e c o n d u c t e d o n c o n c r e t e c y l i n d e r s a t 2 8 d a y s t o m e a s u r e t h e t e n s i l e s t r e n g t h . R e s u l t s f r o m t h e c o m p r e s s i o n t e s t s a r e g i v e n i n T a b l e 3 . 3 . T h e 2 8 - d a y d e s i g n c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f t h e t w o m i x e s ( N S C a n d H S C ) w a s 4 1 . 3 M P a a n d 1 0 3 . 3 M P a , r e s p e c t i v e l y . T h e s p l i t t e n s i l e s t r e n g t h , m e a s u r e d 2 8 d a y s a f t e r c a s t i n g , w a s f o u n d t o b e 3 . 7 M P a a n d 5 . 1 M P a f o r N S C a n d H S C , r e s p e c t i v e l y . T e n s i l e t e s t s w e r e p e r f o r m e d o n ( 1 ) 1 9 m m s t e e l b a r s s i m i l a r t o t h o s e u s e d a s t e n s i l e r e i n f o r c e m e n t i n t h e c o n c r e t e b e a m s . T h e y i e l d s t r e n g t h , u l t i m a t e s t r e n g t h , a n d u l t i m a t e s t r a i n w e r e f o u n d t o b e a b o u t 4 5 0 M P a , 7 0 5 M P a a n d 0 . 1 7 , r e s p e c t i v e l y . T h e s t r e s s s t r a i n c u r v e s f o r t h e t e s t e d b a r s a r e s h o w n i n F i g u r e B 3 i n A p p e n d i x B . 3 . 7 T e s t R e s u l t s D a t a g e n e r a t e d f r o m t h e a b o v e fi r e t e s t s w a s u t i l i z e d t o e v a l u a t e t h e fi r e b e h a v i o r o f R C b e a m s u n d e r d i f f e r e n t c o n d i t i o n s . T h e t e s t v a r i a b l e s i n c l u d e d c o n c r e t e s t r e n g t h , a x i a l r e s t r a i n t , t y p e o f fi r e e x p o s u r e , a n d l o a d l e v e l . T h e e v a l u a t i o n i s c a r r i e d o u t b y c o m p a r i n g t h e t h e r m a l r e s p o n s e , s t r u c t u r a l r e s p o n s e , fi r e i n d u c e d s p a l l i n g , a n d f a i l u r e p a t t e r n s a s w e l l a s fi r e r e s i s t a n c e t i m e . 3 . 7 . 1 T h e r m a l R e s p o n s e T h e t h e r m a l r e s p o n s e o f N S C a n d H S C b e a m s i s c o m p a r e d i n F i g u r e s 3 . 9 a n d 3 . 1 0 b y p l o t t i n g r e b a r a n d c o n c r e t e t e m p e r a t u r e s a s a f u n c t i o n o f fi r e e x p o s u r e t i m e . W h i l e b e a m s B 1 a n d B 3 w e r e e x p o s e d t o A S T M E 1 1 9 s t a n d a r d fi r e e x p o s u r e ( n o d e c a y p h a s e ) a s s h o w n i n F i g u r e 3 . 8 , b e a m s B 2 a n d B 4 w e r e e x p o s e d t o a s h o r t d e s i g n fi r e , w i t h a w e l l 8 8 d e fi n e d d e c a y p h a s e a s s h o w n i n F i g u r e 3 . 9 . D a t a p r e s e n t e d i n t h e s e t w o fi g u r e s s h o w t h a t t h e r e i s a t e m p e r a t u r e p l a t e a u a t a b o u t 1 0 0 ° C f o r r e b a r a n d c o n c r e t e t e m p e r a t u r e s . T h i s t e m p e r a t u r e p l a t e a u c a n b e m a i n l y a t t r i b u t e d t o t h e e v a p o r a t i o n o f w a t e r i n c o n c r e t e w h i c h c o n s u m e s a s i g n i fi c a n t a m o u n t o f e n e r g y . A f t e r t h e p l a t e a u , t h e t e m p e r a t u r e s i n t h e r e b a r a n d c o n c r e t e i n c r e a s e w i t h fi r e e x p o s u r e t i m e . T h e t w o fi g u r e s a l s o s h o w t h a t t h e m e a s u r e d t e m p e r a t u r e s i n c o n c r e t e d e c r e a s e w i t h i n c r e a s i n g d i s t a n c e f r o m t h e b o t t o m s u r f a c e . T h i s i s d u e t o t h e l o w t h e r m a l c o n d u c t i v i t y a n d h i g h t h e r m a l c a p a c i t y o f c o n c r e t e w h i c h s l o w s d o w n h e a t p e n e t r a t i o n t o t h e c o n c r e t e i n n e r l a y e r s . T h e p l o t t e d t e m p e r a t u r e s i n F i g u r e s 3 . 9 a n d 3 . 1 0 c a n b e u s e d t o g a g e t h e e f f e c t o f c o n c r e t e s t r e n g t h o n t h e t h e r m a l r e s p o n s e o f N S C a n d H S C b e a m s . F i g u r e 3 . 8 s h o w s t h e c o m p a r i s o n o f t e m p e r a t u r e s i n t h e r e b a r a n d t w o c o n c r e t e l o c a t i o n s ( T C l O a n d T C ] 1 , w h i c h a r e l o c a t e d a t d e p t h s o f 2 0 0 a n d 3 0 0 m m , r e s p e c t i v e l y , a s s h o w n i n F i g u r e 3 . 1 ) f o r N S C ( B 1 ) a n d H S C ( B 3 ) b e a m s e x p o s e d t o t h e A S T M E 1 1 9 s t a n d a r d fi r e . E x c e p t f o r t h e s t r e n g t h , t h e N S C a n d H S C b e a m s h a d s i m i l a r c h a r a c t e r i s t i c s a n d w e r e s u b j e c t e d t o c o m p a r a b l e l o a d l e v e l s . I t c a n b e s e e n f r o m F i g u r e 3 . 8 t h a t t h e m e a s u r e d t e m p e r a t u r e s i n r e b a r s a n d c o n c r e t e ( a t 1 0 0 m m c o n c r e t e d e p t h ) i n t h e N S C b e a m ( B 1 ) a r e l o w e r t h a n t h e c o r r e s p o n d i n g t e m p e r a t u r e s i n t h e H S C b e a m ( B 3 ) t h r o u g h o u t t h e fi r e e x p o s u r e . T h e v a r i a t i o n i n t e m p e r a t u r e p r o fi l e s c a n b e p a r t l y a t t r i b u t e d t o d i f f e r e n c e s i n t h e r m a l p r o p e r t i e s o f t h e t w o c o n c r e t e s r e s u l t i n g f r o m h i g h e r c o m p a c t n e s s ( l o w e r p o r o s i t y ) o f H S C a n d a l s o d u e t o t h e o c c u r r e n c e o f “ m i n o r ” s p a l l i n g i n t h e H S C b e a m . T h e h i g h e r t h e r m a l c o n d u c t i v i t y o f H S C , r e s u l t i n g f r o m l o w e r p o r o s i t y , i n c r e a s e s t h e r e b a r a n d c o n c r e t e t e m p e r a t u r e s i n t h e H S C b e a m . A l s o , i n t h e c a s e o f t h e H S C b e a m t h e r e w a s s o m e s u r f a c e s p a l l i n g i n t h e “ i n t e r m e d i a t e s t a g e ” o f fi r e e x p o s u r e . T h i s l o s s o f c o n c r e t e 8 9 a l s o l e d t o a f a s t e r r i s e i n t e m p e r a t u r e . T h i s v a r i a t i o n i n c o n c r e t e t e m p e r a t u r e a l m o s t d i s a p p e a r s a t l a r g e r d e p t h s a n d c a n b e e x p l a i n e d b y t h e l a r g e d i s t a n c e f r o m t h e e x p o s e d s u r f a c e w h i c h r e d u c e s t h e e f f e c t o f c o m p a c t n e s s a n d s p a l l i n g o n t h e t e m p e r a t u r e d i s t r i b u t i o n i n t h e H S C b e a m . F i g u r e 3 . 9 s h o w s t h e v a r i a t i o n o f r e b a r a n d c o n c r e t e ( T C l O a n d T C l 1 ) t e m p e r a t u r e s a s a f u n c t i o n o f fi r e e x p o s u r e t i m e f o r N S C b e a m B 2 a n d H S C b e a m B 4 e x p o s e d t o S F . T h e fi r e t e m p e r a t u r e r i s e s r a p i d l y i n t h e fi r s t 1 0 m i n u t e s , t h e n r e m a i n s c o n s t a n t u p t o a b o u t 6 0 m i n u t e s , b e f o r e f o l l o w i n g a d e c a y c u r v e i n t h e c o o l i n g p h a s e . T h e r e b a r a n d c o n c r e t e t e m p e r a t u r e s i n t h e N S C b e a m a r e s l i g h t l y h i g h e r t h a n t h o s e o f t h e H S C b e a m p a r t i c u l a r l y i n t h e h e a t i n g p h a s e o f t h e fi r e e x p o s u r e t i m e . T h i s i s c o n t r a r y t o w h a t w a s o b s e r v e d f o r b e a m s B 1 a n d B B ( e x p o s e d t o A S T M E 1 1 9 s t a n d a r d fi r e ) a n d c a n b e p a r t l y a t t r i b u t e d t o t h e f a c t t h a t l e s s s p a l l i n g w a s o b s e r v e d f o r t h e H S C b e a m B 4 ( e x p o s e d t o S F ) a s c o m p a r e d t o H S C b e a m B 3 ( e x p o s e d t o A S T M E 1 1 9 s t a n d a r d fi r e ) . T h e d e c r e a s e d s p a l l i n g i s m a i n l y d u e t o t h e p r e s e n c e o f a d e c a y ( c o o l i n g ) p h a s e i n t h e d e s i g n fi r e w h i c h c a u s e d l o w e r t e m p e r a t u r e r i s e i n b e a m B 4 . I n a d d i t i o n , t h e s t e e p t i m e - t e m p e r a t u r e i n c r e a s e i n t h e e a r l y s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e ( s e e F i g u r e 3 . 7 ) p r o d u c e d a h i g h t h e r m a l g r a d i e n t i n t h e b e a m c r o s s - s e c t i o n . S u c h h i g h t h e r m a l g r a d i e n t s i n d u c e d h i g h e r d a m a g e a n d m i c r o c r a c k i n g i n t h e H S C b e a m ( w h i c h i n t u r n i n c r e a s e d t h e p o r o s i t y o f H S C ) d u e t o t h e h i g h c o m p a c t n e s s a n d l o w p e r m e a b i l i t y o f H S C . T h e h i g h e r d a m a g e a n d m i c r o c r a c k i n g ( p o r o s i t y ) r e d u c e d t h e t h e r m a l c o n d u c t i v i t y a n d h e n c e s l o w e d t h e t e m p e r a t u r e r i s e i n H S C . 9 O O v e r a l l , t h e t e m p e r a t u r e s m e a s u r e d i n t h e H S C b e a m s f o l l o w e d c l o s e l y t h o s e i n t h e N S C b e a m s . I t m a y t h e r e f o r e b e c o n c l u d e d t h a t t h e s t r e n g t h o f c o n c r e t e d o e s n o t s i g n i fi c a n t l y i n fl u e n c e t h e t h e r m a l r e s p o n s e o f R C b e a m s u n d e r fi r e c o n d i t i o n s . T h e e f f e c t o f t h e t y p e o f fi r e e x p o s u r e o n t h e t h e r m a l r e s p o n s e o f R C b e a m s c a n b e i l l u s t r a t e d b y c o m p a r i n g t h e t e m p e r a t u r e p r o fi l e s i n F i g u r e 3 . 8 w i t h t h o s e i n F i g u r e 3 . 9 . I t c a n b e s e e n f r o m F i g u r e 3 . 8 t h a t f o r t h e b e a m s e x p o s e d t o t h e s t a n d a r d A S T M E 1 1 9 fi r e ( B 1 a n d B 3 ) , t h e r e b a r a n d c o n c r e t e t e m p e r a t u r e i n c r e a s e s t h r o u g h o u t t h e fi r e e x p o s u r e t i m e . H o w e v e r , F i g u r e 3 . 9 s h o w s t h a t f o r b e a m s B 2 a n d B 4 ( e x p o s e d t o t h e S F ) , t h e m e a s u r e d t e m p e r a t u r e s i n c o n c r e t e a n d s t e e l r e b a r s i n c r e a s e d t o a m a x i m u m v a l u e a n d t h e n d e c r e a s e . T h i s i s a t t r i b u t e d t o t h e d e c a y ( c o o l i n g ) p h a s e i n t h e t i m e - t e m p e r a t u r e c u r v e o f t h e d e s i g n fi r e w h i c h l e a d s t o c o o l i n g i n t h e R C b e a m . A c o m p a r i s o n o f t e s t d a t a f o r t h e t w o H S C b e a m s ( B 5 a n d B 6 ) e x p o s e d t o t h e l o n g s e v e r e d e s i g n fi r e ( L F ) i s s h o w n i n F i g u r e 3 . 1 0 , w h e r e i n t h e v a r i a t i o n o f r e b a r a n d c o n c r e t e ( T C 9 a n d T C l O ) t e m p e r a t u r e s i s p l o t t e d a s a f u n c t i o n o f fi r e e x p o s u r e t i m e . T h e l o c a t i o n s o f T C 9 a n d T C l O ( a t 2 0 0 a n d 3 0 0 m m d e p t h s ) i n t h e s e t w o b e a m s a r e i d e n t i c a l t o t h o s e o f t h e r m o c o u p l e s T C l O a n d T C l l i n b e a m s B l t h r o u g h B 4 a s c a n b e s e e n b y c o m p a r i n g F i g u r e 3 . 1 ( b ) w i t h F i g u r e 3 . 1 ( c ) . A c o m p a r i s o n o f F i g u r e 3 . 9 a n d F i g u r e 3 . 1 0 i n d i c a t e s t h a t t h e h i g h e r r e b a r a n d c o n c r e t e t e m p e r a t u r e s w e r e r e c o r d e d i n t h e t w o H S C b e a m s ( B 5 a n d B G ) c o m p a r e d w i t h t h e m e a s u r e d t e m p e r a t u r e s i n H S C b e a m B 4 . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e l o n g e r b u r n i n g d u r a t i o n o f t h e d e s i g n fi r e L F . A l s o , t h e e x t e n t o f s u r f a c e s p a l l i n g w a s h i g h e r i n b e a m s B S a n d B 6 t h a n t h a t i n H S C b e a m B 4 , m a i n l y r e s u l t i n g f r o m d i f f e r e n t l o a d i n g , fi r e a n d s u p p o r t c o n d i t i o n s . T h i s l e d t o a h i g h e r t e m p e r a t u r e r i s e i n H S C b e a m s B 5 a n d B 6 . H o w e v e r , t h e c o o l i n g i n t h e r e b a r a n d c o n c r e t e t e m p e r a t u r e s i s 9 1 f o u n d t o b e f a s t e r f o r t h e b e a m s e x p o s e d t o t h e ‘ L F ’ fi r e ( b e a m s B 5 a n d B 6 ) . T h i s i s a t t r i b u t e d t o t h e f a s t e r c o o l i n g r a t e i n t h e L P i n t h e d e c a y p h a s e , s e e F i g u r e 3 . 7 . T h e p l o t t e d t e m p e r a t u r e s i n F i g u r e 3 . 1 0 c a n b e u s e d t o g a g e t h e e f f e c t o f a x i a l r e s t r a i n t o n t h e t h e r m a l r e s p o n s e o f H S C b e a m s . F r o m F i g u r e 3 . 1 0 , t h e r e b a r a n d c o n c r e t e t e m p e r a t u r e i n b e a m B 6 i s h i g h e r t h a n i n b e a m B 5 , p a r t i c u l a r l y a t t h e l a t e s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e a x i a l r e s t r a i n t e f f e c t s w h i c h i n c r e a s e d t h e fi r e i n d u c e d s p a l l i n g i n b e a m B 6 a s c o m p a r e d t o b e a m B 5 . G e n e r a l l y , l o a d l e v e l a n d a x i a l r e s t r a i n t h a v e o n l y a m i n o r i n fl u e n c e o n t h e t h e r m a l r e s p o n s e o f R C b e a m s . T h e e f f e c t o f t h e s e f a c t o r s o n t h e t h e r m a l r e s p o n s e g e n e r a l l y a r i s e s t h r o u g h t h e i r i n fl u e n c e o n s p a l l i n g a n d c r a c k i n g o f c o n c r e t e . T h e r e c o r d e d t e m p e r a t u r e s i n a l l t h e r m o c o u p l e s a s a f u n c t i o n o f fi r e e x p o s u r e t i m e f o r a l l t e s t e d b e a m s a r e g i v e n i n A p p e n d i x B ( F i g u r e s B 4 t o B . 2 7 ) . 3 . 7 . 2 S t r u c t u r a l R e s p o n s e 3 . 7 . 2 . 1 D e fl e c t i o n T h e m e a s u r e d m i d - s p a n d e fl e c t i o n f o r t h e s i x t e s t e d b e a m s i s s h o w n i n F i g u r e 3 . 1 1 a s a f u n c t i o n o f fi r e e x p o s u r e t i m e . F o r a l l s i x b e a m s t h e m i d - s p a n d e fl e c t i o n g r a d u a l l y i n c r e a s e s w i t h t i m e a t t h e e a r l y s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e a s a r e s u l t o f t h e r m a l e x p a n s i o n a n d t h e d e t e r i o r a t i o n o f s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e a n d r e i n f o r c i n g s t e e l w i t h i n c r e a s e d t e m p e r a t u r e . T h e i n i t i a l d e f o r m a t i o n o f t h e b e a m r e s u l t s m a i n l y f r o m t h e r m a l g r a d i e n t s d e v e l o p e d w i t h i n t h e b e a m c r o s s - s e c t i o n a n d a l s o t h e a p p l i e d l o a d i n g . H o w e v e r , t h e e f f e c t o f c r e e p b e c o m e s p r o n o u n c e d i n t h e l a t e r s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e d u e t o h i g h e r t e m p e r a t u r e s i n c o n c r e t e a n d s t e e l , a n d a l s o d u e t o s i g n i fi c a n t d e t e r i o r a t i o n i n 9 2 t h e s t i f fi r e s s o f t h e b e a m . T h i s i s o n e o f t h e m a i n r e a s o n s f o r t h e i n c r e a s e i n t h e d e f o r m a t i o n s i n b e a m s B 1 , B 3 a n d B S t o w a r d s t h e l a t e r s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e . T h e s e b e a m s e x p e r i e n c e d v e r y h i g h t e m p e r a t u r e s ( i n c o n c r e t e a n d s t e e l ) p r i o r t o f a i l u r e r e s u l t i n g i n h i g h s t r e s s l e v e l s w h i c h p r o d u c e h i g h c r e e p d e f o r m a t i o n s . H o w e v e r , d u e t o t h e c o o l i n g p h a s e , b e a m s 8 2 , B 4 a n d B 6 d i d n o t a t t a i n s u c h h i g h t e m p e r a t u r e s a n d t h u s s i g n i fi c a n t c r e e p d e f o r m a t i o n m i g h t n o t h a v e o c c u r r e d i n t h e s e b e a m s . T h e e f f e c t o f c o n c r e t e s t r e n g t h o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s c a n b e i l l u s t r a t e d b y c o m p a r i n g t h e d e fl e c t i o n - t i m e c u r v e s o f b e a m s B 1 a n d B 3 ( s u b j e c t e d t o t h e A S T M E 1 1 9 fi r e ) i n F i g u r e 3 . 1 1 . T h e m i d - s p a n d e fl e c t i o n o f b e a m B 3 ( H S C b e a m ) i s h i g h e r t h a n t h a t o f b e a m B 1 ( N S C b e a m ) t h r o u g h o u t t h e r a n g e o f s t a n d a r d fi r e e x p o s u r e . T h e h i g h e r d e fl e c t i o n i n b e a m B 3 ( H S C b e a m ) r e s u l t e d fi o m t h e h i g h e r r e b a r t e m p e r a t u r e i n t h a t b e a m a n d a l s o t h e f a s t e r d e g r a d a t i o n o f s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s o f t h e H S C . T h e l a r g e r d e fl e c t i o n l e d t o e a r l y f a i l u r e o f H S C b e a m ( B 3 ) r e s u l t i n g i n l o w e r fi r e r e s i s t a n c e . T h e f a i l u r e o f t h e H S C b e a m w a s b r i t t l e a s c o m p a r e d t o t h a t o f t h e N S C b e a m . T h e e f f e c t o f fi r e s c e n a r i o o n t h e s t r u c t u r a l r e s p o n s e o f R C b e a m s c a n b e g a u g e d b y r e v i e w i n g t h e d e fl e c t i o n t r e n d s i n F i g u r e 3 . 1 1 . I t c a n b e s e e n t h a t t h e d e fl e c t i o n o f t h e t w o b e a m s ( B 1 a n d B 3 ) e x p o s e d t o t h e A S T M E 1 1 9 s t a n d a r d fi r e i n c r e a s e s t h r o u g h o u t t h e fi r e e x p o s u r e t i m e . H o w e v e r , e x c e p t f o r b e a m B 5 , t h e fi g u r e s h o w s r e c o v e r y i n t h e m i d - s p a n d e fl e c t i o n f o r t h e b e a m s e x p o s e d t o t h e d e s i g n fi r e s c e n a r i o s . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e r e c o v e r y i n t h e s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s o n c e t h e b e a m e n t e r s t h e c o o l i n g p h a s e . B e c a u s e o f t h e h i g h l o a d i n g l e v e l s a n d t h e l o n g e r d u r a t i o n o f t h e ‘ g r o w t h p h a s e ’ o f t h e fi r e , b e a m B 5 f a i l e d b e f o r e t h e r e b a r t e m p e r a t u r e e n t e r e d t h e c o o l i n g p h a s e . T h u s n o d e fl e c t i o n r e c o v e r y w a s o b s e r v e d f o r B 5 . 9 3 T h e e f f e c t o f a x i a l r e s t r a i n t o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s c a n a l s o b e g a u g e d b y l o o k i n g a t t h e d e fl e c t i o n r e s p o n s e i n F i g u r e 3 . 1 1 . A l t h o u g h t h e r e b a r a n d c o n c r e t e t e m p e r a t u r e s i n b e a m B 4 a r e l o w e r t h a n t h o s e i n b e a m B 2 , b e a m B 4 e x p e r i e n c e d a h i g h e r m i d - s p a n d e fl e c t i o n . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e f a c t t h a t B 2 w a s a x i a l l y r e s t r a i n e d . A s e x p l a i n e d i n S e c t i o n 2 . 2 , t h e a x i a l f o r c e r e s u l t i n g f r o m r e s t r a i n i n g t h e t h e r m a l e x p a n s i o n o f a n R C b e a m p r o d u c e s a c o u n t e r a c t i n g b e n d i n g m o m e n t , a m e c h a n i s m s i m i l a r t o t h a t o f a n a r c h a c t i o n ( D w a i k a t a n d K o d u r 2 0 0 8 a ) . T h i s a x i a l f o r c e i n d u c e d b e n d i n g m o m e n t c o u n t e r a c t s t h e m o m e n t d u e t o t h e a p p l i e d ( g r a v i t y ) l o a d r e s u l t i n g i n r e d u c e d d e fl e c t i o n s . T h e e f f e c t o f l o a d o n t h e s t r u c t u r a l r e s p o n s e o f H S C b e a m s c a n b e g a u g e d b y c o m p a r i n g t h e d e fl e c t i o n s i n H S C b e a m s B 5 a n d B 6 e x p o s e d t o t h e s e v e r e d e s i g n fi r e ( L F ) . I n F i g u r e 3 . 1 1 , t h e l o a d r a t i o h a s a s i g n i fi c a n t e f f e c t o n t h e d e fl e c t i o n o f R C b e a m s e x p o s e d t o fi r e . B e a m B 5 , w h i c h w a s e x p o s e d t o a h i g h e r l o a d r a t i o ( 6 5 % ) , a l s o e x p e r i e n c e d a h i g h e r m i d - s p a n d e fl e c t i o n c o m p a r e d t o b e a m B 6 w h i c h h a d a 5 5 % l o a d r a t i o . T h i s i s m a i n l y b e c a u s e a n i n c r e a s e d l o a d r a t i o c a u s e d e a r l y y i e l d i n g o f t h e s t e e l r e i n f o r c e m e n t a n d t h u s i n c r e a s e d t h e m e c h a n i c a l a n d c r e e p s t r a i n s . T h i s l e d t o l o w e r s t i f f n e s s i n t h e b e a m a n d r e s u l t e d i n a s i g n i fi c a n t i n c r e a s e i n d e fl e c t i o n l e a d i n g t o e a r l y f a i l u r e o f b e a m B 5 a s c a n b e s e e n i n F i g u r e 3 . 1 1 . 3 . 7 . 2 . 2 A x i a l R e s t r a i n t F o r c e T h e m e a s u r e d a x i a l r e s t r a i n t f o r c e f o r t h e t w o t e s t e d a x i a l l y r e s t r a i n e d b e a m s ( N S C b e a m B Z a n d H S C b e a m B 6 ) i s s h o w n i n F i g u r e 3 . 1 2 a s a f u n c t i o n o f fi r e e x p o s u r e t i m e . T h e a x i a l f o r c e i n b o t h b e a m s i n c r e a s e d w i t h fi r e e x p o s u r e t i m e i n t h e fi r s t 1 0 0 m i n u t e s . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o r e s t r a i n i n g t h e t h e r m a l e x p a n s i o n o f t h e b e a m w h i c h i n c r e a s e d w i t h fi r e e x p o s u r e t i m e d u e t o t h e i n c r e a s e i n c o n c r e t e a n d r e b a r t e m p e r a t u r e s . T h e r a t e o f 9 4 i n c r e a s e i n t h e a x i a l r e s t r a i n t f o r c e i s l o w e r i n b e a m B 6 c o m p a r e d t o b e a m B 2 . T h i s c a n b e m a i n l y a t t r i b u t e d t o t h e s e v e r e s p a l l i n g t h a t o c c u r r e d a t t h e e a r l y s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e i n H S C b e a m B 6 w h i c h r e d u c e d t h e a x i a l s t i f f n e s s a n d r e s u l t e d i n t h e d e v e l o p m e n t o f s m a l l e r a x i a l r e s t r a i n t f o r c e s , s e e F i g u r e 3 . 1 2 . F i g u r e 3 . 1 2 a l s o s h o w s t h a t a f t e r 1 0 0 m i n u t e s , t h e a x i a l f o r c e w a s a l m o s t c o n s t a n t i n b e a m B 2 f o r a b o u t 4 0 m i n u t e s . T h i s w a s f o l l o w e d b y a g r a d u a l d e c r e a s e i n t h e a x i a l r e s t r a i n t f o r c e . T h e p l a t e a u i n t h e a x i a l r e s t r a i n t f o r c e b e t w e e n 1 0 0 m i n u t e s a n d 1 4 0 m i n u t e s ( i n b e a m B 2 ) c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e r e l i e f v a l v e i n t h e r e s t r a i n t s y s t e m w h i c h r e d u c e s t h e a x i a l r e s t r a i n t s t i f f n e s s t o z e r o . T h i s p l a t e a u i n t h e a x i a l r e s t r a i n t s t i f f n e s s i s m a i n l y t o a v o i d p o s s i b l e d a m a g e o f t h e t e s t f a c i l i t y a n d l o a d i n g f r a m e a s d i s c u s s e d a b o v e . T h e r e d u c t i o n i n t h e a x i a l r e s t r a i n t f o r c e a t t h e l a t e r s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e f o r t h i s b e a m c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e d e c a y p h a s e i n t h e t i m e - t e m p e r a t u r e c u r v e o f t h e fi r e e x p o s u r e i n w h i c h t h e b e a m s t a r t e d c o o l i n g . H o w e v e r , f o r b e a m B 6 , a r e d u c t i o n i n t h e a x i a l r e s t r a i n t f o r c e o c c u r r e d b e t w e e n 1 0 0 a n d 1 4 0 m i n u t e s o f fi r e e x p o s u r e . T h i s i s a t t r i b u t e d t o t h e s e v e r e l o n g d e s i g n fi r e t o w h i c h t h i s b e a m w a s e x p o s e d . S e v e r e s p a l l i n g o c c u r r e d i n B 6 a n d t h e f a s t e r d e g r a d a t i o n o f s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s o f H S C c o n t r i b u t e d t o t h e r e d u c t i o n i n t h e a x i a l f o r c e . A t t h e l a t e r s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e , t h e a x i a l f o r c e s t a r t e d t o d e c r e a s e g r a d u a l l y d u e t o t h e d e c a y p h a s e i n t h e d e s i g n fi r e w h e r e B 6 e n t e r s t h e c o o l i n g p h a s e . T h e r e s u l t s p r e s e n t e d i n F i g u r e 3 . 1 2 s h o w t h a t H S C b e a m s m a y d e v e l o p s m a l l e r a x i a l r e s t r a i n t f o r c e s u n d e r fi r e c o n d i t i o n s w h e n c o m p a r e d w i t h N S C b e a m s . T h i s c a n b e p r i m a r i l y a t t r i b u t e d t o t h e f a c t t h a t H S C i s m o r e p r o n e t o s p a l l i n g t h a n N S C a n d t o t h e f a s t e r d e g r a d a t i o n o f s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s i n H S C c o m p a r e d t o N S C . I t c a n a l s o b e 9 5 a t t r i b u t e d t o t h e d i f f e r e n c e s i n t h e t h e r m a l s t r a i n o f H S C f r o m t h a t o f N S C . T h i s r e s u l t s u g g e s t s t h a t H S C m i g h t h a v e a l o w e r t h e r m a l s t r a i n t h a n t h a t o f N S C 3 . 7 . 2 . 3 S t r a i n i n L o n g i t u d i n a l R e i n f o r c e m e n t T h e s t r a i n s i n t h e l o n g i t u d i n a l r e i n f o r c e m e n t o f t h e b e a m s w e r e m o n i t o r e d u s i n g h i g h t e m p e r a t u r e s t r a i n g a g e s . T h e m e a s u r e d s t r a i n i n t h e t e n s i o n r e i n f o r c e m e n t o f t h e c e n t r a l s e c t i o n i n t h e s i x t e s t e d b e a m s i s p l o t t e d a s a f u n c t i o n o f t i m e i n F i g u r e 3 . 1 3 . I t c a n b e s e e n t h a t t h e r e i s a v a r i a t i o n a m o n g t h e m e a s u r e d s t r a i n s a t r o o m t e m p e r a t u r e i n t h e s i x b e a m s . T h i s c a n b e m a i n l y a t t r i b u t e d t o t h e v a r i a t i o n i n c o n c r e t e s t r e n g t h a m o n g t h e b e a m s , a x i a l r e s t r a i n t f o r c e ( w h i c h i s s l i g h t l y h i g h e r t h a n z e r o a t r o o m t e m p e r a t u r e a s c a n b e s e e n f r o m F i g u r e 3 . 1 2 ) , v a r i a t i o n o f c r a c k s d e v e l o p e d i n t h e d i f f e r e n t b e a m s , a n d m a l f u n c t i o n o f t h e s t r a i n g a g e s t h e m s e l v e s . D e s p i t e t h e f a c t t h a t t h e t e s t e d b e a m s e x p e r i e n c e d r e l a t i v e l y l a r g e d e fl e c t i o n s d u r i n g fi r e e x p o s u r e , F i g u r e 3 . 1 3 s h o w s t h a t t h e r e i s a s l i g h t a n d i r r e g u l a r v a r i a t i o n o f s t r a i n s m e a s u r e d i n t h e r e b a r s w i t h fi r e e x p o s u r e t i m e . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e d e - b o n d i n g o f t h e s t r a i n g a g e f r o m t h e r e i n f o r c i n g s t e e l d u e t o t h e i n c r e a s e i n r e b a r t e m p e r a t u r e d u r i n g e x p o s u r e t o fi r e . I t c a n a l s o b e s e e n f r o m F i g u r e 3 . 1 3 t h a t t h r e e o f t h e s i x s t r a i n g a g e s ( p a r t i c u l a r l y i n H S C b e a m s B 4 , B 5 , a n d B 6 ) s t a r t e d t o r e c o r d n o n s e n s i c a l s t r a i n s i n t h e fi r s t 1 0 m i n u t e s o f fi r e e x p o s u r e . T h i s c a n b e m a i n l y a t t r i b u t e d t o t h e c r a c k i n g a n d s p a l l i n g i n t h e s e b e a m s w h i c h l e f t t h e s t r a i n g a g e w i r e d i r e c t l y e x p o s e d t o fi r e . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t h i g h t e m p e r a t u r e s t r a i n g a g e s a r e g e n e r a l l y u n r e l i a b l e d u e t o t h e m a n y c o m p l e x p h y s i c a l a n d c h e m i c a l p r o c e s s e s t h a t o c c u r a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s . T h e p r o b l e m a s s o c i a t e d w i t h t h e r e l i a b i l i t y o f h i g h t e m p e r a t u r e s t r a i n g a g e s w a s a l s o 9 6 e n c o u n t e r e d b y o t h e r r e s e a r c h e r s ( W i l l i a m s 2 0 0 4 , B i s b y 2 0 0 3 ) . S o m e p r e v i o u s r e s e a r c h e r a t t r i b u t e d t h e p r o b l e m i n s t r a i n g a g e s t o t h e e l e c t r i c a l i n t e r f e r e n c e f r o m t h e o p e r a t i o n o f t h e h i g h v o l t a g e i g n i t i o n a n d t h e c o n t r o l s y s t e m s ( W i l l i a m s 2 0 0 4 ) . O n e o t h e r r e a s o n f o r t h i s p r o b l e m c o u l d b e t h a t t h e s t r a i n g a g e s w e r e d e s i g n e d f o r a l o w h e a t i n g r a t e c o m p a r e d t o t h e h i g h r a t e o f h e a t i n g e n c o u n t e r e d ( a b o u t 1 0 ° C p e r m i n u t e f o r r e b a r s ) i n fi r e e x p o s u r e . D u e t o t h e l a c k o f c o n s i s t e n c y , t h e s t r a i n g a g e d a t a c a n n o t b e c o n fi d e n t l y u s e d t o i n f e r a n y s t r a i n t r e n d s i n t h e t e s t e d R C b e a m s . T h e m e a s u r e d s t r a i n s f r o m o t h e r s t r a i n g a g e s a r e p l o t t e d a s a f u n c t i o n o f fi r e e x p o s u r e t i m e i n A p p e n d i x B F i g u r e s B . 2 8 t h r o u g h B . 3 0 . 3 . 7 . 3 S p a l l i n g P a t t e r n a n d F a i l u r e M o d e O f t h e s i x t e s t e d b e a m s , t h r e e b e a m s , n a m e l y , B 1 , B 3 a n d B 5 f a i l e d i n t h e fl e x u r a l m o d e f o l l o w e d b y a l o n g i t u d i n a l c r a c k a t t h e l e v e l o f t h e t e n s i o n r e b a r s . T h i s c r a c k i n g r e s u l t e d i n s i g n i fi c a n t s p a l l i n g a t t h e b o t t o m s u r f a c e p r i o r t o f a i l u r e . H o w e v e r , t h i s t y p e o f s p a l l i n g i n c o n c r e t e d i d n o t g r e a t l y i n fl u e n c e t h e fi r e r e s p o n s e o f t h e R C b e a m s i n c e i t o c c u r r e d j u s t p r i o r t o f a i l u r e . T h e H S C b e a m s B 3 a n d B 5 f a i l e d i n a b r i t t l e m o d e a s c o m p a r e d t o t h e N S C b e a m B 1 . T h e r e m a i n i n g t h r e e b e a m s ( B 2 , B 4 , a n d B 6 ) e x p o s e d t o d e s i g n fi r e s , d i d n o t f a i l s i n c e t h e fi r e s h a d a w e l l d e fi n e d d e c a y p h a s e . T h i s r e s u l t e d i n r e c o v e r y o f s o m e s t r e n g t h a n d s t i f fi r e s s o f t h o s e b e a m s . T h e s e t h r e e b e a m s w e r e t e s t e d a f t e r t h e y c o o l e d t o o b t a i n t h e r e s i d u a l s t r e n g t h a f t e r t h e fi r e t e s t . I n a d d i t i o n , a l o w e r c o n c r e t e s t r e n g t h i n b e a m B 2 a n d t h e p r e s e n c e o f a x i a l r e s t r a i n t i n b e a m B 6 p r o v i d e d s o m e b e n e fi c i a l e f f e c t . T h e e x t e n t o f e a r l y a n d m o d e r a t e s p a l l i n g d u r i n g t h e fi r e t e s t w a s r e c o r d e d t h r o u g h o b s e r v a t i o n s i n t h e w i n d o w s o f t h e f u r n a c e . A l s o , v o l u m e t r i c m e a s u r e m e n t s w e r e m a d e 9 7 a f t e r fi r e r e s i s t a n c e t e s t s t o d e t e r m i n e t h e e x t e n t o f s p a l l i n g . T h e v o l u m e t r i c m e a s u r e m e n t s a n d t e s t o b s e r v a t i o n d i d n o t a c c o u n t f o r l a t e s p a l l i n g , w h i c h o c c u r r e d j u s t p r i o r t o f a i l u r e , a n d d i d n o t i n fl u e n c e t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s a s d i s c u s s e d i n C h a p t e r 2 . V o l u m e t r i c m e a s u r e m e n t s o f s p a l l e d c o n c r e t e i n e a c h b e a m a f t e r t h e fi r e t e s t s a r e t a b u l a t e d i n T a b l e 3 . 1 . T h e s p a l l e d v o l u m e r a t i o w a s c o m p u t e d a s t h e r a t i o o f t h e s p a l l e d v o l u m e t o t h e t o t a l o r i g i n a l v o l u m e o f c o n c r e t e . B a s e d o n t h e s e v o l u m e t r i c m e a s u r e m e n t s , t h e e x t e n t o f s p a l l i n g f o r t h e s i x t e s t e d b e a m s w a s c l a s s i fi e d a s m i n o r , m o d e r a t e , o r s e v e r e a n d i s g i v e n i n T a b l e 3 . 1 . S p a l l i n g i s s a i d t o b e ‘ m i n o r ’ w h e n s m a l l a m o u n t s o f c o n c r e t e c h i p o f f o f t h e s u r f a c e o f t h e R C b e a m . S p a l l i n g i s s a i d t o b e ‘ m o d e r a t e ’ w h e n t h e e x t e n t o f s p a l l i n g d o e s n o t r e a c h t h e s t e e l r e i n f o r c e m e n t , w h i l e i t i s s a i d t o b e ‘ s e v e r e ’ w h e n t h e e x t e n t o f s p a l l i n g r e a c h e s t h e r e i n f o r c e m e n t . I n t h e N S C b e a m s ( B 1 a n d B 2 ) , t h e e x t e n t o f s p a l l i n g w a s m i n i m a l o r a l m o s t n e g l i g i b l e t h r o u g h o u t t h e fi r e e x p o s u r e . H o w e v e r , i n t h e H S C b e a m s t h e e x t e n t o f s p a l l i n g w a s m o d e r a t e a n d s e v e r e , a n d s o m e o f t h e s p a l l i n g o c c u r r e d a t e a r l y s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e . T h e e x t e n t o f s p a l l i n g w a s i n fl u e n c e d b y t e s t c o n d i t i o n s a n d b e a m c h a r a c t e r i s t i c s . T h e l e v e l o f s p a l l i n g r e p o r t e d i n T a b l e 3 . 1 c a n b e u s e d t o g a u g e t h e e f f e c t o f d i f f e r e n t p a r a m e t e r s o n fi r e i n d u c e d s p a l l i n g . M i n o r s p a l l i n g i n t h e f o r m o f s u r f a c e s c a l i n g o c c u r r e d i n N S C b e a m s B 1 a n d B 2 . H o w e v e r , t h e e x t e n t o f s p a l l i n g w a s h i g h e r f o r H S C b e a m s B 3 , B 4 , B 5 , a n d B 6 . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e h i g h e r c o m p a c t n e s s ( l o w p e r m e a b i l i t y ) a n d f a s t e r d e g r a d a t i o n o f H S C c o m p a r e d t o N S C . T h e l o w p e r m e a b i l i t y o f H S C i n c r e a s e d t h e p o r e p r e s s u r e b u i l d u p i n H S C b e a m s . W h e n t h i s p r e s s u r e e x c e e d e d t h e t e n s i l e s t r e n g t h o f c o n c r e t e , c h u n k s o f c o n c r e t e f e l l f r o m t h e s u r f a c e . 9 8 I n a d d i t i o n t o p e r m e a b i l i t y , l o a d r a t i o a n d i n i t i a l r e l a t i v e h u m i d i t y w e r e f o u n d t o s i g n i fi c a n t l y i n fl u e n c e t h e s p a l l i n g i n R C b e a m s . O b s e r v a t i o n s i n t h e fi r e t e s t s i n d i c a t e d t h a t , f o r b e a m B 4 , s p a l l i n g w a s n o t e x p l o s i v e a n d m o s t o f i t o c c u r r e d a t i n t e r m e d i a t e s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e o r j u s t p r i o r t o t h e f a i l u r e o f t h i s b e a m . I n c o n t r a s t , t h e r e w a s s i g n i fi c a n t a n d r a n d o m e x p l o s i v e s p a l l i n g f o r H S C b e a m B 5 i n t h e fi r s t 3 5 m i n u t e s o f fi r e e x p o s u r e . T h e s e v e r e s p a l l i n g o b s e r v e d i n H S C b e a m B 5 c a n b e p a r t l y a t t r i b u t e d t o t h e h i g h e r l o a d r a t i o a p p l i e d t o t h e b e a m c o m p a r e d t o B 4 . I t c a n a l s o b e a t t r i b u t e d t o t h e s l i g h t l y h i g h e r r e l a t i v e h u m i d i t y ( m o i s t u r e c o n t e n t ) o f b e a m B 5 c o m p a r e d t o B 4 . B e t w e e n t h e H S C b e a m s B S a n d B 6 , m o r e s e v e r e s p a l l i n g o c c u r r e d f o r t h e a x i a l l y r e s t r a i n e d b e a m B 6 a s c o m p a r e d t o t h e s i m p l y s u p p o r t e d b e a m B S . T h i s c a n b e m a i n l y a t t r i b u t e d t o t h e f a c t t h a t t h e d e v e l o p m e n t o f a x i a l f o r c e s i n r e s t r a i n e d b e a m s a l t e r e d t h e i n t e r n a l s t r e s s e s ( i n c l u d i n g h i g h e r t e n s i l e s t r e s s e s i n t h e l a t e r a l d i r e c t i o n o f t h e b e a m ) a n d e n h a n c e d t h e c o n d i t i o n s f o r s p a l l i n g . F i g u r e 3 . 1 4 s h o w s a p i c t u r e o f a t y p i c a l b e a m b e f o r e t h e fi r e r e s i s t a n c e t e s t s a s w e l l a s p i c t u r e s o f t h e t e s t e d b e a m s a f t e r t h e fi r e t e s t s . F i g u r e 3 . 1 4 ( b ) i l l u s t r a t e s t h e e x t e n t o f s p a l l i n g a f t e r fi r e r e s i s t a n c e t e s t s . I n a d d i t i o n , d a m a g e i n b e a m B 6 d u r i n g t h e fi r e t e s t a n d a f t e r t h e r e s i d u a l t e s t i n g i s s h o w n f o r b e a m B 6 . A l s o s h o w n i s a s k e t c h o f t h e b e a m s e c t i o n t o i l l u s t r a t e t h e s p a l l i n g t h a t o c c u r r e d d u r i n g t h e e a r l y s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e f o r H S C b e a m B 6 . S i g n i fi c a n t s p a l l i n g o c c u r r e d i n t h e H S C b e a m a s c o m p a r e d t o t h e N S C b e a m . A l t h o u g h t h e H S C b e a m ( B 5 ) w a s e x p o s e d t o fi r e f r o m t h r e e s i d e s , m u c h o f t h e e a r l y s p a l l i n g w a s m a i n l y o b s e r v e d o n t h e u p p e r a r e a ( c o m p r e s s i o n z o n e ) o f b o t h s i d e s o f t h e b e a m . T h e l a c k o f s p a l l i n g o n t h e b o t t o m f a c e o f t h e b e a m c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e c r a c k i n g i n t h e t e n s i o n z o n e c a u s e d b y t h e a p p l i e d l o a d i n g . C r a c k i n g f a c i l i t a t e s t h e 9 9 e s c a p e o f s t e a m a n d t h u s r e d u c e s t h e b u i l d u p o f p o r e p r e s s u r e u n d e r fi r e c o n d i t i o n s ( D w a i k a t a n d K o d u r 2 0 0 8 b ) . I n a d d i t i o n t o c r a c k i n g , c u r i n g c o n d i t i o n s a l s o i n fl u e n c e t h e p e r m e a b i l i t y o f c o n c r e t e . T h e t o p s u r f a c e o f t h e b e a m s w a s c o v e r e d w i t h b u r l a p t h a t w a s s o a k e d w i t h w a t e r ( c o m m o n p r a c t i c e f o r c u r i n g R C b e a m s ) . T h i s r e s u l t s i n b e t t e r c u r i n g c o n d i t i o n s f o r t h e t o p p a r t o f t h e b e a m w h i c h e n h a n c e s h y d r a t i o n o f c o n c r e t e l e a d i n g t o r e d u c e d p o r o s i t y ( p e r m e a b i l i t y ) i n t h e t o p p a r t o f t h e b e a m . T h e s i g n i fi c a n t d a m a g e a t t h e c e n t r a l p a r t o f b e a m B 6 , w h i c h c a n b e s e e n i n F i g u r e 3 . 1 4 , i s n o t d u e t o fi r e i n d u c e d s p a l l i n g . T h i s d a m a g e i s m a i n l y f r o m t h e r e s i d u a l t e s t ( t h r o u g h h i g h e r l o a d s ) w h e r e t h e t o p p a r t o f t h e b e a m ( c o n c r e t e ) e x p e r i e n c e d c r u s h i n g . 3 . 7 . 4 F i r e R e s i s t a n c e A c o m p a r i s o n o f fi r e r e s i s t a n c e o f t h e s i x b e a m s i s g i v e n i n T a b l e 3 . 1 . T h e t i m e t o r e a c h f a i l u r e i s d e fi n e d a s t h e fi r e r e s i s t a n c e a n d f a i l u r e o c c u r s w h e n t h e s t r e n g t h o f t h e b e a m d e c r e a s e d t o a l e v e l a t w h i c h t h e b e a m c a n n o t s u s t a i n t h e a p p l i e d l o a d . O n l y t h r e e o f t h e s i x t e s t e d b e a m s , t w o o f w h i c h w e r e e x p o s e d t o t h e A S T M E 1 1 9 s t a n d a r d fi r e a n d t h e r e m a i n i n g o n e e x p o s e d t o L P , a t t a i n e d f a i l u r e . B e a m s B 2 , B 4 , a n d B 6 d i d n o t a t t a i n f a i l u r e a n d s u r v i v e d b u r n o u t c o n d i t i o n s . T h e s e f a i l u r e p a t t e r n s c a n b e a t t r i b u t e d t o v a r i a t i o n s i n t e s t c o n d i t i o n s ( fi r e ) a n d b e a m . c h a r a c t e r i s t i c s ( l o a d i n g , c o n c r e t e s t r e n g t h , r e s t r a i n t ) . T h e e f f e c t o f c o n c r e t e s t r e n g t h o n t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s c a n b e i l l u s t r a t e d b y c o m p a r i n g t h e f a i l u r e t i m e ( fi r e r e s i s t a n c e ) o f H S C b e a m B 3 w i t h t h a t o f N S C b e a m B 1 . T h e fi r e r e s i s t a n c e o f H S C b e a m B 3 ( 1 6 0 m i n u t e s ) w a s f o u n d t o b e l o w e r t h a n t h a t o f N S C b e a m B 1 ( 1 8 0 m i n u t e s ) . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e f a s t e r d e g r a d a t i o n o f s t r e n g t h p r o p e r t i e s o f H S C a n d a l s o d u e t o ‘ m o d e r a t e ’ fi r e i n d u c e d s p a l l i n g i n t h e H S C b e a m . 1 0 0 T h e t y p e o f fi r e e x p o s u r e i n fl u e n c e s t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . A l t h o u g h b e a m s B 1 a n d B 3 , u n d e r t h e A S T M E 1 1 9 fi r e e x p o s u r e , f a i l e d , t h r e e o f t h e b e a m s ( 1 N S C a n d 2 H S C ) e x p o s e d t o t h e d e s i g n fi r e s c e n a r i o s d i d n o t f a i l . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e p r e s e n c e o f t h e d e c a y p h a s e i n t h e d e s i g n fi r e i n w h i c h t h e b e a m s r e c o v e r a l a r g e f r a c t i o n o f t h e i r o r i g i n a l s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s . T h e f a i l u r e o f b e a m B 5 a f t e r 1 4 6 m i n u t e s o f s e v e r e fi r e e x p o s u r e c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e h i g h e r l o a d l e v e l a n d a l s o t o t h e s i m p l e s u p p o r t ( n o r e s t r a i n t e f f e c t ) c o n d i t i o n s . T h e r e d u c e d fi r e r e s i s t a n c e o f B S a s c o m p a r e d t o t h e s i m i l a r b e a m B 3 c a n m a i n l y b e a t t r i b u t e d t o t h e s e v e r e l o a d a n d fi r e c o n d i t i o n s t o w h i c h b e a m B 5 w a s e x p o s e d c o m p a r e d t o B 3 . T e s t d a t a s h o w e d t h a t t h e a x i a l r e s t r a i n t a n d l o a d r a t i o a f f e c t e d t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . A l t h o u g h B 5 e x p e r i e n c e d l e s s s p a l l i n g t h a n B 6 , B S f a i l e d a f t e r 1 4 6 m i n u t e s o f fi r e e x p o s u r e . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e f a c t t h a t B 5 w a s n o t a x i a l l y r e s t r a i n e d ( t h e b e a m w a s s i m p l y s u p p o r t e d ) a n d w a s l o a d e d w i t h a h i g h e r l o a d l e v e l ( 6 3 % ) . T h e e f f e c t o f a x i a l r e s t r a i n t i n H S C B 6 , e n h a n c e d i t s fi r e r e s i s t a n c e ( d e s p i t e h i g h e r s p a l l i n g a s c o m p a r e d t o B 5 ) a n d c o n t r i b u t e d t o s u s t a i n i n g b u r n o u t c o n d i t i o n s . 3 . 8 S u m m a r y D e t a i l s o f fi r e r e s i s t a n c e t e s t s o n s i x R C b e a m s w e r e p r e s e n t e d i n t h i s c h a p t e r . T h e t e s t v a r i a b l e s i n c l u d e d c o n c r e t e s t r e n g t h ( p e r m e a b i l i t y ) , s u p p o r t c o n d i t i o n s , fi r e s c e n a r i o , a n d l o a d r a t i o . D a t a f r o m fi r e t e s t s w a s u t i l i z e d t o i l l u s t r a t e t h e c o m p a r a t i v e p e r f o r m a n c e o f H S C a n d N S C b e a m s u n d e r d i f f e r e n t fi r e , r e s t r a i n t a n d l o a d i n g c o n d i t i o n s . R e s u l t s f r o m t h e t e s t s s h o w e d t h a t H S C b e a m s h a v e a l o w e r fi r e r e s i s t a n c e t h a n N S C b e a m s . A l s o , t e s t d a t a r e v e a l e d t h a t H S C b e a m s e x h i b i t e d h i g h e r l e v e l s o f s p a l l i n g , w h i c h i s l a r g e l y i n fl u e n c e d b y t h e p e r m e a b i l i t y o f c o n c r e t e , t y p e o f fi r e e x p o s u r e , l o a d l e v e l , r e s t r a i n t 1 0 1 c o n d i t i o n s , a n d i n i t i a l m o i s t u r e c o n t e n t . S i m i l a r l y , t h e t y p e o f fi r e s c e n a r i o , a x i a l r e s t r a i n t , a n d l o a d l e v e l w e r e f o u n d t o i n fl u e n c e t h e o v e r a l l fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . R e s u l t s f r o m t h e fi r e t e s t s p r o v i d e a b e t t e r u n d e r s t a n d i n g o f t h e r e s p o n s e o f R C b e a m s u n d e r r e a l i s t i c fi r e , l o a d , a n d r e s t r a i n t c o n d i t i o n s . T h e s e t e s t s p r o v i d e v a l u a b l e d a t a f o r v a l i d a t i n g c o m p u t e r m o d e l s f o r t r a c i n g t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s . 1 0 2 + ' d S c o S m p = u s t i e m 8 3 8 B 1 8 6 5 4 2 a 1 3 n 3 a t m i e s i B g e d p o l n a y s s t u h p e p o I 1 I I I 1 | | I I r I I r a t t i e o d L L S S 3 i ” g A % g F F F F s r R “ " T e s t # e x p F o i u e r e C o t n y c p r e e t e c o n S u d o f s p a l l e d H H H H N N S S S S S S C C C C C C v = o a l x u i a m l e l y t o r e t s h t e r a o i r n i g e i d n a l v p A A S S i s s o l u “ m e N o o f t f h a i e l u b R s s R S S 5 6 5 5 5 5 t p i o o r n t s . P ( r 0 0 0 0 0 k 0 e e a m N ) 3 : 9 9 8 8 8 8 2 1 7 1 6 1 % 5 . . . . . . 5 5 8 6 5 3 1 6 6 7 7 6 ; ( k g M o 5 1 4 4 1 6 i / . . 5 . . . s m 5 3 9 4 7 t 2 2 2 2 3 3 3 ) w L u r e c o n i % t e . . . . g . . 7 5 6 5 1 1 b n h t y t N N 1 1 1 m N f 4 6 8 F i s i 8 F F t r r e s M 0 ( l 3 6 0 ” 0 n a e 0 ) n 7 c e “ r e s P r ( e i f d N N N 1 1 1 m s i 4 5 8 i i F F F t r 7 3 0 n c a e ) t n c e e d v o l fi g r 8 3 3 1 1 a ( . e 7 . . . . 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L L a ; I l { A . , I x I B 1 A ' I w — * V — W a I ~ I fi ‘ d ‘ i j , I . “ _ e T I _ _ e I I _ _ I I ' | f E ’ ‘ i v ‘ E ' I ‘ ‘ I J W _ _ _ 1 7 ‘ W 7 _ I I ‘ I _ _ _ _ f ] H H m a _ J A l l m e a s u r e m e n t s a r e i n i n c h e s ( a ) E l e v a t i o n F i g u r e 3 . 6 — T e s t S e t u p S h o w i n g R C B e a m s i n t h e F u r n a c e 1 1 1 ) C ° ( e r u t a r e p m e T 1 2 0 0 1 0 0 0 1 8 0 0 Z » , 6 0 0 3 4 0 0 2 0 0 ~ 0 6 0 1 2 0 1 8 0 2 4 0 3 0 0 T i m e ( m i n ) F i g u r e 3 . 7 — T i m e T e m e r p a t u r e C u r v e s f o r F i r e S c e n a r i o s u s e d i n t h e F i r e T e s t s 1 2 0 0 1 0 0 0 . . . . . . . . . . . . i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a : ; ; ‘ i ; ; — — F s r e 2 . 8 0 0 — — — — — — — — — — — — : . . 3 » — - — R e b a r ( B 1 ) g : ; , I ; ; : + R e b a r ( 8 3 ) E 6 0 0 : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . + T C 1 0 ( B 1 ) 3 1 T ' a ' ' ; + T C 1 0 ( B 3 ) . 2 4 0 0 : a g j j g g - I — T C 1 1 ( B 1 ) i " " " " " " " " 3 " " " " ' + T c 1 1 ( 3 3 ) 2 0 0 - - . . . . . - - - - . . . . . . . . . . . . j 1 ’ - J _ _ . 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I ° * s \ , s s " 4 0 0 j g , _ ' . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 0 ' 4 A : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o 0 6 0 1 2 0 1 8 0 2 4 0 3 0 0 3 6 0 T i m e ( m i n ) F i g u r e 3 . 9 - M e a s u r e d R e b a r a n d C o n c r e t e T e m p e r a t u r e s a s a F u n c t i o n o f T i m e f o r N S C B e a m B 2 a n d H S C B e a m B 4 1 2 0 0 ; i j F i r e 1 0 0 0 ; . . . _ _ . . . ; . , . — - — R e b a r ( B 5 ) . : ' I 2 2 : + R e b a r ( 3 6 ) g g o o : . . . . . _ . . . . . , , , , , , , . . . — I — T 0 9 ( B 5 ) g i j I + T C Q ( B 6 ) l ‘ . ’ 6 0 0 3 » - l - T C 1 0 ( 8 5 ) _ g : + T c 1 o a 3 6 ) ° * E ' - 4 0 0 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 2 0 0 i , - - - - - - - - - o . - . o 6 0 1 2 0 1 8 0 2 4 0 3 0 0 3 6 0 T i m e ( m i n ) F i g u r e 3 . 1 0 — M e a s u r e d R e b a r a n d C o n c r e t e T e m p e r a t u r e s a s a F u n c t i o n o f T i m e f o r H S C B e a m s B 5 a n d B 6 1 1 3 - 2 5 0 E ; 0 T i m e ( m i n ) 0 6 0 1 2 0 1 8 0 2 4 0 3 0 0 3 6 0 0 1 1 A 1 l l % l 4 J L ‘ \ l I _ ‘ ' \ - ~ : 4 § \ ~ ‘ ‘ Z ‘ . : ‘ : ‘ _ : . I _ ‘ , . ' ‘ — ‘ - - — 4 u - 5 0 I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - < - 1 0 0 J . . . . . . . 7 3 ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . _ 1 5 0 " _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ + 8 3 _ _ _ _ _ _ _ _ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D e fl e c t i o n ( m m ) t o N - 2 o o Q » F i g u r e 3 . 1 1 — M e a s u r e d M i d - s p a n D e f l e c t i o n a s a F u n c t i o n o f T i m e f o r R C B e a m s 1 4 0 I I I . A I I I 1 2 0 ~ 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 - a ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ I - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - I . . _ H " ~ _ , 7 7 I i ' “ ‘ — I . I I I _ _ — — . — — - 7 ‘ _ I . A I ‘ r i ‘ l X a I I " . l ‘ , . 1 0 0 » I . l I . 4 I ’ 4 ' . x L / _ T ; : . ' r " l i e " 3 , F : : z . H “ . ‘ 8 0 - . . I 1 . . . . . . . . . . . j . . . . . . . . . . . . . f . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . _ - - - - - - . . . . . . . . I , ' . 1 ‘ I , . r , ' z I I ' ‘ 2 ’ r I , I I l ’ I _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ f . . . A . . . . . . _ _ , , , 1 , , , , , , , , I , , , , , , , , , ‘ . I A x i a l f o r c e ( k N ) a 4 0 ‘ ” I i I I I I I _ ‘ 8 1 . . . . . . . . . . . . 3 . . . . . . . . . . . . . . A I I I ' ' l / I . I I I _ I ' . . I l _ _ _ _ _ I 2 0 i . _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ , _ _ _ _ _ _ _ _ _ , . 7 7 , l v i I I l l I l I . 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 T i m e ( m i n ) F i g u r e 3 . 1 2 — M e a s u r e d A x i a l F o r c e a s a F u n c t i o n o f T i m e f o r A x i a l l y R e s t r a i n e d R C B e a m s B 2 a n d B 6 1 1 4 ) m l m m ( n i a r t S T i m e ( m i n ) F i g u r e 3 . 1 3 — M e a s u r e d S t r a i n a s a F u n c t i o n o f T i m e i n t h e T e n s i l e R e i n f o r c e m e n t i n t h e C e n t r a l S e c t i o n o f t h e T e s t B e a m s 1 1 5 m fl v % ' m ” W B e a m e m s c I S S - A S T M E 1 1 9 1 7 2 5 - ” B e a m B 3 - H S C S S - A S T M E 1 1 9 A f t e r 1 5 m l n u t e s A f t e r 3 0 A f t e r r e s i d u a l m i n u t e s t e s t ( b ) B e a m s B 1 t o 8 6 a f t e r F i r e T e s t F i g u r e 3 . 1 4 — P h o t o g r a p h s o f B e a m s a f t e r F i r e R e s i s t a n c e T e s t s 1 1 6 C h a p t e r 4 4 . N u m e r i c a l M o d e l T h e b e h a v i o r o f R C b e a m s u n d e r fi r e c a n b e s i m u l a t e d b y u s i n g a d v a n c e d n u m e r i c a l m o d e l s . S u c h m o d e l s a r e g e n e r a l l y b a s e d o n m i c r o s c o p i c o r m a c r o s c o p i c fi n i t e e l e m e n t f o r m u l a t i o n s . I n t h e c a s e o f m i c r o s c o p i c fi n i t e e l e m e n t b a s e d m o d e l s ( e g . A N S Y S , A B A Q U S a n d S A F I R ) , a s t r u c t u r a l m e m b e r i s d i s c r e t i z e d i n t o a t h r e e d i m e n s i o n a l m e s h , a n d c o u p l e d ( o r u n c o u p l e d ) t h e r m a l a n d s t r u c t u r a l a n a l y s e s a r e c a r r i e d o u t t o t r a c e t h e fi r e b e h a v i o r . H o w e v e r , s u c h a n a n a l y s i s i s c o m p l e x , r e q u i r e s s i g n i fi c a n t e f f o r t a n d t h e r e s u l t s a r e o f t e n d i f fi c u l t t o i n t e r p r e t . A l t h o u g h , s u c h m o d e l s a r e c a p a b l e o f a c c o u n t i n g f o r h i g h t e m p e r a t u r e m a t e r i a l p r o p e r t i e s a n d d i f f e r e n t s t r a i n c o m p o n e n t s , a n d c a n g e n e r a t e d e t a i l e d o u t p u t p a r a m e t e r s , m o s t o f t h e c o m m e r c i a l fi n i t e e l e m e n t p r o g r a m s a r e n o t c a p a b l e o f m o d e l i n g fi r e i n d u c e d s p a l l i n g o f c o n c r e t e . A l s o , s o m e o f t h e s o p h i s t i c a t i o n a n d c o m p l e x i t y u s e d i n t h r e e d i m e n s i o n a l m o d e l i n g i s o f l i m i t e d u s e s i n c e h i g h t e m p e r a t u r e c o n s t i t u t i v e r e l a t i o n s h i p s f o r c o n c r e t e i n m o r e t h a n o n e d i m e n s i o n a r e n o t a v a i l a b l e . 1 1 7 A n a l t e r n a t i v e t o c o m p l e x m i c r o s c o p i c fi n i t e e l e m e n t m e t h o d s i s t h e u s e o f a m a c r o s c o p i c fi n i t e e l e m e n t a p p r o a c h f o r t r a c i n g t h e fi r e b e h a v i o r o f R C m e m b e r s ( b e a m s , c o l u m n s e t c . ) . I n t h e m a c r o s c o p i c fi n i t e e l e m e n t m e t h o d , a s e c t i o n a l a n a l y s i s i s c a r r i e d o u t a t a n u m b e r o f c r o s s - s e c t i o n s a l o n g t h e l e n g t h o f t h e s t r u c t u r a l m e m b e r . T h e s e c t i o n a l r e s p o n s e g e n e r a t e d a t v a r i o u s c r o s s - s e c t i o n s i s u t i l i z e d t o p r e d i c t t h e fi r e r e s p o n s e o f t h e R C m e m b e r . S t r a i n c o m p o n e n t s , h i g h t e m p e r a t u r e c o n s t i t u t i v e r e l a t i o n s h i p s , fi r e i n d u c e d s p a l l i n g , a n d r e s t r a i n t e f f e c t s c a n b e a c c o u n t e d f o r i n s u c h m o d e l s . I n t h i s w a y , t h e n e c e s s i t y o f t h r e e d i m e n s i o n a l m a t e r i a l p r o p e r t i e s i s a v o i d e d a n d t h e m o d e l r e s u l t s a r e e a s i e r t o i n t e r p r e t a n d u s e . H o w e v e r , s u c h m a c r o s c o p i c m o d e l s a r e n o t c u r r e n t l y a v a i l a b l e f o r m o d e l i n g t h e fi r e r e s p o n s e o f c o n c r e t e s t r u c t u r e s . A m a c r o s c o p i c fi n i t e e l e m e n t b a s e d m o d e l f o r t r a c i n g t h e r e s p o n s e o f R C m e m b e r s e x p o s e d t o fi r e i s d e v e l o p e d i n t h i s d i s s e r t a t i o n . 4 . 1 G e n e r a l A p p r o a c h T h e n u m e r i c a l m o d e l u s e s m o m e n t c u r v a t u r e ( M — K ) r e l a t i o n s h i p s t o t r a c e t h e r e s p o n s e o f a n R C b e a m i n fi r e o v e r t h e e n t i r e r a n g e o f l o a d i n g u p t o c o l l a p s e . T h e R C b e a m i s d i v i d e d i n t o n u m e r o u s s e g m e n t s a l o n g i t s l e n g t h ( s e e F i g u r e 4 . 1 ) . T h e m i d - s e c t i o n o f e a c h s e g m e n t i s a s s u m e d t o r e p r e s e n t t h e b e h a v i o r o f t h e w h o l e s e g m e n t . T h e fi r e r e s i s t a n c e a n a l y s i s i s c a r r i e d o u t b y i n c r e m e n t i n g t i m e i n s t e p s . A t e a c h t i m e i n t e r v a l , t h e a n a l y s i s i s p e r f o r m e d t h r o u g h t h r e e m a i n s t a g e s , n a m e l y : I E s t a b l i s h i n g t h e fi r e t e m p e r a t u r e d u e t o fi r e e x p o s u r e ; I C a r r y i n g o u t a c o u p l e d h e a t t r a n s f e r - s p a l l i n g a n a l y s i s i n e a c h s e g m e n t t o p r e d i c t c r o s s - s e c t i o n a l t e m p e r a t u r e a n d s p a l l i n g ; a n d I P e r f o r m i n g a s t r e n g t h a n d d e fl e c t i o n a n a l y s i s t h r o u g h t h r e e s u b - s t a g e s , n a m e l y : 1 1 8 0 C a l c u l a t i n g t h e fi r e i n d u c e d a x i a l r e s t r a i n t f o r c e i n t h e R C b e a m ; 0 G e n e r a t i n g M — K ‘ r e l a t i o n s h i p s ( u t i l i z i n g t h e a x i a l r e s t r a i n t f o r c e c o m p u t e d a b o v e ) f o r e a c h b e a m s e g m e n t ; a n d 0 P e r f o r m i n g s t r u c t u r a l a n a l y s i s o f t h e e n t i r e b e a m t o c o m p u t e d e fl e c t i o n s a n d i n t e r n a l f o r c e s . T h e fi r s t s t a g e o f t h e a n a l y s i s i s t o e s t a b l i s h t h e fi r e t e m p e r a t u r e u s i n g s t a n d a r d o r d e s i g n fi r e s c e n a r i o s . F o l l o w i n g t h i s , a h y d r o - t h e r m a l a n a l y s i s i s p e r f o r m e d t o e v a l u a t e c r o s s - s e c t i o n a l t e m p e r a t u r e s a n d a n y fi r e i n d u c e d s p a l l i n g i n e a c h s e g m e n t o f t h e b e a m . T h e fi r e i n d u c e d r e s t r a i n t i s t h e n a c c o u n t e d f o r i n t h e a n a l y s i s t h r o u g h t h e a x i a l r e s t r a i n t f o r c e , w h i c h i n v o l v e s a l a r g e c o m p u t a t i o n a l e f f o r t . T h e a x i a l r e s t r a i n t f o r c e , a t e a c h t i m e i n t e r v a l , i s c o m p u t e d b a s e d o n a n i t e r a t i v e a p p r o a c h b y s a t i s f y i n g t h e e q u i l i b r i u m a n d c o m p a t i b i l i t y c r i t e r i a a l o n g t h e s p a n o f t h e b e a m . O n c e t h e a x i a l r e s t r a i n t f o r c e i n t h e b e a m i s c o m p u t e d , t h e n e x t s t e p i s t h e g e n e r a t i o n o f M - K ' r e l a t i o n s h i p s f o r e a c h s e g m e n t o f t h e b e a m . I t h a s b e e n w e l l e s t a b l i s h e d t h a t M — K r e l a t i o n s h i p s a p p r o p r i a t e l y r e p r e s e n t t h e b e h a v i o r o f a n R C b e a m a t a m b i e n t c o n d i t i o n s ( C a m p b e l l a n d K o d u r 1 9 9 0 ) . I n t h e c u r r e n t m o d e l , M — K ‘ r e l a t i o n s h i p s a r e e s t a b l i s h e d a s a f u n c t i o n o f t i m e f o r v a r i o u s s e g m e n t s a n d t h e y a r e u s e d t o t r a c e t h e r e s p o n s e o f t h e b e a m u n d e r fi r e c o n d i t i o n s . M a t e r i a l n o n l i n e a r i t y a n d fi r e i n d u c e d r e s t r a i n t e f f e c t s a r e i m p l i c i t l y a c c o u n t e d f o r i n t h e m o m e n t c u r v a t u r e g e n e r a t i o n . U s i n g t h e M — K ‘ r e l a t i o n s h i p s , t h e l o a d ( m o m e n t ) t h e b e a m c a n c a r r y a t a p a r t i c u l a r t i m e s t e p i s e v a l u a t e d . A l s o , t h e d e fl e c t i o n a t t h a t t i m e s t e p c a n b e c a l c u l a t e d t h r o u g h a s t i f f n e s s a p p r o a c h b y e v a l u a t i n g t h e a v e r a g e s t i f f n e s s o f t h e b e a m . T h i s i s c o m p u t e d u s i n g s e g m e n t a l s t i f f n e s s e s , w h i c h a r e e s t i m a t e d b y m e a n s o f k n o w n M - K ' r e l a t i o n s h i p s . 1 1 9 A fl o w c h a r t s h o w i n g t h e n u m e r i c a l p r o c e d u r e f o r fi r e r e s i s t a n c e c a l c u l a t i o n s i s g i v e n i n F i g u r e 4 . 2 . T h e m o d e l g e n e r a t e s v a r i o u s o u t p u t p a r a m e t e r s , s u c h a s t e m p e r a t u r e s , s t r e s s e s , s t r a i n s , a x i a l r e s t r a i n t f o r c e , d e fl e c t i o n s , a n d m o m e n t c a p a c i t i e s a t v a r i o u s fi r e e x p o s u r e t i m e s . T h e t e m p e r a t u r e s a n d s t r e n g t h c a p a c i t i e s f o r e a c h s e g m e n t , a n d c o m p u t e d d e fl e c t i o n s i n t h e b e a m , a r e u s e d t o e v a l u a t e f a i l u r e o f t h e b e a m a t e a c h t i m e s t e p . A t e v e r y t i m e s t e p , e a c h b e a m s e g m e n t i s c h e c k e d a g a i n s t p r e - d e t e r m i n e d f a i l u r e c r i t e r i a , w h i c h i n c l u d e p r e s c r i p t i v e t h e r m a l c r i t e r i o n , a n d p e r f o r m a n c e - b a s e d s t r e n g t h a n d d e fl e c t i o n c o n s i d e r a t i o n s . D e t a i l s o f t h e a n a l y s i s p r o c e d u r e a r e p r e s e n t e d i n t h e f o l l o w i n g s e c t i o n s . 4 . 2 F i r e T e m p e r a t u r e s T h e fi r e t e m p e r a t u r e s a r e c a l c u l a t e d b y a s s u m i n g t h a t t h r e e s i d e s o f t h e b e a m a r e e x p o s e d t o a fi r e , w h o s e t e m p e r a t u r e f o l l o w s t h a t o f t h e s t a n d a r d fi r e e x p o s u r e s u c h a s A S T M E 1 1 9 a ( 2 0 0 8 ) o r a n y o t h e r d e s i g n fi r e s c e n a r i o ( S F P E 2 0 0 4 , E u r o c o d e 1 2 0 0 2 ) . T h e t i m e - t e m p e r a t u r e r e l a t i o n s h i p f o r t h e A S T M E 1 1 9 s t a n d a r d fi r e c a n b e a p p r o x i m a t e d b y t h e f o l l o w i n g e q u a t i o n : T f = T o + 7 5 0 ( 1 — e x p ( — 3 . 7 9 5 5 3 t ) , ) ) + 1 7 0 . 4 1 1 , , [ 4 . 1 ] w h e r e t h = t i m e ( h o u r s ) , T o = i n i t i a l t e m p e r a t u r e ( ° C ) , a n d T ] = fi r e t e m p e r a t u r e ( ° C ) . F o r d e s i g n fi r e s , t h e t i m e - t e m p e r a t u r e r e l a t i o n s h i p s p e c i fi e d i n E u r o c o d e 1 ( 2 0 0 2 ) f o r t y p i c a l f u e l l o a d a n d v e n t i l a t i o n f a c t o r a r e b u i l t i n t o t h e m o d e l . A l s o , t o s i m u l a t e h y d r o c a r b o n fi r e s c e n a r i o s , t h e t i m e - t e m p e r a t u r e r e l a t i o n s h i p s p e c i fi e d i n A S T M E 1 5 2 9 ( 1 9 9 3 ) i s i n c o r p o r a t e d i n t o t h e m o d e l . 1 2 0 4 . 3 H y d r o - t h e r m a l A n a l y s i s a n d S p a l l i n g P r e d i c t i o n T h e h y d r o - t h e r m a l a n a l y s i s i s p e r f o r m e d t o c o m p u t e t h e t e m p e r a t u r e a n d p o r e p r e s s u r e d i s t r i b u t i o n s w i t h i n t h e b e a m c r o s s - s e c t i o n . A t e a c h t i m e s t e p , a h y d r o - t h e r m a l a n a l y s i s i s c a r r i e d o u t i n t w o s t e p s , n a m e l y , t h e r m a l a n a l y s i s a n d p o r e p r e s s u r e c a l c u l a t i o n s . 4 . 3 . 1 T h e r m a l A n a l y s i s T h e t e m p e r a t u r e s w i t h i n t h e c r o s s - s e c t i o n o f e a c h s e g m e n t a r e c o m p u t e d u s i n g t h e fi n i t e e l e m e n t a p p r o a c h . T h e fi r e t e m p e r a t u r e e s t a b l i s h e d i n S e c t i o n 4 . 2 f o r m s t h e i n p u t i n t o t h e t h e r m a l a n a l y s i s . T h e c r o s s - s e c t i o n a l a r e a o f e a c h s e g m e n t i s s u b d i v i d e d i n t o a n u m b e r o f e l e m e n t s a n d t h e t e m p e r a t u r e r i s e i n a b e a m s e g m e n t i s d e r i v e d b y e s t a b l i s h i n g a h e a t b a l a n c e f o r e a c h e l e m e n t . D e t a i l e d e q u a t i o n s f o r t h e c a l c u l a t i o n o f s e g m e n t t e m p e r a t u r e s a r e d e r i v e d . T h e t e m p e r a t u r e i s a s s u m e d t o b e u n i f o r m a l o n g t h e l e n g t h o f t h e s e g m e n t a n d t h u s t h e c a l c u l a t i o n s a r e p e r f o r m e d f o r a u n i t l e n g t h o f e a c h s e g m e n t . S t e e l r e i n f o r c e m e n t i s n o t s p e c i fi c a l l y c o n s i d e r e d i n t h e t h e r m a l a n a l y s i s b e c a u s e i t d o e s n o t g r e a t l y i n fl u e n c e t h e t e m p e r a t u r e d i s t r i b u t i o n i n t h e b e a m c r o s s — s e c t i o n ( L i e a n d I r w i n 1 9 9 3 ) . M o r e d e t a i l s o n t h e g o v e r n i n g e q u a t i o n s f o r t h e c a l c u l a t i o n s o f t h e v a p o r p r e s s u r e a r e g i v e n b e l o w . B a s e d o n t h e c o n s e r v a t i o n o f e n e r g y , t h e f o l l o w i n g e q u a t i o n c a n b e o b t a i n e d f o r o n e d i m e n s i o n a l h e a t t r a n s f e r p r o b l e m s : d T d q _ = _ _ _ + 4 . 2 d : d x Q [ ] U s i n g F o u r i e r ’ s L a w , w h i c h r e l a t e s t h e h e a t fl u x t o t h e t e m p e r a t u r e g r a d i e n t s , E q . [ 4 . 2 ] c a n b e w r i t t e n a s : 1 2 1 { 1 : 5 5 ) d T _ d x _ _ 4 . 3 p c d t d x + Q [ ] T h u s , t h e g o v e r n i n g h e a t t r a n s f e r e q u a t i o n w i t h i n a b e a m c r o s s - s e c t i o n , w h i c h r e p r e s e n t s a t w o d i m e n s i o n a l p r o b l e m , c a n b e w r i t t e n a s : p 6 % = V ( k V T ) + Q [ 4 . 4 ] w h e r e k = t h e r m a l c o n d u c t i v i t y , p c = h e a t c a p a c i t y , T = t e m p e r a t u r e , I = t i m e , Q = h e a t s o u r c e , a n d q = h e a t fl u x . A t t h e fi r e - b e a m i n t e r f a c e , t h e m e c h a n i s m f o r h e a t t r a n s f e r i s t h r o u g h r a d i a t i o n a n d c o n v e c t i o n . T h e h e a t fl u x o n t h e b o u n d a r y d u e t o c o n v e c t i o n a n d r a d i a t i o n c a n b e g i v e n b y t h e f o l l o w i n g t w o e q u a t i o n s : m a = m e — n i H fi a m = m m V — n ) H fl w h e r e q r a d a n d q c o n = r a d i a t i v e a n d c o n v e c t i v e h e a t fl u x e s , h m d a n d h e m = r a d i a t i v e a n d c o n v e c t i v e h e a t t r a n s f e r c o e f fi c i e n t s , h m , = 4 0 8 ( T 2 + T § X T + T E ) , T 5 = t e m p e r a t u r e o f t h e e n v i r o n m e n t s u r r o u n d i n g t h e b o u n d a r y , 0 ' = S t e f a n - B o l t z m a n c o n s t a n t = 5 . 6 7 x 1 0 ” 8 ( W / m 2 . ° K 4 ) , a n d 8 : e m i s s i v i t y . H e n c e , t h e t o t a l h e a t fl u x o n t h e b e a m b o u n d a r i e s ( q b ) c a n b e g i v e n b y : q b = ( h c o n + h r a d ) ( T — T E ) [ 4 7 ] 1 2 2 U s i n g F o u r i e r ’ s L a w , t h e g o v e r n i n g h e a t t r a n s f e r e q u a t i o n o n t h e b o u n d a r y o f t h e b e a m c a n b e w r i t t e n a s : k — a — T - n y + § £ n z = — h ( T — T ) [ 4 . 8 ] 8 y 6 2 f w h e r e n y a n d n : = c o m p o n e n t s o f t h e v e c t o r n o r m a l t o t h e b o u n d a r y i n t h e p l a n e o f t h e c r o s s - s e c t i o n , a n d h = h c o n + h r a d S i n c e t h e b e a m i s e x p o s e d t o fi r e f r o m t h r e e s i d e s , t w o t y p e s o f b o u n d a r y e q u a t i o n s m u s t b e c o n s i d e r e d f o r t h e r m a l a n a l y s i s , n a m e l y : 0 F i r e e x p o s e d b o u n d a r i e s w h e r e t h e h e a t fl u x i s g o v e r n e d b y : 6 T 6 T k [ — - n + E — n z ] : _ h f ( T — T ) [ 4 . 9 ] o U n e x p o s e d b o u n d a r y w h e r e t h e h e a t fl u x e q u a t i o n i s g i v e n b y : 6 T 6 T { B y — " y + B — Z — n z j z — h C ( T — T 0 ) [ 4 . 1 0 ] w h e r e h f a n d h e = h e a t t r a n s f e r c o e f fi c i e n t o f t h e fi r e s i d e a n d t h e c o l d s i d e , r e s p e c t i v e l y , a n d T f a n d T 0 = fi r e a n d c o l d s i d e t e m p e r a t u r e s , r e s p e c t i v e l y . 4 . 3 . 2 P o r e P r e s s u r e C a l c u l a t i o n s T o e v a l u a t e t h e p o s s i b l e o c c u r r e n c e o f fi r e i n d u c e d s p a l l i n g , p o r e p r e s s u r e c a l c u l a t i o n s a r e c a r r i e d o u t f o r e a c h s e g m e n t a t e a c h t i m e s t e p . 1 2 3 A s s u m p t i o n s T h e f o l l o w i n g a s s u m p t i o n s a r e m a d e i n t h e d e v e l o p m e n t o f t h e s p a l l i n g s u b - m o d e l : C o n c r e t e i s a c o n t i n u u m . T h i s a s s u m p t i o n i s b a s e d o n t h e f a c t t h a t t h e h e t e r o g e n e i t y s c a l e ( l e n g t h o v e r w h i c h t h e m e d i u m c h a n g e s f r o m o n e p h a s e t o a n o t h e r ) o f c o n c r e t e i s m u c h s m a l l e r t h a n t h e l e n g t h o v e r w h i c h a c h a n g e c a n b e o b s e r v e d i n t h e t e m p e r a t u r e , m o i s t u r e c o n t e n t , a n d p r e s s u r e . W a t e r v a p o r i s a n i d e a l g a s , w h i c h i s v a l i d f o r m o s t e n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n s ( H a r m a t h y I 1 9 6 9 , 1 9 7 1 a n d H u a n g 1 9 7 9 ) . M o b i l i t y o f l i q u i d w a t e r i s i g n o r e d . T h i s a s s u m p t i o n i s r e a s o n a b l e b e c a u s e D a r c y ’ s c o e f fi c i e n t ( p e r m e a b i l i t y ) f o r l i q u i d w a t e r i n c o n c r e t e i s m u c h s m a l l e r t h a n f o r w a t e r v a p o r ( H a r m a t h y 1 9 6 9 a n d S a h o t a 1 9 7 9 ) . T h e e f f e c t o f a i r i s i g n o r e d i n t h e a n a l y s i s . T h i s a s s u m p t i o n i s c o n s i d e r e d t o b e r e a s o n a b l e b e c a u s e t h e m a s s o f a i r i n c o n c r e t e i s m u c h s m a l l e r t h a n t h e m a s s o f w a t e r . T h e s o l i d s k e l e t o n ( c o n c r e t e s t r u c t u r e ) i s a s s u m e d t o b e u n d e f o r m a b l e . T h i s i s b e c a u s e t h e m e c h a n i c a l a n d t h e r m a l d e f o r m a t i o n o f t h e s o l i d p h a s e i s s m a l l w h e n c o m p a r e d w i t h t h e v o l u m e c h a n g e s d u e t o o t h e r p r o c e s s e s s u c h a s e v a p o r a t i o n . W a t e r i s a n i n c o m p r e s s i b l e l i q u i d . T h i s a s s u m p t i o n i s v a l i d b e c a u s e t h e v o l u m e t r i c d e f o r m a t i o n o f l i q u i d w a t e r d u e t o p r e s s u r e i s m u c h s m a l l e r t h a n t h e v o l u m e t r i c c h a n g e s d u e t o o t h e r p r o c e s s e s s u c h a s e v a p o r a t i o n . T h e a p p l i e d l o a d i n g i s a s s u m e d n o t t o i n fl u e n c e t h e h y d r o - t h e r m a l a n a l y s i s . T h e a p p l i e d l o a d i n g g e n e r a l l y c a u s e s d a m a g e i n t h e c o n c r e t e , w h i c h i n c r e a s e s t h e 1 2 4 _ d _ t U s i d E _ n _ g _ t d t d e h c h a m L d 0 ! r ’ _ u d i P n V l e t o e x p a n d d m m L _ d _ T _ + d e _ d L t _ T , E q . [ 4 . 1 2 ] c a n b e w r i t t e n a s : [ [ 4 4 . . 1 1 2 3 ] ] c o n c r e t e p e r m e a b i l i t y . T h u s , t h i s a s s u m p t i o n l e a d s t o c o n s e r v a t i v e s p a l l i n g p r e d i c t i o n s . 0 L a t e n t h e a t a n d h e a t o f d e h y d r a t i o n a r e n o t a c c o u n t e d f o r i n t h e a n a l y s i s . A c c o u n t i n g f o r t h e m w i l l s l i g h t l y r e d u c e p r e d i c t e d t e m p e r a t u r e s . T h u s , l a t e n t h e a t a n d h e a t o f d e h y d r a t i o n c a n b e c o n s e r v a t i v e l y i g n o r e d i n t h e a n a l y s i s . G o v e r n i n g E q u a t i o n s T h e g o v e r n i n g e q u a t i o n s f o r t h e c a l c u l a t i o n o f v a p o r p r e s s u r e i n c o n c r e t e a r e d e r i v e d u s i n g f o u r m a i n p r i n c i p l e s , n a m e l y : 0 C o n s e r v a t i o n o f m a s s f o r l i q u i d w a t e r , 0 I d e a l g a s l a w , 0 T h e t o t a l v o l u m e o f a l l d i f f e r e n t c o m p o n e n t s i n a u n i t v o l u m e o f c o n c r e t e e q u a l s u n i t y , a n d 0 C o n s e r v a t i o n o f m a s s f o r w a t e r v a p o r . A d d i t i o n a l d e t a i l s o n t h e g o v e r n i n g e q u a t i o n s f o r t h e c a l c u l a t i o n o f v a p o r p r e s s u r e a r e p r o v i d e d i n t h e f o l l o w i n g d i s c u s s i o n . 0 T h e b a s i c e q u a t i o n t h a t g o v e r n s t h e c o n s e r v a t i o n o f m a s s f o r l i q u i d w a t e r i s g i v e n b y : E = m L W O — m L + m D [ 4 . 1 1 ] D i f f e r e n t i a t i n g w i t h r e s p e c t t o t i m e , E q . [ 4 . 1 1 ] c a n b e w r i t t e n a s : d E _ d m L + d e 7 F d P V d t d T d : d T d t 1 2 5 w h e r e E = m a s s o f e v a p o r a t e d w a t e r , m e o = m a s s o f l i q u i d w a t e r a t t = 0 , ( i n i t i a l m a s s o f l i q u i d w a t e r ) , m L = m a s s o f l i q u i d w a t e r a t a n y s u b s e q u e n t t i m e , t , m D = m a s s o f l i q u i d w a t e r f o r m e d b y d e h y d r a t i o n , T = t e m p e r a t u r e , P y = v a p o r p r e s s u r e , a n d t = t i m e . T h e i d e a l g a s l a w i s u s e d t o r e l a t e t h e p r e s s u r e , t h e v o l u m e , t h e m a s s , a n d t h e t e m p e r a t u r e f o r w a t e r v a p o r a s f o l l o w s : P V V V Z N V R T [ 4 . 1 4 ] m " V : V V [ 4 . 1 5 ] H e n c e , P V z i m V T [ 4 . 1 6 ] M V V d i d T d V V T V — — — — + V — — T — fl z i V d t m y V d t m y d t [ 4 . 1 7 ] ( I I M V V 2 R e a r r a n g i n g E q . [ 4 . 1 7 ] g i v e s : d i _ V V M d P V _ _ " _ 2 _ V d T + fl / _ d V V [ 4 . 1 8 ] d t R T d t T d t V V d t w h e r e m y = m a s s o f w a t e r v a p o r , R = g a s c o n s t a n t , n y = n u m b e r o f m o l e s o f w a t e r v a p o r , M = m o l a r m a s s o f w a t e r , V V = v o l u m e f r a c t i o n o f w a t e r v a p o r , a n d T = t e m p e r a t u r e ( ° K ) . F o r a u n i t v o l u m e o f c o n c r e t e , t h e s u m o f t h e v o l u m e f r a c t i o n s o f a l l p h a s e s e q u a l s u n i t y , w h i c h l e a d s t o t h e f o l l o w i n g e q u a t i o n : V V + V L + ( V S 0 — V D ) = 1 [ 4 . 1 9 ] 1 2 6 B d d d V d y : i i V _ s u b : _ t : d ] ( i n _ t d t _ s p V t L L i t V d u M E i n g d P d . _ V p E ; q g J d p [ 4 L T l ’ . 2 § 3 fl D q " E ’ - . V . . [ 4 ” 1 . K 8 E ] _ , L E Z q . P _ [ L 4 . _ 2 £ 4 ] c a n b ( , , , D e - o m b L t a i n e d . ) d J d E [ [ 4 . 2 3 1 4 2 4 ] [ 4 . 2 5 ] E q . [ 4 . 1 9 ] c a n b e w r i t t e n a s : V V = 1 — V L — ( V s o — V D ) [ 4 - 2 0 ] U s i n g t h e v o l u m e - m a s s - d e n s i t y r e l a t i o n s h i p , E q . [ 4 . 2 0 ] c a n b e w r i t t e n a s : V V = 1 — m — L — [ V S O — K D — j [ 4 . 2 1 ] P L P L D i f f e r e n t i a t i n g b o t h s i d e s o f E q . [ 4 . 2 1 ] w i t h r e s p e c t t o t i m e y i e l d s : fl _ 1 [ m _ W _ L ] _ L £ € _ L _ d _ T ( m D _ m L ) [ 4 . 2 2 ] d t _ Z d t d t p f d T d t S u b s t i t u t i n g E q . [ 4 . 1 2 ] i n E q . [ 4 . 2 2 ] r e s u l t s i n : w h e r e V L = v o l u m e f r a c t i o n o f l i q u i d w a t e r , V 5 0 = i n i t i a l v o l u m e f r a c t i o n o f s o l i d , V D = v o l u m e f r a c t i o n o f d e h y d r a t e d l i q u i d w a t e r , a n d , 0 ] , = d e n s i t y o f l i q u i d w a t e r . B a s e d o n t h e c o n s e r v a t i o n o f m a s s o f w a t e r v a p o r , t h e f o l l o w i n g e q u a t i o n c a n b e o b t a i n e d f o r o n e d i m e n s i o n a l p r o b l e m s : d t d x E U s i n g D a r c y ’ s L a w , w h i c h r e l a t e s t h e m a s s fl u x t o t h e p r e s s u r e g r a d i e n t s 8 8 ] = _ , 1 6 1 : : , E q . [ 4 . 2 5 ] c a n b e w r i t t e n a s : d [ 1 1 : 1 1 . ] d i : d x + £ 1 — E _ [ 4 . 2 6 ] d t d x d t 1 2 7 D a r c y ’ s c o e f fi c i e n t , x i . , c a n b e w r i t t e n a s : k T # V l l z s z S u b s t i t u t i n g f o r , 1 , E q . [ 4 . 2 6 ] c a n b e w r i t t e n a s : d [ m y _ i j 5 3 ' ] d i _ q u d x + £ 1 £ d ! d x d t F o r t w o d i m e n s i o n a l p r o b l e m s , E q . [ 4 . 2 8 ] c a n b e w r i t t e n a s : ( 1 _ m L : V [ ’ " V 5 1 } p r + 1 5 B y s u b s t i t u t i n g E q . [ 4 . 2 4 ] , E q . [ 4 . 2 9 ] c a n b e w r i t t e n a s : R T d z T d z V V p L V z M 6 1 1 ’ E l d p _ _ L m y d T + m y [ d p L d T ( m D _ L ) ] = V [ m y I C E — J V } ; + 5 5 # V ‘ 1 ’ H e n c e , t h e g o v e r n i n g d i f f e r e n t i a l e q u a t i o n f o r p o r e p r e s s u r e i s g i v e n b y : V M P V d — V = V ” I V - k i V P V + 1 — m V _ d £ R T d t , U V V V p L d t . m _ V i T _ + m y d p L é Z T d ! V V p E d T d t ( ” ’ 0 — ’ " L ) U s i n g E q . [ 4 . 1 3 ] , E q . [ 4 . 3 1 ] c a n b e w r i t t e n a s : + £ 2 1 . 4 1 . ’ " V d P L E ’ Z T d t V V p g d T d t V V M d P V : V m V _ k _ T V P V + 1 _ m y _ d m L d P V _ d m L £ 1 _ 7 _ : + d e d _ T d P V d t d T d t d T d t V V P L ( m 0 — ’ " L ) w h i c h c a n b e r e a r r a n g e d a s : 1 2 8 [ 4 . 2 7 ] [ 4 . 2 8 ] [ 4 . 2 9 ] [ 4 . 3 0 ] [ 4 . 3 1 ] [ 4 . 3 2 ] 1 . - m y d m L + V V M d P V : V m V fl — V P V V V p L d P V R T d t [ 1 V + 1 — m y { — E I - r — n — L — + d m 0 ) + fl + m y fl ( m 0 _ m L ) £ V y p , ‘ d T d T T V y p f d T d t [ 4 . 3 3 ] w h e r e J = m a s s fl u x o f w a t e r v a p o r , A = D a r c y ’ s c o e f fi c i e n t o f p e r m e a b i l i t y , k T = i n t r i n s i c p e r m e a b i l i t y o f c o n c r e t e a t t e m p e r a t u r e , T , a n d , u V = d y n a m i c v i s c o s i t y o f w a t e r v a p o r . E q u a t i o n [ 4 . 3 3 ] c a n b e s i m p l i fi e d b y i n t r o d u c i n g t h r e e p a r a m e t e r s , A , B , a n d C a s f o l l o w s : A fl z v g v p y + c [ 4 . 3 4 ] d t w h e r e A : 1 _ m y d m L + V V M V V p L d P V R T B — m V ' l — ( I - # V C : I - ' " V [ _ é fl . d e j . m _ v . m _ v fl ( m D _ m L ) d _ T I n i t i a l a n d B o u n d a r y C o n d i t i o n s T h e i n i t i a l a n d b o u n d a r y c o n d i t i o n s f o r p o r e p r e s s u r e c a l c u l a t i o n s a r e a s s u m e d a s f o l l o w s : 0 T h e i n i t i a l p o r e p r e s s u r e ( P V 0 ) c a n b e c o m p u t e d a s 1 2 9 w h e r e R H = i n i t i a l r e l a t i v e h u m i d i t y i n t h e c o n c r e t e a n d P 5 0 = i n i t i a l s a t u r a t i o n p r e s s u r e w h i c h c a n b e c o m p u t e d b a s e d o n t h e i n i t i a l t e m p e r a t u r e o f c o n c r e t e . 0 O n t h e b o u n d a r i e s ( s u r f a c e ) o f t h e b e a m t h e w a t e r v a p o r i s a s s u m e d t o b e t r a n s f e r r e d t h r o u g h d i f f u s i o n . T h u s , t h e g o v e r n i n g m a s s t r a n s f e r e q u a t i o n o f w a t e r v a p o r a t t h e b e a m b o u n d a r i e s c a n b e w r i t t e n a s Z 6 P 6 P A L — V — " y + % " z j = — D o ( P V _ p V o o ) [ 4 3 6 ] w h e r e D 0 = d i f f u s i o n c o e f fi c i e n t o f w a t e r v a p o r a t t h e b o u n d a r i e s o f t h e b e a m , p y = d e n s i t y o f w a t e r v a p o r i n t h e c o n c r e t e b o u n d a r i e s , a n d p y a o = d e n s i t y o f w a t e r v a p o r i n t h e s u r r o u n d i n g e n v i r o n m e n t . B y a s s u m i n g p r t o b e c o n s t a n t d u r i n g fi r e e x p o s u r e ( d u e t o t h e l a c k o f i n f o r m a t i o n o n t h e c h a n g e s t h a t t a k e p l a c e i n t h e s u r r o u n d i n g e n v i r o n m e n t o f t h e b e a m ) , E q . [ 4 . 3 6 ] c a n b e w r i t t e n a s 6 P 5 1 0 D M R T 2 — — ’ f - n y + — — V — n , . = - 0 P V — p V ° ° . [ 4 . 3 7 ] a y d z R T M 4 . 3 . 3 F i n i t e E l e m e n t S o l u t i o n T h e G a l e r k i n fi n i t e e l e m e n t f o r m u l a t i o n i s a p p l i e d t o s o l v e E q . [ 4 . 4 ] a n d E q . [ 4 . 3 4 ] . B o t h e q u a t i o n s c a n b e w r i t t e n i n t h e f o l l o w i n g f o r m : A , 3 1 = V B q u + C l [ 4 . 3 8 ] T h e g o v e r n i n g e q u a t i o n a t t h e b e a m b o u n d a r i e s f o r b o t h h e a t a n d m a s s t r a n s f e r c a n b e w r i t t e n a s : a u 6 u A 1 1 ( 3 n y + — a ; n z ] = — B l l ( u — C l l ) [ 4 . 3 9 ] 1 3 0 T h e c r o s s - s e c t i o n o f a n R C b e a m i s d i v i d e d i n t o e l e m e n t s a s s h o w n i n F i g u r e 4 . 3 . A c c o r d i n g t o t h e fi n i t e e l e m e n t f o r m u l a t i o n , t h e m a t e r i a l p r o p e r t y m a t r i c e s a n d t h e e q u i v a l e n t n o d a l h e a t o r m a s s fl u x ( s t i f f n e s s m a t r i x K e , m a s s m a t r i x M e , a n d n o d a l h e a t o r m a s s fl u x F e ) a r e g e n e r a t e d f o r e a c h e l e m e n t . T h e s e m a t r i c e s a r e g i v e n b y t h e f o l l o w i n g e q u a t i o n s ( W i l l i a m 1 9 9 0 ) : T T K , = ] B I Q E Q N — + B l a — N § N — — d A + ] N B H N T d s [ 4 . 4 0 ] A 6 x 6 x 6 y 6 y I “ M , = [ A 1 N N T d A [ 4 . 4 1 ] A F , = ] N C , d A + ] N B H C H d s [ 4 . 4 2 ] A F w h e r e N = v e c t o r o f t h e s h a p e f u n c t i o n s , A 1 , B l , C 1 , A 1 1 , B 1 1 a n d C 1 1 = p a r a m e t e r s c o m p u t e d b y c o m p a r i n g e q u a t i o n s [ 4 . 4 ] , [ 4 . 9 ] , [ 4 . 1 0 ] , [ 4 . 3 4 ] a n d [ 4 . 3 7 ] w i t h e q u a t i o n s [ 4 . 3 8 ] a n d [ 4 . 3 9 ] f o r h e a t a n d m a s s t r a n s f e r , F = b o u n d a r y o f t h e b e a m , a n d s = d i s t a n c e a l o n g t h e b o u n d a r y 1 " . O n c e t h e e l e m e n t m a t r i c e s a r e c o m p u t e d , t h e y a r e a s s e m b l e d i n t o a s y s t e m o f d i f f e r e n t i a l e q u a t i o n s w h i c h c a n b e w r i t t e n a s M 1 2 + K u = F ( z ) [ 4 . 4 3 ] w h e r e K = g l o b a l s t i f f n e s s m a t r i x , M = g l o b a l m a s s m a t r i x , F = e q u i v a l e n t n o d a l h e a t fl u x , a n d 1 2 = t h e d e r i v a t i v e o f u w i t h r e s p e c t t o t i m e . A fi n i t e d i f f e r e n c e p r o c e d u r e ( 9 a l g o r i t h m ) i n t h e t i m e d o m a i n i s u s e d t o s o l v e E q . [ 4 . 4 3 ] ( W i l l i a m 1 9 9 0 ) . T h e a l g o r i t h m a s s u m e s ” n + 1 : “ n + h ( 6 u n + l + ( 1 _ 6 ) ; ” ) [ 4 - 4 4 ] 1 3 1 " P V > s z [ 4 . 4 6 ] M u l t i p l y i n g b o t h s i d e s o f E q . [ 4 . 4 4 ] b y M a n d u s i n g E q . [ 4 . 4 3 ] a t t h e b e g i n n i n g a n d t h e e n d o f t h e t i m e i n t e r v a l ( t n , t n + 1 ) , t h e f o l l o w i n g e q u a t i o n c a n b e o b t a i n e d ( M + h 9 1 < ) z z , , + 1 = ( M — h ( 1 — d ) K ) u , , + h ( 6 ? F , , + 1 + ( 1 — 6 ) F , , ) [ 4 . 4 5 ] w h e r e h = t i m e s t e p , u n a n d u n + 1 = v a l u e s o f u a t t h e b e g i n n i n g a n d t h e e n d o f t i m e s t e p , r e s p e c t i v e l y , F n a n d F M 1 = e q u i v a l e n t n o d a l h e a t fl u x a t t h e b e g i n n i n g a n d t h e e n d o f t i m e s t e p , a n d 6 : a c o n s t a n t b e t w e e n 0 a n d 1 . F o r u n c o n d i t i o n a l s t a b i l i t y o f n u m e r i c a l c a l c u l a t i o n s , 6 ’ h a s t o b e g r e a t e r t h a n o r e q u a l t o 0 . 5 ( W i l l i a m 1 9 9 0 ) . B y k n o w i n g t h e v a l u e s o f u a t a m b i e n t c o n d i t i o n s , E q . [ 4 . 4 5 ] c a n b e a p p l i e d t o o b t a i n t h e t i m e h i s t o r y f o r t e m p e r a t u r e o r p r e s s u r e a t t h e f o l l o w i n g t i m e s t e p , a n d t h i s c a n b e r e p e a t e d f o r s u b s e q u e n t t i m e s t e p s . F o r e a c h t i m e s t e p , a n i t e r a t i v e p r o c e s s i s r e q u i r e d t o s o l v e E q . [ 4 . 4 5 ] d u e t o t h e n o n l i n e a r i t y o f b o t h t h e m a t e r i a l p r o p e r t i e s a n d t h e b o u n d a r y c o n d i t i o n s . D e t a i l s o n t h e fi n i t e e l e m e n t f o r m u l a t i o n f o r s o l v i n g t h e h e a t a n d m a s s t r a n s f e r e q u a t i o n s a r e p r o v i d e d i n A p p e n d i x C . 4 . 3 . 4 S p a l l i n g P r e d i c t i o n O n c e t h e p o r e p r e s s u r e i n v a r i o u s c o n c r e t e e l e m e n t s i s c a l c u l a t e d , a s i m p l i fi e d a p p r o a c h i s a p p l i e d t o d e t e r m i n e s p a l l i n g . T h e c o m p u t e d e f f e c t i v e p o r e p r e s s u r e ( p o r e p r e s s u r e m u l t i p l i e d b y t h e p o r o s i t y o f c o n c r e t e ) i s c o m p a r e d a g a i n s t t h e t e m p e r a t u r e d e p e n d e n t t e n s i l e s t r e n g t h o f c o n c r e t e a s s h o w n i n F i g u r e 4 . 4 . W h e n t h e e f f e c t i v e p o r e p r e s s u r e e x c e e d s t h e t e m p e r a t u r e d e p e n d e n t t e n s i l e s t r e n g t h a t t h a t t i m e s t e p , s p a l l i n g i s a s s u m e d t o o c c u r i n t h a t c o n c r e t e e l e m e n t ; i . e . : 1 3 2 w h e r e n = p o r o s i t y o f c o n c r e t e = V V + V L a n d fi r = t e n s i l e s t r e n g t h o f c o n c r e t e f o r t e m p e r a t u r e , T . O n c e s p a l l i n g o c c u r s , t h a t c o n c r e t e e l e m e n t i s a s s u m e d t o b e l o s t a n d t h e r e d u c e d c o n c r e t e s e c t i o n a n d n e w b o u n d a r y s u r f a c e i s c o n s i d e r e d i n t h e s u b s e q u e n t h y d r o - t h e r m a l a n d s t r e n g t h a n a l y s e s . I n t h i s w a y , t h e c o u p l i n g b e t w e e n s p a l l i n g a n d h y d r o - t h e r m a l a n a l y s i s w i l l b e a c c o u n t e d f o r i n t h e m o d e l . 4 . 3 . 5 C o n s t i t u t i v e R e l a t i o n s h i p s I s o t h e r m s I s o t h e r m s a r e u s e d t o p r e d i c t t h e m a s s o f l i q u i d w a t e r i n s i d e c o n c r e t e a s a f u n c t i o n o f p o r e p r e s s u r e a n d t e m p e r a t u r e . T h e i s o t h e r m s , u s e d i n t h e a n a l y s i s , a r e a s s u m e d t o f o l l o w t h e s e m i e m p i r i c a l i s o t h e r m s d e v e l o p e d b y B a z a n t a n d T h o n g u t h a i ( 1 9 7 8 ) . T h e m a i n a s s u m p t i o n i n B a z a n a t ’ s i s o t h e r m s i s t h a t w a t e r i n c o n c r e t e i s c a p i l l a r y w a t e r ( a d s o r b e d w a t e r i s i g n o r e d ) . T h i s a s s u m p t i o n m a y n o t b e a p p l i c a b l e f o r H S C a t r o o m t e m p e r a t u r e w h e r e a d s o r b e d w a t e r i s a l a r g e p o r t i o n o f w a t e r i n c o n c r e t e . H o w e v e r , B a z a n t s h o w e d t h a t t h e a d s o r b e d w a t e r d e c r e a s e s a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s a n d t h u s c a p i l l a r y w a t e r b e c o m e s t h e d o m i n a n t s t a t e o f w a t e r i n H S C . A c c o r d i n g t o B a z a n t ’ s i s o t h e r m s , t h e m a s s o f l i q u i d w a t e r i s g i v e n a s : r / m ( T ) P c fl i p — V , — P Z — S O . 9 6 ' P C P 5 P 5 P — P m = < ” 1 0 . 9 6 + [ % 4 . 9 6 ] " 1 1 0 4 0 0 : 0 9 6 , 0 . 9 6 < P — V < 1 . 0 4 I [ 4 - 4 7 ] S . S P P m L O I : l + 0 . 1 2 [ P — V — l . 0 4 j ] 7 1 3 1 2 1 . 0 4 L 5 5 1 3 3 T h e c a s e o f r e l a t i v e h u m i d i t y ( P V / P S ) e x c e e d i n g 1 0 0 % r e p r e s e n t s t h e c a s e o f c o n d e n s a t i o n o f w a t e r v a p o r . A c c o r d i n g t o B a z a n t ’ s i s o t h e r m s , t h e m a s s o f l i q u i d w a t e r ( m L ) e x c e e d s t h e s a t u r a t i o n m a s s o f l i q u i d w a t e r ( m m ) a t r o o m t e m p e r a t u r e w h e n t h e r e l a t i v e h u m i d i t y e x c e e d s 1 0 0 % . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e c o n d e n s a t i o n o f w a t e r v a p o r t r a n s f e r r e d t o t h e h i g h p r e s s u r e r e g i o n . T h u s , t h e d e r i v a t i v e s o f m L w i t h r e s p e c t t o p o r e p r e s s u r e a n d t e m p e r a t u r e ( w h i c h a r e e s s e n t i a l t o c o m p u t e A a n d C i n E q . [ 4 . 3 4 ] ) a r e : l T l m ( T ) P S P P C _ P — S P S d m L : " 1 1 . 0 4 ” " 0 9 6 0 9 6 < f i < 1 0 4 > [ 4 . 4 8 ] d P V 0 . 0 8 ’ ' P S ' O U T — L 0 , P — V 2 1 0 4 P S P S d m ( T ) d P S — P — P m ( T ) P C P S ” ’ 0 ) P S S d P S V _ _ — d m L _ d m 0 - 9 6 — 0 ” [ m l - 0 4 ” ’ 0 - 9 6 + X , 0 . 9 6 < P — V < 1 . 0 4 [ 4 . 4 9 ] d T d T p 5 2 0 . 0 8 P S m P d P S L 0 V ” P d m — i — O 1 + 0 . 1 2 [ P V — 1 . 0 4 ) — 0 . 1 2 — — — 2 — d l , — ‘ i - 2 . 1 . 0 4 d T P S P S 2 P S w h e r e : p C = m a s s o f c e m e n t p e r u n i t v o l u m e o f c o n c r e t e , m 0 = m a s s o f w a t e r f o r s a t u r a t i o n a t 2 5 ° C p e r u n i t v o l u m e o f c o n c r e t e , 1 3 4 m L 0 = m a s s o f w a t e r f o r s a t u r a t i o n a t a n y t e m p e r a t u r e p e r u n i t v o l u m e o f c o n c r e t e , P 5 = s a t u r a t i o n p r e s s u r e , ( T + 1 0 ) 2 m ( T ) = 1 . 0 4 — , 2 2 . 3 ( T O + 1 0 ) 2 + ( T + 1 0 ) 2 9 J l / m ( T ) m " 1 0 . 9 6 = P C [ 0 - 9 6 j " 7 1 0 4 = m L 0 = P L ( 1 — V 5 0 ) + " 7 0 ’ M : _ 2 ( T + 1 0 ) ( 2 2 . 3 ( T O + 1 0 ) 2 + ( T + 1 0 ) 2 ) — 2 ( T + 1 0 ) 3 , d T ( 2 2 . 3 ( T 0 + 1 0 ) 2 + ( T + 1 0 ) 2 ) 2 1 2 1 ( 0 9 6 _ m i ] fl T _ ) d m 0 _ 9 6 = _ 0 9 6 p c e m d T d T ' ( m ( T ) ) 2 d m 1 . 0 4 = d m L O = ( 1 — V 5 1 1 5 + d e , d T d T 5 ° d T d T d m 1 . 0 4 _ d m 0 . 9 6 P X : — ’ — ’ — - 0 . 9 6 ‘ 1 7 fl , a n d P S 0 . 0 8 T = t e m p e r a t u r e ( ° C ) . P e r m e a b i l i t y M o d e l T h e p e r m e a b i l i t y o f c o n c r e t e v a r i e s w i t h t e m p e r a t u r e a n d p o r e p r e s s u r e . H o w e v e r , e v e n t o d a t e , t h i n v a r i a t i o n i s n o t w e l l u n d e r s t o o d . T h u s , i n t h e s p a l l i n g s u b - m o d e l , t h e v a r i a t i o n o f p e r m e a b i l i t y a s a f u n c t i o n o f p o r e p r e s s u r e a n d t e m p e r a t u r e i s a s s u m e d t o f o l l o w t h e r e l a t i o n s h i p d e v e l o p e d b y G a w i n e t a l . ( 1 9 9 9 ) b a s e d o n t h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s c o n d u c t e d b y S c h n e i d e r a n d H e r b s t ( 1 9 8 9 ) . A c c o r d i n g l y , t h e i n t r i n s i c p e r m e a b i l i t y o f c o n c r e t e a t a n y t e m p e r a t u r e i s g i v e n a s : 1 3 5 P 0 . 3 6 8 k z k 0 1 0 C T ( T — T 0 ) [ _ V _ ] [ 4 . 5 0 ] P 0 w h e r e k 1 = i n t r i n s i c p e r m e a b i l i t y o f c o n c r e t e a t t e m p e r a t u r e T ( ° C ) , k 0 = i n i t i a l i n t r i n s i c p e r m e a b i l i t y o f c o n c r e t e a t r o o m t e m p e r a t u r e , P 0 = 1 0 1 , 3 2 5 P a , P V = p o r e p r e s s u r e ( P a ) , T 0 = i n i t i a l t e m p e r a t u r e ( ° C ) , a n d C T = f a c t o r t o a c c o u n t f o r t h e i n c r e a s e i n c o n c r e t e p e r m e a b i l i t y a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s . M e c h a n i c a l a n d t h e r m o - c h e m i c a l d a m a g e i n c r e a s e s t h e p e r m e a b i l i t y o f c o n c r e t e w h i c h l e a d s t o t h e d e v e l o p m e n t o f l o w e r p o r e p r e s s u r e a n d i n t u r n l e s s s p a l l i n g . T h u s , t h e e f f e c t o f m e c h a n i c a l a n d t h e r m o - c h e m i c a l d a m a g e o n p e r m e a b i l i t y o f c o n c r e t e i s c o n s e r v a t i v e l y i g n o r e d . G a w i n e t a l . ( 1 9 9 9 ) s u g g e s t e d a v a l u e o f 0 . 0 0 5 ° C ’ 1 f o r C T . H o w e v e r , t h i s v a l u e o f C T s e e m s t o o v e r e s t i m a t e t h e i n c r e a s e i n p e r m e a b i l i t y o f c o n c r e t e a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s ( e s p e c i a l l y f o r c o n c r e t e w i t h h i g h i n i t i a l p e r m e a b i l i t y ) w h e n c o m p a r e d w i t h t e s t r e s u l t s r e p o r t e d b y K a n e m a e t a l . ( 2 0 0 7 ) a s c a n b e s e e n f r o m F i g u r e 4 . 5 . T h e h i g h e r t h e p e r m e a b i l i t y a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s , t h e l o w e r t h e ( d e v e l o p e d ) v a p o r p r e s s u r e a n d t h i s w i l l r e d u c e t h e fi r e i n d u c e d s p a l l i n g i n c o n c r e t e . A r e v i e w o f t h e l i t e r a t u r e i n d i c a t e s t h a t t h e r e i s l a c k o f t e s t d a t a o n t h e v a r i a t i o n o f p e r m e a b i l i t y a s a f u n c t i o n o f t e m p e r a t u r e . T h u s , t h e f a c t o r C r i n E q . [ 4 . 5 0 ] i s c o n s e r v a t i v e l y a s s u m e d t o b e 0 . 0 0 2 5 ° C " , w h i c h i s l o w e r t h a n a l l v a l u e s o b t a i n e d f r o m t e s t r e s u l t s . H o w e v e r , f o r R C b e a m s , t h e c o n c r e t e r o o m t e m p e r a t u r e p e r m e a b i l i t y ( k 0 ) m a y v a r y w i t h i n t h e c r o s s - s e c t i o n d u e t o c r a c k i n g p a t t e r n s r e s u l t i n g f r o m v a r i a t i o n i n b e n d i n g 1 3 6 m o m e n t a n d a l s o d u e t o c u r i n g c o n d i t i o n s . T h e v a r i a t i o n i n t h e p e r m e a b i l i t y o f c o n c r e t e c a n b e a s s u m e d t o c h a n g e w i t h t h e d e p t h o f t h e b e a m a s g i v e n b y t h e f o l l o w i n g e q u a t i o n : F W l o a y t o p / H Y 4 1 k 0 = k , 0 p I ( 1 0 a o n p / H ) 1 0 H — x [ 4 . 5 1 ] L J V L H e r e k 0 = i n i t i a l p e r m e a b i l i t y o f c o n c r e t e , k m p = i n i t i a l p e r m e a b i l i t y i n t h e t o p s u r f a c e o f t h e c o n c r e t e s e c t i o n , H = t o t a l d e p t h o f c o n c r e t e s e c t i o n , y m p = d i s t a n c e f r o m t h e t o p m o s t fi b e r s o f t h e c o n c r e t e s e c t i o n , a n d x = d e p t h o f n e u t r a l a x i s u n d e r s e r v i c e l o a d s , a a n d , 6 = c a l i b r a t i o n c o n s t a n t s t o b e d e t e r m i n e d f r o m e x p e r i m e n t s . T h e fi r s t a n d s e c o n d t e r m s i n E q . [ 4 . 5 1 ] ( t e r m s I a n d I I ) a c c o u n t f o r t h e v a r i a t i o n o f p e r m e a b i l i t y d u e t o c u r i n g c o n d i t i o n s a n d c r a c k i n g i n t h e c o n c r e t e s e c t i o n , r e s p e c t i v e l y . E q u a t i o n [ 4 . 5 1 ] i s d e v e l o p e d b a s e d o n t h e e f f e c t o f c r a c k i n g a n d d a m a g e o n t h e p e r m e a b i l i t y o f c o n c r e t e w h i c h c a n b e g e n e r a l l y g i v e n b y ( G a w i n e t a l . 2 0 0 5 , G a w i n e t a l . 1 9 9 9 ) : k d a m a g e d = k u n d a m a g e d x l o fl D [ 4 5 2 ] w h e r e k d a m a g e d a n d k u n d a m a g e d = p e r m e a b i l i t y o f d a m a g e d a n d u n d a m a g e d c o n c r e t e , r e s p e c t i v e l y , B = c a l i b r a t i o n p a r a m e t e r , a n d D = e x t e n t o f d a m a g e . F i g u r e 4 . 6 s h o w s t h e s p a t i a l v a r i a t i o n o f p e r m e a b i l i t y f o r a n R C b e a m w i t h a c r o s s - s e c t i o n 3 0 0 m m x 5 0 0 m m . T h e p e r m e a b i l i t y a t t h e t o p o f t h e b e a m ( k m p ) a n d t h e d e p t h o f t h e n e u t r a l a x i s w e r e a s s u m e d t o b e 1 0 ' 1 9 m 2 , a n d 1 0 0 m m , r e s p e c t i v e l y . I n t h e t e n s i o n 1 3 7 z o n e o f t h e b e a m t h e c r a c k s i n c o n c r e t e b e c o m e w i d e r l e a d i n g t o h i g h e r v a l u e s o f t h e p e r m e a b i l i t y a s s e e n i n F i g u r e 4 . 6 . D e h y d r a t i o n T w o t y p e s o f w a t e r , n a m e l y , e v a p o r a b l e a n d n o n e v a p o r a b l e w a t e r , a r e p r e s e n t i n c e m e n t p a s t e . E v a p o r a b l e w a t e r i s l o s t w h e n c e m e n t p a s t e i s o v e n - d r i e d a t 1 1 0 ° C , w h i l e n o n e v a p o r a b l e w a t e r i s l o s t w h e n o v e n - d r i e d c e m e n t p a s t e i s h e a t e d t o a t e m p e r a t u r e o f a b o u t 8 0 0 ° C i n a p r o c e s s c a l l e d d e h y d r a t i o n . D e h y d r a t i o n o f c e m e n t p a s t e i s a c o m p l e x p h e n o m e n o n t h a t d e p e n d s o n m a n y f a c t o r s i n c l u d i n g t e m p e r a t u r e a n d c h e m i c a l c o m p o s i t i o n o f t h e c e m e n t p a s t e i t s e l f . E v e n t o d a t e , t h i s p h e n o m e n o n i s n o t c o m p l e t e l y u n d e r s t o o d . T h e a m o u n t o f n o n e v a p o r a b l e w a t e r , w h i c h i s c h e m i c a l l y b o u n d w i t h c e m e n t , i n c r e a s e s w i t h t h e d e g r e e o f h y d r a t i o n o f t h e c o n c r e t e m i x . T h u s , f o r s p a l l i n g p r e d i c t i o n s , i t w i l l b e c o n s e r v a t i v e t o a s s u m e t h a t t h e c o n c r e t e i s f u l l y h y d r a t e d . I n t h e s p a l l i n g m o d e l , d e h y d r a t i o n o f c e m e n t p a s t e i s c o n s i d e r e d b a s e d o n t h e s i m p l i fi e d a p p r o a c h s u g g e s t e d b y B a z a n t a n d K a p l a n ( 1 9 9 6 ) . I n t h i s a p p r o a c h ( w h e r e c o n c r e t e i s a s s u m e d t o b e f u l l y h y d r a t e d a t r o o m t e m p e r a t u r e ) t h e m a s s o f d e h y d r a t e d w a t e r , m 0 , i s g i v e n a s : ' 0 T s 1 0 0 ° C ‘ m D = I 0 . 0 4 p C T 1 7 0 2 0 0 1 0 0 ° C < T s 7 0 0 ° C > [ 4 . 5 3 ] ( 0 - 2 4 P C T > 7 0 0 ° C J T e n s i l e S t r e n g t h o f C o n c r e t e T h e t e n s i l e s t r e n g t h o f c o n c r e t e , a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s , i s a s s u m e d t o v a r y a s p e r E u r o c o d e 2 ( 2 0 0 4 ) b u t w i t h s o m e m o d i fi c a t i o n s t o a v o i d t h e c o n v e r g e n c e c o n d i t i o n s w h e n t h e t e n s i l e s t r e n g t h b e c o m e s z e r o a t r e l a t i v e l y l o w t e m p e r a t u r e s ( 6 0 0 ° C ) . I n s u c h 1 3 8 c o n d i t i o n s , t h e m o d e l m i g h t p r e d i c t s p a l l i n g t o o c c u r a t v e r y l o w v a l u e s o f t h e p o r e p r e s s u r e , w h i c h i s u n r e a l i s t i c a s o b s e r v e d i n fi r e t e s t s . T h u s , t h e v a r i a t i o n o f t e n s i l e s t r e n g t h o f c o n c r e t e w i t h t e m p e r a t u r e i s a s s u m e d t o f o l l o w t h e e x p r e s s i o n : i f , T s 1 0 0 ° C ‘ f , 6 0 0 7 T 1 0 0 ° C < T 3 5 5 0 ° C f : 1 5 0 0 > [ 4 . 5 4 ] ’ T 1 2 0 0 — T f , — — 5 5 0 ° C < T s 1 2 0 0 ° C 6 5 0 0 1 0 T > 1 2 0 0 ° C , w h e r e fi r = t e n s i l e s t r e n g t h o f c o n c r e t e a t t e m p e r a t u r e T ( ° C ) a n d f , = t e n s i l e s t r e n g t h o f c o n c r e t e a t r o o m t e m p e r a t u r e . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t t h e m o d i fi c a t i o n s t o t h e E u r o c o d e e q u a t i o n f o r t h e t e m p e r a t u r e d e p e n d e n t t e n s i l e s t r e n g t h i s t o a v o i d n u m e r i c a l i n s t a b i l i t y , w h i c h h a s a v e r y s m a l l e f f e c t o n t h e a c c u r a c y o f t h e s p a l l i n g p r e d i c t i o n s . T h i s i s b e c a u s e , a c c o r d i n g t o E q . [ 4 . 5 4 ] , m o r e t h a n 9 0 % o f t h e r o o m t e m p e r a t u r e t e n s i l e s t r e n g t h w i l l b e l o s t f o r c o n c r e t e h e a t e d t o a b o v e 6 0 0 ° C . 4 . 3 . 6 L i m i t a t i o n s T h e s p a l l i n g s u b - m o d e l p r e s e n t e d h e r e i s c a p a b l e o f p r e d i c t i n g e a r l y a n d i n t e r m e d i a t e s t a g e s o f s p a l l i n g . “ L a t e ” s t a g e s p a l l i n g , w h i c h o c c u r s j u s t p r i o r t o f a i l u r e , i s n o t c o n s i d e r e d i n t h e a n a l y s i s s i n c e i t p r i m a r i l y r e s u l t s fi ' o m s i g n i fi c a n t l o s s o f s t r e n g t h a n d s t i f fi r e s s . H o w e v e r , s u c h t y p e o f s p a l l i n g , d u e t o t h e f a c t t h a t i t o c c u r s j u s t p r i o r t o f a i l u r e , d o e s n o t s i g n i fi c a n t l y i n fl u e n c e t h e o v e r a l l fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . 1 3 9 4 . 4 S t r e n g t h A n a l y s i s 4 . 4 . 1 G e n e r a l A n a l y s i s P r o c e d u r e T h e t h i r d s t e p i n t h e n u m e r i c a l m o d e l i s t h e s t r e n g t h a n a l y s i s a t t h e m i d - s e c t i o n o f e a c h s e g m e n t . T h e c r o s s - s e c t i o n a l t e m p e r a t u r e d i s t r i b u t i o n g e n e r a t e d f r o m h y d r o - t h e r m a l a n a l y s i s i s u s e d a s i n p u t t o t h e s t r e n g t h a n a l y s i s . F o r t h e s t r e n g t h a n a l y s i s , t h e f o l l o w i n g a s s u m p t i o n s a r e m a d e : 0 P l a n e s e c t i o n s b e f o r e b e n d i n g r e m a i n p l a n e a f t e r b e n d i n g . 0 T h e r e i s n o b o n d - s l i p b e t w e e n s t e e l r e i n f o r c e m e n t a n d c o n c r e t e . 0 C o n c r e t e o f s t r e n g t h h i g h e r t h a n 7 0 M P a i s c o n s i d e r e d t o b e H S C . A d d i t i o n a l l y , f o r fi r e i n d u c e d a x i a l f o r c e c a l c u l a t i o n s , t h e f o l l o w i n g a s s u m p t i o n s a r e m a d e : 0 T h e fi r e i n d u c e d a x i a l f o r c e i s c o n s t a n t a l o n g t h e s p a n o f t h e b e a m , a t a g i v e n t i m e s t e p . 0 T h e c u r v a t u r e a n d d i s p l a c e m e n t s f r o m t h e p r e c e d i n g t i m e s t e p c a n b e u s e d t o c o m p u t e t h e fi r e i n d u c e d a x i a l r e s t r a i n t f o r c e . A t e a c h t i m e s t e p , t h e s t r e n g t h a n a l y s i s i s p e r f o r m e d i n t h r e e s u b - s t e p s , n a m e l y , e s t i m a t i n g t h e a x i a l f o r c e i n e a c h s e g m e n t o f t h e r e s t r a i n e d b e a m , g e n e r a t i n g t h e M — K ‘ r e l a t i o n s h i p f o r e a c h s e g m e n t , a n d c a r r y i n g o u t a n o n l i n e a r s t i f f n e s s a n a l y s i s t o t r a c e t h e r e s p o n s e o f t h e b e a m u n d e r fi r e c o n d i t i o n s . T h e a x i a l f o r c e , d u e t o fi r e i n d u c e d r e s t r a i n t , i s c o m p u t e d b a s e d o n t h e c u r v a t u r e d i s t r i b u t i o n a l o n g t h e s p a n o f t h e b e a m . T h i s a x i a l f o r c e i s a s s u m e d t o b e z e r o a t t h e fi r s t t i m e s t e p ( r o o m t e m p e r a t u r e ) . F o r t h e s u b s e q u e n t t i m e s t e p s , t h e c u r v a t u r e d i s t r i b u t i o n f r o m t h e p r e c e d i n g t i m e s t e p i s u t i l i z e d t o c o m p u t e 1 4 0 t h e a x i a l f o r c e . T h e u s e o f t h e c u r v a t u r e s f r o m t h e p r e c e d i n g t i m e s t e p d o e s n o t h a v e a s i g n i fi c a n t i n fl u e n c e o n t h e r e s t r a i n t f o r c e p r o v i d e d t h e t i m e i n c r e m e n t s a r e s m a l l . T h e M - K ‘ r e l a t i o n s h i p s , a t v a r i o u s t i m e s t e p s , a r e g e n e r a t e d u s i n g t h e c a l c u l a t e d a x i a l r e s t r a i n t f o r c e a n d t h e c o n s t i t u t i v e r e l a t i o n s h i p s f o r c o n c r e t e a n d r e i n f o r c e m e n t . T h e i n t e r a c t i o n b e t w e e n a x i a l f o r c e a n d b e n d i n g m o m e n t c a p a c i t y ( a n d s t i f f n e s s o f t h e b e a m ) i s a u t o m a t i c a l l y a c c o u n t e d f o r i n t h e g e n e r a t e d M — K r e l a t i o n s h i p s . I n t h e n o n l i n e a r s t i f f n e s s a n a l y s i s , t h e d e f l e c t i o n o f t h e b e a m a t e a c h t i m e s t e p c a n b e c a l c u l a t e d t h r o u g h a s t i f f n e s s a p p r o a c h w h i c h u t i l i z e s g e n e r a t e d M - K r e l a t i o n s h i p s t o c o m p u t e t h e s t i f f n e s s f o r e a c h b e a m s e g m e n t . V a r i o u s s t r a i n c o m p o n e n t s i n c l u d i n g m e c h a n i c a l s t r a i n , t h e r m a l s t r a i n , a n d c r e e p s t r a i n f o r b o t h c o n c r e t e a n d r e i n f o r c i n g s t e e l , a n d t r a n s i e n t s t r a i n f o r c o n c r e t e a r e a c c o u n t e d f o r i n t h e m o d e l . T h e c r e e p a n d t r a n s i e n t s t r a i n s , w h i c h a r e o f t e n n o t a c c o u n t e d f o r i n fi r e r e s i s t a n c e c a l c u l a t i o n s , m i g h t p l a y a r o l e o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s , p a r t i c u l a r l y d e fl e c t i o n s . S p a l l i n g o f c o n c r e t e i s i n c o r p o r a t e d i n t o fi r e r e s i s t a n c e c a l c u l a t i o n s t h r o u g h t h e p o r e p r e s s u r e p r e d i c t i o n s a s d i s c u s s e d a b o v e . T h e s t r e n g t h c a l c u l a t i o n s a r e c a r r i e d o u t u s i n g t h e s a m e r e c t a n g u l a r n e t w o r k d e s c r i b e d a b o v e a n d s h o w n i n F i g u r e 4 . 3 ( b ) . T h e t e m p e r a t u r e s , d e f o r m a t i o n s a n d s t r e s s e s i n e a c h e l e m e n t a r e r e p r e s e n t e d b y t h o s e a t t h e c e n t e r o f t h e e l e m e n t . T h e t e m p e r a t u r e a t t h e c e n t e r o f t h e c o n c r e t e e l e m e n t i s o b t a i n e d b y a v e r a g i n g t h e t e m p e r a t u r e s o f t h e n o d e s o f t h a t e l e m e n t i n t h e n e t w o r k . T h e s a m e p r o c e d u r e i s u s e d f o r s t e e l r e i n f o r c e m e n t , w i t h t h e v a l u e s o f s t r e s s , s t r a i n c o m p o n e n t s , a n d t e m p e r a t u r e o f e a c h b a r r e p r e s e n t e d b y t h o s e a t t h e c e n t e r o f t h e b a r . T h e t e m p e r a t u r e a t t h e c e n t e r o f a s t e e l b a r i s a p p r o x i m a t e d b y t h e t e m p e r a t u r e a t t h e l o c a t i o n o f t h e c e n t e r o f t h e b a r c r o s s - s e c t i o n ( i n t h e c o n c r e t e ) . 1 4 1 T h e t o t a l s t r a i n i n a c o n c r e t e e l e m e n t , a t a n y fi r e e x p o s u r e t i m e , i s t a k e n a s t h e s u m o f t h e t h e r m a l e x p a n s i o n , t h e m e c h a n i c a l s t r a i n , t h e c r e e p s t r a i n , a n d t h e t r a n s i e n t s t r a i n : 8 , = 8 , } , + 8 m e + 8 6 , + 8 " . [ 4 . 5 5 ] w h e r e 8 , = t o t a l s t r a i n , 8 , } , = t h e r m a l s t r a i n , 8 ” , , = m e c h a n i c a l s t r a i n , 8 c , - = c r e e p s t r a i n , a n d 8 , , = t r a n s i e n t s t r a i n . T h e r m a l s t r a i n i s d i r e c t l y d e p e n d e n t o n t h e t e m p e r a t u r e i n t h e e l e m e n t a n d c a n b e o b t a i n e d b y k n o w i n g t h e t e m p e r a t u r e a n d t h e r m a l e x p a n s i o n o f t h e c o n c r e t e . C r e e p s t r a i n i s a s s u m e d t o b e a f u n c t i o n o f t i m e , t e m p e r a t u r e , a n d s t r e s s l e v e l , a n d i s c o m p u t e d b a s e d o n H a r m a t h y ’ s ( 1 9 9 3 ) a p p r o a c h u s i n g t h e f o l l o w i n g e x p r e s s i o n : 8 . . = P I i 7 ? e d ( T ‘ 2 9 3 ) [ 4 . 5 6 1 f c , T w h e r e , 6 ] = 6 . 2 8 x 1 0 ' 6 s - O ' S , d = 2 . 6 5 8 x 1 0 ' 3 K ] , T = c o n c r e t e t e m p e r a t u r e ( ° K ) a t t i m e t ( s ) , f a r = c o n c r e t e s t r e n g t h a t t e m p e r a t u r e T , a n d a = s t r e s s i n t h e c o n c r e t e a t t h e c u r r e n t t e m p e r a t u r e . T h e t r a n s i e n t s t r a i n , w h i c h i s s p e c i fi c f o r c o n c r e t e u n d e r fi r e c o n d i t i o n s , i s c o m p u t e d b a s e d o n t h e r e l a t i o n s h i p p r o p o s e d b y A n d e r b e r g a n d T h e l a n d e r s s o n ( 1 9 7 6 ) . T h e t r a n s i e n t s t r a i n i s r e l a t e d t o t h e r m a l s t r a i n a s f o l l o w s : 0 ' c , 2 0 w h e r e k 2 = a c o n s t a n t r a n g i n g b e t w e e n 1 . 8 a n d 2 . 3 5 ( a v a l u e o f 2 w i l l b e u s e d i n t h e a n a l y s i s ) , A 8 , } , = c h a n g e i n t h e r m a l s t r a i n , A 8 , , = c h a n g e i n t r a n s i e n t s t r a i n , a n d f c , 2 0 = c o n c r e t e s t r e n g t h a t r o o m t e m p e r a t u r e . 1 4 2 F o r s t e e l r e i n f o r c e m e n t , t h e t o t a l s t r a i n , a t a n y fi r e e x p o s u r e t i m e , i s c a l c u l a t e d a s t h e s u m o f t h r e e c o m p o n e n t s , a s g i v e n b y t h e f o l l o w i n g e q u a t i o n : 6 , 5 = 8 , , “ + £ m e s + 8 0 5 [ 4 . 5 8 ] w h e r e 8 , 3 , 8 , } , 5 , 8 m , a n d 8 c h a r e t o t a l s t r a i n , t h e r m a l s t r a i n , m e c h a n i c a l s t r a i n , a n d c r e e p s t r a i n i n t h e s t e e l r e i n f o r c e m e n t , r e s p e c t i v e l y . S i m i l a r t o c o n c r e t e , t h e r m a l s t r a i n i n s t e e l c a n b e d i r e c t l y c a l c u l a t e d f r o m t h e k n o w l e d g e o f r e b a r t e m p e r a t u r e a n d t h e t h e r m a l e x p a n s i o n c o e f fi c i e n t o f t h e r e i n f o r c i n g s t e e l . C r e e p s t r a i n i s c o m p u t e d b a s e d o n D o m ’ s t h e o r y a n d t h e m o d e l p r o p o s e d b y H a r m a t h y ( 1 9 6 7 ) w i t h s o m e m o d i fi c a t i o n s m a d e t o a c c o u n t f o r d i f f e r e n t v a l u e s o f y i e l d s t r e n g t h o f s t e e l . A c c o r d i n g t o H a r m a t h y ’ s m o d e l , c r e e p s t r a i n i n s t e e l i s g i v e n b y t h e f o l l o w i n g e x p r e s s i o n : 2 / 3 1 / 3 6 ‘ c h = 3 2 6 , 0 6 + Z 6 [ 4 . 5 9 ] w h e r e ' 4 . 7 5 ‘ 6 . 7 5 5 x 1 0 1 9 3 - i s — 1 2 3 x 1 0 1 6 ( e 1 ° ' 8 ( " / f y ) ) i > i ' f y 1 2 6 : 1 8 — A H / R T d t , A ] ? = 3 8 9 0 0 ° K , t = t i m e ( h o u r s ) , 1 . 7 5 5 , 0 = 0 . 0 1 6 [ % ] , y 1 4 3 o = s t r e s s i n s t e e l , a n d f y = y i e l d s t r e n g t h o f s t e e l . F i g u r e 4 . 7 s h o w s t h e d i s t r i b u t i o n s o f t o t a l s t r a i n , s t r e s s , a n d i n t e r n a l f o r c e s f o r t h e b e a m c r o s s - s e c t i o n a t a n y fi r e e x p o s u r e t i m e . T h e t o t a l s t r a i n i n a n y e l e m e n t ( c o n c r e t e o r r e b a r ) c a n b e r e l a t e d t o t h e c u r v a t u r e o f t h e b e a m b y t h e f o l l o w i n g e x p r e s s i o n : 8 , = 8 0 + K y [ 4 . 6 0 ] w h e r e 8 0 = t o t a l s t r a i n a t t h e g e o m e t r i c a l c e n t r o i d o f t h e b e a m c r o s s - s e c t i o n , K = c u r v a t u r e , a n d y = t h e d i s t a n c e f r o m t h e g e o m e t r i c a l c e n t r o i d o f t h e b e a m c r o s s - s e c t i o n . I n t h e m o d e l , E q . [ 4 . 5 5 ] t o E q . [ 4 . 6 0 ] c a n b e u s e d t o c a r r y o u t s t r a i n c o m p u t a t i o n o f a s e g m e n t a t a n y g i v e n fi r e e x p o s u r e t i m e . A t a n y t i m e s t e p , a n d f o r a n a s s u m e d v a l u e o f 8 0 a n d K , t h e t o t a l s t r a i n i n e a c h e l e m e n t ( c o n c r e t e o r r e b a r ) c a n b e d e t e r m i n e d u s i n g E q . [ 4 . 6 0 ] . T h e n t h e t h e r m a l , t r a n s i e n t ( f o r c o n c r e t e o n l y ) , a n d c r e e p s t r a i n s i n t h e c o n c r e t e a n d r e b a r s a r e e v a l u a t e d u s i n g t h e k n o w n t e m p e r a t u r e s a n d t h e c o r r e s p o n d i n g e q u a t i o n s d e r i v e d a b o v e . U s i n g t h e k n o w l e d g e o f t o t a l , t h e r m a l , t r a n s i e n t , a n d c r e e p s t r a i n s , t h e m e c h a n i c a l s t r a i n i n t h e c o n c r e t e o r s t e e l e l e m e n t c a n b e e v a l u a t e d b y r e a r r a n g i n g E q s . [ 4 . 5 5 ] a n d [ 4 . 5 8 ] : 8 m 2 8 ‘ , — 8 , h — 6 ‘ c , . — 8 , , f o r c o n c r e t e [ 4 . 6 1 ] E m e s = 8 , 3 — 8 , , ” — 6 ' c h f o r s t e e l [ 4 . 6 2 ] T h e n f o r t h e e s t i m a t e d m e c h a n i c a l s t r a i n , t h e s t r e s s i n t h e e l e m e n t c a n b e e s t a b l i s h e d u s i n g t h e s t r e s s - s t r a i n r e l a t i o n s h i p s f o r s t e e l a n d c o n c r e t e . 1 4 4 4 . 4 . 2 C a l c u l a t i o n o f F i r e I n d u c e d A x i a l F o r c e R C b e a m s c a n d e v e l o p r e s t r a i n t f o r c e s u n d e r fi r e e x p o s u r e ( w h i c h c a n b e a s h i g h a s 3 0 % o f t h e r o o m t e m p e r a t u r e a x i a l f o r c e c a p a c i t y o f t h e b e a m ) . T h e d e g r e e o f r e s t r a i n t i s d e p e n d e n t o n t h e s u p p o r t c o n d i t i o n s a n d w i l l d e t e r m i n e t h e b e h a v i o r a n d fi r e r e s i s t a n c e o f a n R C b e a m . G e n e r a l l y , t h e a x i a l r e s t r a i n t f o r c e i n a n R C b e a m i s e x p e c t e d t o b e b e l o w t h e n e u t r a l a x i s o f t h e s e c t i o n a s a r e s u l t o f h i g h e r t e m p e r a t u r e i n t h e b o t t o m m o s t fi b e r s a s s h o w n i n F i g u r e 4 . 8 . T h e c a l c u l a t i o n o f fi r e i n d u c e d a x i a l f o r c e ( P ) i n a b e a m s e g m e n t i s a n a l o g o u s t o t h e a n a l y s i s o f p r e s t r e s s e d c o n c r e t e b e a m s , a n d i s t h e s u m m a t i o n o f t h e c o m p r e s s i v e a n d t h e t e n s i l e f o r c e s . T h u s , t h e a x i a l f o r c e c a n b e w r i t t e n a s : P = 7 } + C , = ] 0 ' d A [ 4 . 6 3 ] w h e r e T , = r e s u l t a n t t e n s i l e f o r c e i n c o n c r e t e a n d r e i n f o r c e m e n t , C , = r e s u l t a n t c o m p r e s s i v e f o r c e i n c o n c r e t e a n d r e i n f o r c e m e n t , a n d a = s t r e s s i n t h e i n fi n i t e s i m a l a r e a d A w i t h i n t h e c r o s s - s e c t i o n o f e a c h s e g m e n t . T h e i n t e g r a t i o n o f E q . [ 4 . 6 3 ] i s d i f fi c u l t t o c o m p u t e . T h e r e f o r e , f o r a n i d e a l i z e d c r o s s - s e c t i o n w h e r e t h e c r o s s - s e c t i o n a l a r e a i s d i v i d e d i n t o a n u m b e r o f e l e m e n t s , E q . [ 4 . 6 3 ] c a n b e a p p r o x i m a t e d b y : P = T + C = Z a m A m [ 4 . 6 4 ] w h e r e a m = s t r e s s a t t h e c e n t e r o f e a c h e l e m e n t a n d A m = a r e a o f e a c h e l e m e n t H o w e v e r , t h e s t r e s s d i s t r i b u t i o n i n t h e c r o s s - s e c t i o n a l a r e a o f t h e s e g m e n t c a n b e c o m p u t e d f o r a g i v e n c e n t r a l t o t a l s t r a i n ( 8 0 ) a n d t h e c u r v a t u r e ( K ) u s i n g E q s . [ 4 . 5 5 ] t o [ 4 . 6 2 ] a n d t h e c o n s t i t u t i v e r e l a t i o n s h i p o f t h e c o n s t i t u e n t m a t e r i a l s . T h u s , t h e a x i a l f o r c e 1 4 5 c a n b e r e l a t e d t o c e n t r a l t o t a l s t r a i n ( 8 0 ) a n d t h e c u r v a t u r e ( K ) t h r o u g h t h e f u n c t i o n a l r e l a t i o n s h i p : P = ( 1 4 8 0 , " ) [ 4 ' 6 5 ] E q u a t i o n [ 4 . 6 5 ] s h o w s t h a t t h e a x i a l f o r c e i n a b e a m s e g m e n t c a n b e c a l c u l a t e d i f K ‘ a n d 8 0 a r e k n o w n f o r t h a t s e g m e n t . F o r b e a m s e g m e n t i , t h e a x i a l f o r c e c a n b e w r i t t e n a s : P I - : ¢ ( 5 0 z ' a K z ) [ 4 . 6 6 1 w h e r e P , , 8 0 , - a n d K , - = t h e a x i a l f o r c e , c e n t r a l t o t a l s t r a i n , a n d c u r v a t u r e i n s e g m e n t i . A s s t a t e d i n t h e a s s u m p t i o n s a b o v e , t h e a x i a l r e s t r a i n t f o r c e s f o r a l l s e g m e n t s a r e e q u a l . H e n c e , t h e a x i a l f o r c e i n s e g m e n t i ( P , ) e q u a l s a c o n s t a n t v a l u e ( P ) . B a s e d o n t h e a s s u m p t i o n s a b o v e , t h e c u r v a t u r e i n s e g m e n t i , f o r t h e n t h t i m e s t e p ( K i n ) , i s e q u a l t o t h e c u r v a t u r e i n t h e s a m e s e g m e n t c o m p u t e d i n t h e ( n - I ) t h t i m e s t e p ( K i n - 1 ) . T h u s , f o r a n a s s u m e d v a l u e o f P , t h e c e n t r a l t o t a l s t r a i n i n e a c h s e g m e n t i s c o m p u t e d b y s o l v i n g E q . [ 4 . 6 6 ] , w h i c h c a n b e w r i t t e n a s : P = ¢ ( s I I I - , x . " ) 2 ¢ ( e o I - I d ” ) [ 4 . 6 7 1 T h e t o t a l c e n t r a l s t r a i n i n e a c h s e g m e n t i s u s e d t o c h e c k t h e c o m p a t i b i l i t y c o n d i t i o n s . T h e v a l u e o f t h e a x i a l f o r c e , P , i s m o d i fi e d u n t i l t h e c o m p a t i b i l i t y a n d e q u i l i b r i u m c o n d i t i o n s a r e s a t i s fi e d . F i g u r e 4 . 9 s h o w s a n R C b e a m e x p o s e d t o fi r e a n d i t s d e f o r m e d s h a p e a t c u r r e n t a n d p r e c e d i n g t i m e s t e p s o f fi r e e x p o s u r e . T h e c o l u m n s r e s t r a i n i n g t h e b e a m a r e m o d e l e d a s a s p r i n g o f s t i f fi r e s s ( k , ) . T h e c o m p a t i b i l i t y c o n d i t i o n s a l o n g t h e s p a n o f t h e b e a m r e q u i r e t h a t t h e f o l l o w i n g e q u a t i o n i s t o b e s a t i s fi e d : 1 4 6 Z I , - L - A = 0 [ 4 . 6 8 ] w h e r e l , - = p r o j e c t e d l e n g t h o f d e f o r m e d s e g m e n t i , L = b e a m l e n g t h , a n d A = t o t a l e x p a n s i o n i n t h e b e a m l e n g t h . F i g u r e 4 . 9 ( b ) s h o w s t h a t t h e p r o j e c t e d l e n g t h o f a b e a m s e g m e n t i s g i v e n b y t h e f o l l o w i n g f o r m u l a : I , - = \ [ ( S , - ) 2 — ( w 2 — w 3 ) 2 z ‘ / ( s , - ) 2 — ( w : ' 2 _ 1 — w r l j z [ 4 . 6 9 ] w h e r e S , = l e n g t h o f d e f o r m e d s e g m e n t i , w i ' i — l a n d w i n g ] : d e fl e c t i o n s a t t h e b e g i n n i n g a n d t h e e n d o f t h e b e a m s e g m e n t w h i c h w e r e c o m p u t e d i n t h e ( n - I ) t h t i m e s t e p , a n d W i ’ l a n d w t . " 2 = d e fl e c t i o n s a t t h e b e g i n n i n g a n d t h e e n d o f t h e b e a m s e g m e n t i n t h e n t h t i m e s t e p . A l s o , t h e l e n g t h o f t h e d e f o r m e d s e g m e n t i ( 5 , ) c a n b e c o m p u t e d f r o m t h e d e fi n i t i o n o f s t r a i n a s : S , - = ( 1 + 8 0 , ) L , - [ 4 . 7 0 ] w h e r e L , - = l e n g t h o f s e g m e n t i i n t h e u n d e f o r m e d b e a m . C o m b i n i n g E q . [ 4 . 6 8 ] , E q . [ 4 . 6 9 ] a n d E q . [ 4 . 7 0 ] , t h e c o m p a t i b i l i t y c o n d i t i o n s r e q u i r e t h a t : ( 1 + g o , ) Z L , 3 — w 9 — w 9 — L — A = 0 [ 4 . 7 1 ] Z f ( 1 2 1 1 ) 2 F u r t h e r , t h e e q u i l i b r i u m o f n o d e B i n F i g u r e 4 . 9 r e q u i r e s t h a t : P = k , A [ 4 . 7 2 ] 1 4 7 T h u s , f o r a n a s s u m e d v a l u e o f a x i a l f o r c e ( P ) , a n i t e r a t i v e p r o c e d u r e i s u s e d t o s o l v e E q . [ 4 . 6 9 ] i n o r d e r t o c o m p u t e t h e a x i a l s t r a i n i n e a c h s e g m e n t . T h e n , E q . [ 4 . 7 1 ] i s c h e c k e d t o e n s u r e t h e c o m p a t i b i l i t y r e q u i r e m e n t s w i t h A b e i n g c a l c u l a t e d u s i n g E q . [ 4 . 7 2 ] . T h e v a l u e o f P i s m o d i fi e d u n t i l E q . [ 4 . 7 1 ] i s s a t i s fi e d w i t h i n a p r e - d e t e r m i n e d t o l e r a n c e . T h e e r r o r i n v o l v e d i n t h e e s t i m a t i o n o f E q . [ 4 . 6 9 ] a n d E q . [ 4 . 6 7 ] b e c o m e s s m a l l e r i f s h o r t e r t i m e s t e p s a r e u s e d . 4 . 4 . 3 G e n e r a t i o n o f M - r r R e l a t i o n s h i p s T h e M — K ‘ g e n e r a t i o n , a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s , i s c a r r i e d o u t u s i n g t h e s a m e r e c t a n g u l a r n e t w o r k d e s c r i b e d a b o v e a n d s h o w n i n F i g u r e 4 . 3 . O n c e t h e a x i a l r e s t r a i n t f o r c e i n t h e b e a m i s c o m p u t e d , t h e M - K r e l a t i o n s h i p s a r e g e n e r a t e d t h r o u g h a n a p p r o a c h a n a l o g o u s t o t h e m e t h o d u s e d f o r t h e a n a l y s i s o f p r e s t r e s s e d c o n c r e t e b e a m s . I n t h i s a p p r o a c h , M - K r e l a t i o n s h i p s a r e e s t a b l i s h e d b y i t e r a t i n g t h e c e n t r a l t o t a l s t r a i n ( 8 0 ) a n d t h e c u r v a t u r e ( K ) . A t t h e b e g i n n i n g o f t h e a n a l y s i s , v a l u e s f o r c u r v a t u r e a n d c e n t r a l t o t a l s t r a i n ( i n c o n c r e t e ) a r e a s s u m e d . T h e n , t h e t o t a l s t r a i n i n e a c h o f t h e r e b a r s a n d c o n c r e t e e l e m e n t s i s c o m p u t e d f r o m t h e a s s u m e d s t r a i n a n d c u r v a t u r e . T h e s t r e s s e s i n t h e r e b a r s a n d t h e c o n c r e t e e l e m e n t s a r e d e t e r m i n e d u s i n g t h e c o n s t i t u t i v e l a w s o f t h e m a t e r i a l s . T h e t e m p e r a t u r e o f a r e b a r i s a s s u m e d t o b e e q u a l t o t h e t e m p e r a t u r e a t t h e l o c a t i o n o f t h e c e n t e r o f t h e r e b a r . O n c e t h e s t r e s s e s a r e k n o w n , t h e f o r c e s a r e c o m p u t e d i n t h e c o n c r e t e a n d t h e r e b a r s . T h e c u r v a t u r e i s t h e n i t e r a t e d u n t i l e q u i l i b r i u m o f f o r c e s i s s a t i s fi e d ( i n t e r n a l f o r c e e q u a l t o t h e fi r e i n d u c e d a x i a l r e s t r a i n t f o r c e ) . O n c e t h e e q u i l i b r i u m i s s a t i s fi e d , t h e m o m e n t a n d t h e c o r r e s p o n d i n g c u r v a t u r e a r e c a l c u l a t e d . T h u s , t h e v a l u e s o f m o m e n t a n d c u r v a t u r e a r e s t o r e d t o r e p r e s e n t a p o i n t o n t h e M — K ‘ c u r v e . 1 4 8 T h e v a l u e o f t h e c e n t r a l t o t a l s t r a i n i s i n c r e m e n t e d t o g e n e r a t e s u b s e q u e n t p o i n t s o n t h e m o m e n t c u r v a t u r e c u r v e . T h i s p r o c e d u r e i s r e p e a t e d f o r e a c h t i m e s t e p o f fi r e e x p o s u r e . T h e g e n e r a t e d M - K ' c u r v e s a r e u s e d f o r t r a c i n g t h e b e h a v i o r o f t h e b e a m t h r o u g h n o n l i n e a r s t r u c t u r a l a n a l y s i s . T h e g e n e r a t i o n o f M — K r e l a t i o n s h i p s i s a n i m p o r t a n t p a r t o f t h e n u m e r i c a l m o d e l s i n c e t h e s e r e l a t i o n s h i p s f o r m t h e b a s i s f o r t h e fi r e r e s i s t a n c e a n a l y s i s o f t h e b e a m . 4 . 4 . 4 B e a m A n a l y s i s T h e M - K ‘ r e l a t i o n s h i p s a n d t h e a x i a l r e s t r a i n e d f o r c e g e n e r a t e d f o r v a r i o u s s e g m e n t s a r e u s e d t o t r a c e t h e r e s p o n s e o f t h e w h o l e b e a m e x p o s e d t o fi r e . A t e a c h t i m e s t e p t h e d e fl e c t i o n o f t h e b e a m i s e v a l u a t e d t h r o u g h a s t i f f n e s s a p p r o a c h . T h e s e c a n t s t i f f n e s s f o r e a c h s e g m e n t i s d e t e r m i n e d f r o m t h e M - r r r e l a t i o n s h i p s , b a s e d o n t h e m o m e n t l e v e l r e a c h e d i n t h a t p a r t i c u l a r s e g m e n t . E a c h n o d e i n t h e i d e a l i z e d b e a m i s a s s u m e d t o h a v e t w o d e g r e e s o f fi ' e e d o m , n a m e l y , r o t a t i o n a n d v e r t i c a l d i s p l a c e m e n t . A x i a l d e f o r m a t i o n s a r e a c c o u n t e d f o r i n t h e c a l c u l a t i o n o f t h e a x i a l r e s t r a i n t f o r c e . T h e d e fl e c t i o n o f t h e b e a m i s c o m p u t e d u s i n g a n i t e r a t i v e p r o c e d u r e d e s c r i b e d b y C a m p b e l l a n d K o d u r ( 1 9 9 0 ) . A c c o r d i n g l y , t h e fi r s t s t e p i n t h e a n a l y s i s i s t o c o n d u c t a l i n e a r a n a l y s i s u s i n g t h e i n i t i a l r i g i d i t y o f t h e b e a m ( E 1 0 ) t o d e t e r m i n e t h e m o m e n t d i s t r i b u t i o n a l o n g t h e s p a n o f t h e b e a m . T h e s e g m e n t h a v i n g t h e m a x i m u m b e n d i n g m o m e n t i s s e l e c t e d t o b e t h e c r i t i c a l s e g m e n t . T h e s e c o n d s t e p i s t o i n c r e m e n t t h e c u r v a t u r e i n t h e c r i t i c a l s e g m e n t a n d t h e c u r v a t u r e a n d m o m e n t d i s t r i b u t i o n s a l o n g t h e s p a n o f t h e b e a m ( i n e a c h s e g m e n t ) a r e c o m p u t e d f o r e a c h i n c r e m e n t o f t h e c u r v a t u r e . A n i t e r a t i v e p r o c e d u r e i s e m p l o y e d t o o b t a i n t h e s o l u t i o n 1 4 9 a t e a c h i n c r e m e n t o f c u r v a t u r e s u c h t h a t e q u i l i b r i u m , c o m p a t i b i l i t y , a n d c o n v e r g e n c e c o n d i t i o n s a r e s a t i s fi e d . T h e i t e r a t i v e p r o c e d u r e u s e d f o r t h e b e a m a n a l y s i s i s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 4 . 1 0 . F o r e a c h i n c r e m e n t , a t a r g e t c u r v a t u r e i s s e l e c t e d f o r t h e c r i t i c a l s e g m e n t . T h e a n a l y s i s i s c a r r i e d o u t u s i n g s e c a n t s t i f fi r e s s o f t h e b e a r m c o m p u t e d f r o m t h e g e n e r a t e d m o m e n t c u r v a t u r e r e l a t i o n s h i p s . T h e b e a m i s a n a l y z e d u n d e r a u n i t l o a d a n d t h e b e n d i n g m o m e n t a n d t h e c u r v a t u r e i n e a c h s e g n e n t a r e c o m p u t e d . T h e c u r v a t u r e i n e a c h s e g m e n t i s m u l t i p l i e d b y a s c a l i n g f a c t o r t h a t i s c o m p u t e d t h r o u g h d i v i d i n g t h e t a r g e t c u r v a t u r e i n t h e c r i t i c a l e l e m e n t b y t h e c o m p u t e d c u r v a t u r e i n t h e s a m e e l e m e n t . T h e n e w s e c a n t r i g i d i t y f o r t h e n e x t i t e r a t i o n c a n b e c o m p u t e d f r o m t h e g e n e r a t e d M — K r e l a t i o n s h i p . T h e i t e r a t i v e p r o c e d u r e c o n t i n u e s u n t i l c o n v e r g e n c e i s a c h i e v e d w h e r e t h e r i g i d i t y i n e a c h s e g m e n t i s a p p r o x i m a t e l y m a i n t a i n e d w i t h i n a c e r t a i n t o l e r a n c e . I n t h e i t e r a t i v e p r o c e d u r e d e s c r i b e d a b o v e , t h e s t i f f n e s s m a t r i x a n d t h e l o a d i n g v e c t o r a r e c o m p u t e d f o r e a c h l o n g i t u d i n a l s e g m e n t . T h e n t h e s e m a t r i c e s a r e a s s e m b l e d i n t h e f o r m o f a n o n l i n e a r g l o b a l s t i f f n e s s e q u a t i o n , w h i c h c a n b e w r i t t e n a s : [ K g ] [ 5 ] = [ P f ] + [ P s ] [ 4 - 7 3 ] w h e r e [ K g ] = g l o b a l s t i f f n e s s m a t r i x , [ 6 ] = n o d a l d i s p l a c e m e n t s , [ P 1 ] = e q u i v a l e n t n o d a l l o a d v e c t o r d u e t o a p p l i e d l o a d i n g , a n d [ P 5 ] = e q u i v a l e n t n o d a l l o a d v e c t o r d u e t o P - S e f f e c t . T h e e f f e c t o f t h e s e c o n d o r d e r m o m e n t s , d e v e l o p e d d u e t o t h e a x i a l r e s t r a i n t f o r c e , i s c a l c u l a t e d u s i n g t h e f o l l o w i n g e q u a t i o n : [ P 5 ] = - { n g 0 ] [ 5 ] [ 4 7 4 } 1 5 0 w h e r e [ n g o ] = g e o m e t r i c s t i f f n e s s m a t r i x , [ 5 ] = n o d a l d i s p l a c e m e n t s , a n d [ P 3 ] = e q u i v a l e n t n o d a l l o a d v e c t o r d u e t o P - 5 e f f e c t . T h e s e c o n d o r d e r m o m e n t s a r e t h e n a d d e d t o t h e e x t e r n a l l o a d s i n t h e s t i f f n e s s a n a l y s i s a s g i v e n b y e q u a t i o n [ 4 . 7 3 ] T h u s , f o r a n y g i v e n t i m e s t e p , t h e t e m p e r a t u r e s ( i n c o n c r e t e a n d s t e e l ) , m o m e n t c a p a c i t y a n d c u r v a t u r e s , a s w e l l a s d e fl e c t i o n a n d r a t e o f d e fl e c t i o n o f t h e b e a m a r e k n o w n f o r a g i v e n fi r e e x p o s u r e . T h e s e o u t p u t p a r a m e t e r s a r e u s e d t o e v a l u a t e t h e f a i l u r e o f t h e b e a m a t l o c a l ( i n e a c h s e g m e n t ) a n d g l o b a l ( w h o l e b e a m ) l e v e l s u s i n g f o u r s e t s o f f a i l u r e c r i t e r i a w h i c h i n c l u d e s t r e n g t h , t h e r m a l , a n d d e fl e c t i o n l i m i t s t a t e s . T h e a n a l y s i s i s c o n t i n u e d u n t i l s t r e n g t h f a i l u r e o f t h e b e a m i s r e a c h e d . T h e f o u r s e t s o f f a i l u r e c r i t e r i a u s e d t o d e fi n e f a i l u r e o f a n R C b e a m a r e ( K o d u r a n d D w a i k a t 2 0 0 8 a ) : 1 ) W h e n t h e t e m p e r a t u r e i n s t e e l r e b a r s ( t e n s i o n r e i n f o r c e m e n t ) e x c e e d s t h e c r i t i c a l t e m p e r a t u r e w h i c h i s 5 9 3 ° C f o r r e i n f o r c i n g s t e e l . 2 ) W h e n t h e b e a m i s u n a b l e t o r e s i s t t h e s p e c i fi e d a p p l i e d s e r v i c e l o a d . 3 ) W h e n t h e m a x i m u m d e fl e c t i o n o f t h e b e a m e x c e e d s L / 2 0 a t a n y fi r e e x p o s u r e t i m e , w h e r e L i s s p a n l e n g t h . 4 ) W h e n t h e r a t e o f d e fl e c t i o n e x c e e d s t h e l i m i t g i v e n b y t h e f o l l o w i n g e x p r e s s i o n : L 2 9 0 0 0 d ( m m / m i n ) [ 4 . 7 5 ] w h e r e L = s p a n l e n g t h o f t h e b e a m ( m m ) , a n d d = e f f e c t i v e d e p t h o f t h e b e a m ( m m ) . 1 5 1 4 . 5 C o m p u t e r I m p l e m e n t a t i o n 4 . 5 . 1 C o m p u t e r P r o g r a m T h e n u m e r i c a l p r o c e d u r e s d e s c r i b e d i n S e c t i o n 4 . 1 t h r o u g h 4 . 4 r e q u i r e a l a r g e a m o u n t o f c o m p u t a t i o n s s i n c e a n i t e r a t i v e a p p r o a c h m u s t b e u s e d . T h e r e f o r e , t o f a c i l i t a t e t h e a b o v e s e t o f c a l c u l a t i o n s , t h e n u m e r i c a l p r o c e d u r e w a s i n c o r p o r a t e d i n t o a c o m p u t e r p r o g a m , w r i t t e n i n F O R T R A N . F i g u r e 4 . 2 ( a , b ) s h o w s a fl o w c h a r t o f t h e n u m e r i c a l p r o c e d u r e a s s o c i a t e d w i t h t h e c o m p u t e r p r o g a m . 4 . 5 . 2 B e a m I d e a l i z a t i o n T h e g i v e n R C b e a m i s i d e a l i z e d t o b e a s e t o f l o n g i t u d i n a l b e a r m s e g m e n t s . F o r h y d r o - t h e r m a l a n d m e c h a n i c a l a n a l y s i s o f R C b e a m s , t h e c r o s s - s e c t i o n o f t h e b e a m i s i d e a l i z e d a s a m e s h o f e l e m e n t s a s s h o w n i n F i g u r e 4 . 3 ( b ) . T h e n u m b e r o f l o n g i t u d i n a l s e g m e n t s a n d t h e n u m b e r o f e l e m e n t s a n d t h e g i d s i z e i n e a c h d i r e c t i o n m u s t b e s p e c i fi e d i n t h e i n p u t fi l e . T h e p r o g a m a l l o w s f o r n o n - u n i f o r m g i d s i z e i n t h e c r o s s - s e c t i o n a l m e s h . T h e p r o g a m d e t e r m i n e s t h e e l e m e n t s i z e b a s e d o n t h e s p e c i fi e d n u m b e r o f e l e m e n t s . T h e p r o g a m a l s o a l l o w s f o r a n y r e b a r c o n fi g u r a t i o n . H o w e v e r , t h e s e c t i o n m u s t b e s y m m e t r i c a l a r o u n d t h e v e r t i c a l c e n t r o i d a l a x i s , s i n c e t h e m o d e l c a n n o t a c c o u n t f o r t h e d e v e l o p m e n t o f t o r s i o n a l f o r c e s d u e t o n o n - s y m m e t r i c a l g e o m e t r y . 4 . 5 . 2 M a t e r i a l P r o p e r t i e s C o n c r e t e T h r e e s e t s o f c o n c r e t e p r o p e r t i e s s u g g e s t e d b y E u r o c o d e 2 ( 2 0 0 4 ) , t h e A S C E M a n u a l ( L i e 1 9 9 2 ) , a n d K o d u r e t a l . ( 2 0 0 4 ) a r e i n c o r p o r a t e d i n t o t h e p r o g a m . I n a d d i t i o n , t h e 1 5 2 p r o g r a m a l l o w s f o r g e n e r a l m a t e r i a l p r o p e r t i e s r e a d f r o m o t h e r i n p u t fi l e s w h e r e t h e m a t e r i a l p r o p e r t i e s s h o u l d b e p r e s e n t e d i n a t a b u l a r f o r m a t a s a f u n c t i o n o f t e m p e r a t u r e . T h e u s e r c a n s p e c i f y a n y o f t h e m a t e r i a l m o d e l s i n t h e i n p u t fi l e . T h e u s e r a l s o h a s t h e o p t i o n o f s e l e c t i n g e i t h e r s i l i c e o u s a g g r e g a t e c o n c r e t e o r c a r b o n a t e a g g r e g a t e c o n c r e t e . R e l e v a n t f o r m u l a e f o r b o t h m e c h a n i c a l a n d t h e r m a l p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e a s a f u n c t i o n o f t e m p e r a t u r e a r e b u i l t i n t o t h e p r o g r a m . I n t h e i n p u t fi l e t h e u s e r h a s t o s p e c i f y t h e 2 8 - d a y c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f c o n c r e t e , i n i t i a l m o i s t u r e c o n t e n t , i n i t i a l c o n c r e t e p e r m e a b i l i t y , t e n s i l e s t r e n g t h o f c o n c r e t e , c o n c r e t e m o d e l ( E u r o c o d e , A S C E , o r K o d u r ) , a n d t h e t y p e o f a g g r e g a t e i n t h e c o n c r e t e . S t e e l R e i n f o r c e m e n t T h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f r e i n f o r c i n g s t e e l ( s t r e s s - s t r a i n - t e m p e r a t u r e r e l a t i o n s h i p s ) t h a t a r e g i v e n i n t h e A S C E M a n u a l ( L i e 1 9 9 2 ) a n d i n E u r o c o d e 2 ( 2 0 0 4 ) a r e i n c o r p o r a t e d i n t o t h e p r o g r a m . I n a d d i t i o n , t h e p r o g r a m a l l o w s f o r g e n e r a l s t r e s s s t r a i n r e l a t i o n s h i p s a s a f u n c t i o n o f t e m p e r a t u r e , w h i c h s h o u l d b e t a b u l a t e d i n a n o t h e r i n p u t fi l e . W h e n t h e A S C E o r E u r o c o d e m o d e l i s s e l e c t e d , t h e u s e r m u s t s p e c i f y t h e y i e l d s t r e n g t h o f s t e e l i n t h e i n p u t fi l e a n d t h e p r o g r a m a u t o m a t i c a l l y u s e s t h e b u i l t - i n s t r e s s - s t r a i n r e l a t i o n s h i p s . 4 . 5 . 3 I n p u t D a t a T h e b a s i c i n p u t f o r t h e p r o g r a m c o n s i s t s o f c r o s s - s e c t i o n a l p r o p e r t i e s , m a t e r i a l p r o p e r t i e s , a n d g e n e r a l d a t a s u c h a s t h e n u m b e r o f t i m e i n c r e m e n t s . T h e s e q u e n t i a l o r d e r o f t h e i n p u t d a t a m u s t b e f o l l o w e d . C o n s i s t e n t u n i t s m u s t b e u s e d t h r o u g h o u t . 1 5 3 4 . 5 . 4 O u t p u t R e s u l t s T h e o u t p u t f r o m t h e p r o g r a m i n c l u d e s t h e r e s u l t s f r o m t h e h y d r o - t h e r m a l a n d s t r u c t u r a l a n a l y s e s . A t e a c h i n c r e m e n t a l t i m e s t e p , t h e t e m p e r a t u r e a n d p o r e p r e s s u r e a t e a c h n o d e ( s e e F i g u r e 4 . 3 ( b ) i s c o m p u t e d . T h e o u t p u t r e s u l t s a l s o i n c l u d e t h e M - K ‘ c u r v e s . I n a d d i t i o n , t h e d e fl e c t i o n o f t h e b e a m a n d t h e r a t e o f d e fl e c t i o n a r e a l s o r e c o r d e d f o r e a c h t i m e s t e p . 4 . 6 S u m m a r y T h i s c h a p t e r p r e s e n t s a n u m e r i c a l m o d e l t h a t w a s i n c o r p o r a t e d i n t o a c o m p u t e r p r o g r a m , f o r t r a c i n g t h e r e s p o n s e o f R C b e a m s e x p o s e d t o fi r e . T h e t h r e e s t a g e s a s s o c i a t e d w i t h t h e fi r e r e s i s t a n c e a n a l y s i s , n a m e l y , fi r e g r o w t h , t h e r m a l , a n d s t r u c t u r a l a n a l y s i s , a r e e x p l a i n e d . E q u a t i o n s g o v e r n i n g t h e h y d r o - t h e r m a l a n d m e c h a n i c a l a n a l y s e s a r e d e r i v e d . T h e p r o p o s e d m o d e l a c c o u n t s f o r h i g h t e m p e r a t u r e m a t e r i a l p r o p e r t i e s , v a r i o u s fi r e s c e n a r i o s , fi r e i n d u c e d a x i a l r e s t r a i n t e f f e c t s , g e o m e t r i c a l n o n l i n e a r i t y , a n d v a r i o u s s t r a i n c o m p o n e n t s . I n t h e n o n l i n e a r b e a m a n a l y s i s , t h e m o d e l u s e s a c u r v a t u r e c o n t r o l l e d i t e r a t i v e p r o c e d u r e i n w h i c h t h e s o fi e n i n g o f t h e b e a m i s a c c o u n t e d f o r . A l s o , a s u b - m o d e l , w h i c h i n v o l v e s p o r e p r e s s u r e c a l c u l a t i o n s , i s i n c o r p o r a t e d i n t o t h e n u m e r i c a l m o d e l t o a c c o u n t f o r fi r e i n d u c e d s p a l l i n g . T h e v a l i d i t y o f t h e c o m p u t e r m o d e l w i l l b e e s t a b l i s h e d i n t h e f o l l o w i n g c h a p t e r . 1 5 4 L l ( a ) S i m p l y S u p p o r t e d B e a m ( b ) C r o s s - s e c t i o n } — — — 1 w * S e g m e n t n u m b e r L ( c ) I d e a l i z a t i o n F i g u r e 4 . 1 - L a y o u t o f a T y p i c a l R C B e a m a n d i t s I d e a l i z a t i o n f o r A n a l y s i s 1 5 5 I n p u t d a t a , i n c l u d i n g s p a l l i n g p a r a m e t e r s T h e r m a l p r o p e r t i e s C a l c u l a t i o n o f c r o s s - s e c t i o n a l t e m p e r a t u r e [ C a l c u l a t e t h e e x t e n t o f s p a l l i n g l S u b r o u t i n e t o m l c u l a t e fi r e i n d u c e d a x i a l r e s t r a i n t f o r c e ( F i g u r e 4 . 2 ( b ) ) I l I n i t i a l t o t a l s t r a i n a t e x t r e m e fi b e r s o f c o n c r e t e I n i t i a l c u r v a t u r e S t r e s s - s t r a i n r e l a t i o n s a n d d e f o r m a t i o n p r o p e r t i e s C a l c u l a t e s t r a i n s a n d s t r e s s e s l n t e m a l a x i a l f o r c e = a p p l i e d f o r c e ( 0 . 0 ) F i g u r e 4 . 2 ( a ) - F l o w c h a r t S h o w i n g t h e S t e p s A s s o c i a t e d w i t h t h e A n a l y s i s o f a n R C B e a m E x p o s e d t o F i r e 1 5 6 J ( _ _ _ I n c r e m e n t c u r v a t u r e W r i t e c u r v a t u r e a n d i n t e r n a l m o m e n t ( p o i n t o n t h e m o m e n t c u r v a t u r e c u r v e ) N o I n c r e m e n t s t r a i n U l t i m a t e c u r v a t u r e " S e g m e n t = i + 1 N o n l i n e a r s t i f f n e s s a n a l y s i s o f b e a m " e i t h e r c r u s h i n g o f c o n c r e t e o r r u p t u r e o f s t e e l I C a l c u l a t e d e fl e c t i o n a n d r a t e o f d e fl e c t i o n s * * n = t h e t o t a l n u m b e r o f s e g m e n t s i n t h e b e a m N o I n c r e m e n t t i m e s t e p F a i l u r e l i m i t s t a t e s " C E n d 3 F i g u r e 4 . 2 ( a ) ( C o n t i n u e d ) - F l o w c h a r t S h o w i n g t h e S t e p s A s s o c i a t e d w i t h t h e A n a l y s i s o f a n R C B e a m E x p o s e d t o F i r e 1 5 7 C S t a r t s u b r o u t i n e D C u r v a t u r e s a n d d e fl e c t i o n s f r o m p r e c e d i n g t i m e s t e p / V G e n e r a t e a x i a l - f o r c e - c e n t r a I - s t r a i n r e l a t i o n s h i p f o r e a c h s e a m e n t I n i t i a l a x i a l f o r c e < I C a l c u l a t e c e n t r a l s t r a i n i n e a c h e l e m e n t C h e c k C o m p a t i b i l i t y a n d N o e q u i l i b r i u m a t n o d e 8 ( E q . C E n d s u b r o u t i n e D F i g u r e 4 . 2 ( b ) - F l o w c h a r t S h o w i n g t h e S t e p s A s s o c i a t e d w i t h t h e A x i a l R e s t r a i n t F o r c e C a l c u l a t i o n s 1 5 8 h t g n e r t s e l i s n e e r u s s e r p e r o y n t i s T o r o P A m b i e n t 0 c o n d i t i o n s H b l U — G F i r e F i r e D ‘ _ F i r e ( a ) C r o s s - s e c t i o n a l D e t a i l s ( b ) D i s c r e t i z a t i o n ( c ) B o u n d a r y C o n d i t i o n s f o r H e a t T r a n s f e r A n a l y s i s F i g u r e 4 . 3 - C r o s s - s e c t i o n o f a n R C B e a m a n d i t s D i s c r e t i z a t i o n f o r A n a l y s i s S p a l l i n g z o n e T e n s i l e s t r e n g t h o f P o r o s i t y x P o r e c o n c r e t e p r e s s u r e i n c o n c r e t e / S p a l l i n g p o i n t l l I I l O 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 T e m p e r a t u r e ( ° C ) F i g u r e 4 . 4 - I l l u s t r a t i o n o f S p a l l i n g P r e d i c t i o n i n a C o n c r e t e S e g m e n t 1 5 9 Z ’ V a l u e s u g g e s t e d b y G a w i n e t a l . [ 8 ] ) C ° I 1 ( r C 0 . 0 0 7 p 0 . 0 0 6 ; 0 . 0 0 5 j 0 . 0 0 4 f . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . . , w . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0 . 0 0 3 f . . . . . . . . . . . . . . . . . . - . . . . . . . . . . . . . o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0 . 0 0 2 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - f - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - T o E x p e r i m e n t a l d a t a 1 0 - 0 0 1 f " " " " " " P r o p o s e d v a l u e ” " “ * " * " ' ” ’ " ” ‘ ” " " " ‘ ‘ ‘ 7 T . T 6 E - 1 7 9 E - 1 7 1 . 2 E - 1 6 1 . 5 E - 1 6 I n i t i a l P e r m e a b i l i t y ( m 2 ) 0 3 E - 1 7 F i g u r e 4 . 5 — M e a s u r e d a n d S u g g e s t e d V a l u e s o f P e r m e a b i l i t y F a c t o r , C T P e r m e a b i l i t v ( e r 1 E - 1 9 1 E - 1 7 1 E - 1 5 1 E - 1 3 — _ o n l A r e a u n d e r : c o m p r e s s i o n : g g 1 0 0 a - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E 2 0 0 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - i - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - d E , i ' ’ 5 , . . 3 E E o 3 0 0 : - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4 0 0 - - - - - - - - - - « E - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ‘ L 5 0 0 i l l b ( a ) C r o s s - s e c t i o n ( b ) P e r m e a b i l i t y F i g u r e 4 . 6 - V a r i a t i o n o f C o n c r e t e P e r m e a b i l i y a c r o s s t h e D e p t h o f a T y p i c a l R C B e a m 1 6 0 G e o m e t r i m l c e n t r o i d a l a x i s E l e m e n t a r e a A m 5 3 . 0 5 t 5 8 . 0 C , C , = C 5 + c c 4 — . h / 2 N e u t r a l a x i s ‘ C c E l e m e n t P ( F i r e i n d u c e d s t r e s s o m r e s t r a i n t f o r c e ) _ . _ . . _ . _ T ‘ _ A x i s o f z e r o — - — > C C o n c r e t e m e c h a n i c a l 1 ' ' ' s t r a i n h / 2 i n t e n s r o n T r = T s + T c K 8 . ; 0 ' s , T — > — — > - — > T ; F o r c e E q u i l i b r i u m _ P = T r + o r C r o s s - s e c t i o n T o t a l s t r a i n d i a g r a m S t r e s s d i a g r a m l n t e m a l t o m e s F i g u r e 4 . 7 - V a r i a t i o n o f S t r a i n , S t r e s s a n d I n t e r n a l F o r c e s i n a T y p i c a l B e a m C r o s s - s e c t i o n E x p o s e d t o F i r e N e u t r a l a x i s a f t e r - G e o m e t r i c a l 1 5 m n t e s i u \ - . h / 2 c e n t r o i d a l 6 0 m r n u t e s — — > — - : : : : : : : : I 1 2 0 m i n u t e s 9 P ( ' T P h / 2 ( C f O S S - S G C t i O D T e m p e r a t u r e e m p e r a t u r e T e m p e r a t u r e d i s t r i b u t i o n a f t e r d i s t r l b u t l o n a f t e r 6 0 d i s t r i b u t i o n a f t e r 1 5 m i n u t e s m i n u t e s 1 2 0 m i n u t e s F i g u r e 4 . 8 - S c h e m a t i c D i a g r a m S h o w i n g t h e T h e r m a l G r a d i e n t s a n d t h e P o s i t i o n o f A x i a l F o r c e ( R e s u l t i n g f r o m R e s t r a i n i n g T h e r m a l E x p a n s i o n ) a s a F u n c t i o n o f F i r e E x p o s u r e T i m e 1 6 1 S e g m e n t i ( n — 1 ) m t i m e s t e p n m t i m e s t e p A " ( a ) D e f l e c t e d s h a p e a t t h e ( n - 1 ) m a n d n " I t i m e s t e p I ? " 1 , . " w fl — l W " w i 2 w 1 ' 2 n — l n S i S i ( n - 1 ) m t i m e s t e p n " 1 t i m e s t e p ( b ) T y p i c a l B e a m S e g m e n t F i g u r e 4 . 9 - I l l u s t r a t i o n o f A x i a l R e s t r a i n t F o r c e C a l c u l a t i o n s 1 6 2 S e c o n d i t e r a t i o n F i r s t I t e r a t i o n C u r v a t u r e n o r m a l i z a t i o n T a r g e t c u r v a t u r e ( a ) M o m e n t c u r v a t u r e c u r v e O n e u n i t l o a d v v I v i v r Y i v I v I ( b ) B e a m C r i t i c a l s e g m e n t i ( c ) B e n d i n g m o m e n t d i a g r a m F i g u r e 4 . 1 0 - I l l u s t r a t i o n o f C u r v a t u r e C o n t r o l l e d I t e r a t i v e P r o c e d u r e u s e d f o r B e a m A n a l y s i s 1 6 3 M i l l i i i i l l i j i l l i fl i l fl i l i j l l l l l l fl i i i S f V . . . . “ 3 $ V 1 " . 3 . 1 H P } ? . . U V . . . . . E ‘ . L 3 . : . 5 . . ) 9 . 3 . . : 1 f 5 3 3 . s , # . : fl 5 : fi . 3 2 . f 1 L i fi d fl . . m s fl . h m . w . 0 0 V I \ | . ) Y : : 3 f t , . 1 . l ‘ \ . . - 5 i I I i 1 $ I 1 n . f » . \ . : ! i ! V ! I 5 . £ ‘ , ! . I l o 1 . : l ! 3 $ . 3 1 ! . : I A ! ‘ . . ! ‘ l . . - i l D ! t i S ! C V t 1 . i 1 f . . t . l , a t a t 5 t 2 V . i 1 t 3 i . . M | . i . I R . t u “ t . . t f I 2 O l . a 3 5 I t I ! Q - } E i i } 3 ' » 1 l s ! . t . I O " ! i ! ! : l “ - ) : I . . . “ . : . O f . . . 3 9 . . V . S a " . 3 . . . . V I . . . « V k . x i i i . . . l u i ‘ fi i 9 . . . " ; 1 . 0 3 1 . . . . . . I : . A . " . 4 . t a r I . v £ I \ z . . ! . H u h . £ . . h h r v l o n “ a n ? ! “ p i t h . . . F i fi . 5 : 3 5 1 : 7 1 ) ? t . v \ l a v . 3 4 % } I 3 ‘ r . A . I t . fi K T . . . r § f . n n : 5 { . 1 5 5 A : b i t s ? . . . V . 1 . i t ? ! . $ . 5 1 . 1 . . . . . I g l z v \ ~ u . l v . ; V . E 1 3 2 5 3 » . . . V . i i 1 . 6 2 % . ! v . - é ! I 1 Q . . . { u s h y n ‘ J n - ‘ z b d i u ‘ n : 3 . , ] . 2 < ( “ I " ) n . i r v M 3 1 5 2 0 : ; ” T I - { S V , fl — _ L M L I B R A R Y i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y 1 P L A C E I N R E T U R N B O X t o r e m o v e t h i s c h e c k o u t f r o m y o u r r e c o r d . T o A V O I D F I N E S r e t u r n o n o r b e f o r e d a t e d u e . M A Y B E R E C A L L E D w i t h e a r l i e r d u e d a t e i f r e q u e s t e d . D A T E D U E D A T E D U E D A T E D U E 5 / 0 8 K : I P r o j I A o c & P r e s / C l R C / D a t e D u e . i n d d F L E X U R A L R E S P O N S E O F R E I N F O R C E D C O N C R E T E B E A M S E X P O S E D T O F I R E V O L U M E I I B y M o n t h e r B . M . D w a i k a t A D I S S E R T A T I O N S u b m i t t e d t o M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y i n p a r t i a l f u l fi l l m e n t o f t h e r e q u i r e m e n t s f o r t h e d e g r e e o f D O C T O R O F P H I L O S O P H Y C i v i l E n g i n e e r i n g 2 0 0 9 C h a p t e r 5 5 . M o d e l V a l i d a t i o n 5 . 1 G e n e r a l I n t h i s c h a p t e r , t h e v a l i d i t y o f t h e c o m p u t e r m o d e l , p r e s e n t e d i n C h a p t e r 4 , i s e s t a b l i s h e d b y c o m p a r i n g p r e d i c t i o n s f r o m t h e m o d e l w i t h d a t a f r o m fi r e t e s t s o n R C b e a m s a n d s l a b s . T h e p r e d i c t e d fi r e r e s p o n s e o f s t r u c t u r a l m e m b e r s d e p e n d s o n n u m e r o u s f a c t o r s i n c l u d i n g fi r e e x p o s u r e , h i g h t e m p e r a t u r e m a t e r i a l p r o p e r t i e s , s t r u c t u r a l p a r a m e t e r s ( b o u n d a r y c o n d i t i o n s a n d g e o m e t r y ) , a n d t h e d i s c r e t i z a t i o n ( i d e a l i z a t i o n o f m e m b e r a n d t i m e s t e p s ) u s e d i n t h e a n a l y s i s . M a n y o f t h e s e p a r a m e t e r s v a r y w i t h i n t h e i r d o m a i n a n d t h u s t h e v a l u e s s e l e c t e d c a n i n fl u e n c e t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s . A s a n e x a m p l e , t h e t h e r m a l c o n d u c t i v i t y o f a g i v e n c o n c r e t e t y p e c a n v a r y b y i 2 0 % d e p e n d i n g o n t h e m e a s u r e m e n t t e c h n i q u e s , h e a t i n g r a t e , s a m p l e c o n d i t i o n i n g , e t c . I t i s n o t p o s s i b l e t o o b t a i n e x a c t h i g h t e m p e r a t u r e p r o p e r t i e s o f e a c h o f t h e c o n s t i t u t i v e m a t e r i a l s d u e t o t h e 1 6 4 c o m p l e x i t y a n d e f f o r t i n v o l v e d i n t h e p r o c e s s . T h e r e f o r e , t h e v a l i d a t i o n w a s c a r r i e d o u t f o r u p p e r a n d l o w e r b o u n d v a l u e s o f m a t e r i a l p r o p e r t i e s . O t h e r i m p o r t a n t f a c t o r s t h a t i n fl u e n c e t h e r e s u l t s a r e t h e d i s c r e t i z a t i o n u s e d a l o n g t h e s p a n o f t h e b e a m a n d t h e g e o m e t r y o f t h e c r o s s - s e c t i o n , a n d a l s o t h e t i m e i n c r e m e n t s ( t i m e s t e p s u s e d f o r t h e a n a l y s i s ) . T h u s , t h i s c h a p t e r s t a r t s w i t h a s e n s i t i v i t y s t u d y t o i d e n t i f y t h e u p p e r b o u n d a n d t h e l o w e r b o u n d v a l u e s o f m a t e r i a l p r o p e r t i e s a n d t o d e t e r m i n e t h e o p t i m u m d i s c r e t i z a t i o n p a r a m e t e r s , i n c l u d i n g s i z e o f c r o s s - s e c t i o n a l m e s h , n u m b e r o f s e g m e n t s a l o n g t h e s p a n o f t h e b e a m , a n d t i m e i n c r e m e n t , t o b e u s e d i n t h e a n a l y s i s . W i t h i n t h e o v e r a l l fi r e r e s i s t a n c e m o d e l , a s p a l l i n g s u b - m o d e l i s d e r i v e d b a s e d o n a n u m b e r o f a s s u m p t i o n s a n d r e l a t i o n s h i p s d e v e l o p e d f r o m p r e v i o u s s t u d i e s . T h e r e f o r e , t h e v a l i d a t i o n i s c a r r i e d o u t i n t w o s t e p s : t h e s p a l l i n g s u b - m o d e l , a n d t h e o v e r a l l n u m e r i c a l m o d e l . T h e s p a l l i n g s u b - m o d e l i s v e r i fi e d a g a i n s t t e m p e r a t u r e , p o r e p r e s s u r e , a n d s p a l l i n g m e a s u r e m e n t s f r o m fi r e t e s t s r e p o r t e d i n t h e l i t e r a t u r e , a n d a l s o fi ' o m fi r e t e s t s p r e s e n t e d i n C h a p t e r 3 . T h e f u l l n u m e r i c a l m o d e l i s v a l i d a t e d a g a i n s t d a t a f r o m fi r e t e s t s c o n d u c t e d o n R C b e a m s a n d r e p o r t e d i n t h e l i t e r a t u r e , a s w e l l a s f r o m t h e fi r e t e s t s s u m m a r i z e d i n C h a p t e r 3 . D u e t o t h e l a r g e v a r i a t i o n s i n t h e r e p o r t e d h i g h t e m p e r a t u r e m a t e r i a l p r o p e r t i e s , t h e t e s t d a t a i s c o m p a r e d w i t h t w o s e t s o f m o d e l p r e d i c t i o n s . T h e fi r s t s e t o f m o d e l p r e d i c t i o n s i s c o m p u t e d u s i n g t h e b e s t c a s e s c e n a r i o o f m a t e r i a l p r o p e r t i e s , w h i l e t h e s e c o n d s e t i s c o m p u t e d u s i n g t h e w o r s t c a s e s c e n a r i o . T h i s i s b e c a u s e i t w a s n o t p o s s i b l e t o m e a s u r e t h e e x a c t m a t e r i a l p r o p e r t i e s o f t h e t e s t e d b e a m s d u e t o t h e l a r g e a m o u n t o f r e s o u r c e s a n d e f f o r t r e q u i r e d f o r s u c h m e a s u r e m e n t s . 1 6 5 5 . 2 S e n s i t i v i t y A n a l y s i s 5 . 2 . 1 E f f e c t o f M a t e r i a l a n d M e s h i n g P a r a m e t e r s A s e n s i t i v i t y a n a l y s i s w a s c o n d u c t e d t o e v a l u a t e t h e i n fl u e n c e o f v a r i o u s m a t e r i a l p r o p e r t i e s a n d d i s c r e t i z a t i o n p a r a m e t e r s o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s . T w o R C b e a m s w e r e a n a l y z e d , t h e fi r s t b e a m w a s s i m p l y s u p p o r t e d a n d t h e s e c o n d w a s a x i a l l y r e s t r a i n e d a s s h o w i n F i g u r e 5 . 1 . T h e a x i a l r e s t r a i n t s t i f f n e s s ( k ) f o r t h e a x i a l l y r e s t r a i n e d b e a m w a s a s s u m e d t o b e 5 0 k N / m m . T h e v a l u e o f k w a s s e l e c t e d i n s u c h a w a y t h a t i t r e p r e s e n t e d t y p i c a l b o u n d a r y c o n d i t i o n s c o m m o n l y e n c o u n t e r e d i n p r a c t i c e . T h e b e a m s a n a l y z e d w e r e o f r e c t a n g u l a r c r o s s - s e c t i o n ( 3 0 0 m m x 5 0 0 m m ) a n d h a d a s p a n l e n g t h o f 6 m a s s h o w n i n F i g u r e 5 . 1 . T h e b e a m s w e r e m a d e o f c o n c r e t e w i t h a c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f 3 0 M P a a n d r e i n f o r c e d w i t h 3 ( 1 ) 2 0 m m s t e e l r e b a r s ( b o t h t e n s i o n a n d c o m p r e s s i o n ) h a v i n g a y i e l d s t r e n g t h o f 4 0 0 M P a . T h e r o o m t e m p e r a t u r e c a p a c i t y o f t h e a n a l y z e d b e a m s w a s c a l c u l a t e d b a s e d o n A C I 3 1 8 ( 2 0 0 8 ) p r o v i s i o n s . T h e a p p l i e d l o a d i n g o n t h e b e a m s h o w n i n F i g u r e 5 . 1 , w a s c a l c u l a t e d f o r a d e a d l o a d ( D L ) t o l i v e l o a d ( L L ) r a t i o o f 2 , b a s e d o n A S C E 0 7 ( 2 0 0 5 ) p r o v i s i o n s ( 1 . 2 D L + 1 . 6 L L f o r r o o m t e m p e r a t u r e c a l c u l a t i o n , a n d 1 . 2 D L + 0 . 5 L L u n d e r fi r e c o n d i t i o n s ) . F o r l o a d c a l c u l a t i o n s , t h e u l t i m a t e l o a d a t r o o m t e m p e r a t u r e w a s e q u a t e d t o t h e r o o m t e m p e r a t u r e c a p a c i t y o f e a c h b e a m . T h e t i m e i n c r e m e n t f o r t h e h y d r o t h e r m a l a n a l y s i s w a s s e l e c t e d t o b e 1 0 % o f t h a t u s e d i n t h e s t r e n g t h a n a l y s i s . T h i s i s b e c a u s e o f t h e h i g h n o n l i n e a r i t y o f t h e c o n s t i t u t i v e m o d e l s u s e d f o r h y d r o t h e r m a l a n a l y s i s ( s u c h a s h e a t c a p a c i t y a n d i s o t h e r m s ) , w h i c h r e q u i r e d a s m a l l e r t i m e i n c r e m e n t t o p r o v i d e a s u f fi c i e n t l e v e l o f a c c u r a c y . 1 6 6 T h e s e n s i t i v i t y s t u d y i n v o l v e d e v a l u a t i n g t h e e f f e c t o f s i x m a t e r i a l p a r a m e t e r s o n t h e fi r e r e s p o n s e o f t h e a n a l y z e d b e a m s . T h e p a r a m e t e r s w e r e : t h e r m a l c o n d u c t i v i t y , h e a t c a p a c i t y , t h e r m a l s t r a i n , c r e e p a n d t r a n s i e n t s t r a i n , c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f c o n c r e t e , a n d t e n s i l e s t r e n g t h o f s t e e l . T h e l i t e r a t u r e r e v i e w , p r e s e n t e d i n C h a p t e r 2 , i n d i c a t e d t h a t t h e r e i s a w i d e v a r i a t i o n i n t h e p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e a t h i g h t e m p e r a t u r e s . T h u s , t w o v a l u e s f o r e a c h o f t h e a b o v e p a r a m e t e r s w e r e u s e d i n t h e a n a l y s i s ( u p p e r b o u n d a n d l o w e r b o u n d v a l u e s ) . T h e u p p e r b o u n d a n d l o w e r b o u n d v a l u e s w e r e s e l e c t e d t o b e 2 0 % h i g h e r a n d l o w e r t h a n t h e r e f e r e n c e v a l u e f o r t h e s t u d i e d p a r a m e t e r , r e s p e c t i v e l y , a s g i v e n i n T a b l e 5 . 1 . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t t h e m a i n p u r p o s e o f t h i s a n a l y s i s w a s t o s t u d y t h e e f f e c t o f v a r i a t i o n i n t h e m a t e r i a l p r o p e r t i e s a n d t h e d i s c r e t i z a t i o n p a r a m e t e r s o n t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . T h u s , a v a r i a t i o n o f 2 0 % a b o v e a n d b e l o w t h e r e f e r e n c e v a l u e s w a s s u f fi c i e n t t o d e t e r m i n e t h e s e n s i t i v i t y o f fi r e r e s i s t a n c e t o e a c h o f t h e s t u d i e d m a t e r i a l p a r a m e t e r s . T h e s e n s i t i v i t y s t u d y a l s o i n v o l v e d e v a l u a t i n g t h e e f f e c t o f d i s c r e t i z a t i o n p a r a m e t e r s o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s . T h e d i s c r e t i z a t i o n p a r a m e t e r s i n c l u d e d m e s h s i z e w i t h i n t h e b e a m c r o s s - s e c t i o n , n u m b e r o f s e g m e n t s a l o n g t h e s p a n o f t h e b e a m , a n d t i m e i n c r e m e n t s u p t o f a i l u r e . R e s u l t s f o r t h e s e n s i t i v i t y a n a l y s i s a r e p r e s e n t e d i n F i g u r e s 5 . 2 - 5 . 1 0 . F i g u r e 5 . 2 s h o w s t h e e f f e c t o f t h e r m a l c o n d u c t i v i t y v a r i a t i o n o n t h e fi r e r e s p o n s e o f a n R C b e a m . I t c a n b e s e e n t h a t i n c r e a s e d t h e r m a l c o n d u c t i v i t y i n c r e a s e d t h e d e fl e c t i o n a n d t h u s r e d u c e d t h e fi r e r e s i s t a n c e o f t h e b e a m . T h i s t r e n d i s n o t e d f o r b o t h s i m p l y s u p p o r t e d a n d a x i a l l y r e s t r a i n e d b e a m s . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e f a c t t h a t a h i g h e r t h e r m a l c o n d u c t i v i t y f a c i l i t a t e s f a s t e r h e a t t r a n s m i s s i o n t o t h e c o n c r e t e a n d t h e s t e e l 1 6 7 r e i n f o r c e m e n t l e a d i n g t o e a r l y f a i l u r e o f t h e b e a m . T h u s , f o r t h e w o r s t c a s e s c e n a r i o , t h e a n a l y s i s s h o u l d b e c a r r i e d o u t u s i n g u p p e r b o u n d v a l u e s o f t h e r m a l c o n d u c t i v i t y o f c o n c r e t e r e p o r t e d i n t h e l i t e r a t u r e , w h i l e t h e l o w e r b o u n d v a l u e s o f t h e r m a l c o n d u c t i v i t y s h o u l d b e u s e d i n t h e a n a l y s i s f o r t h e b e s t c a s e s c e n a r i o . A c o n t r a r y t r e n d c a n b e s e e n i n F i g u r e 5 . 3 f o r t h e e f f e c t o f h e a t c a p a c i t y o f c o n c r e t e . T h e fi g u r e s h o w s t h a t i n c r e a s e d h e a t c a p a c i t y r e d u c e s t h e d e fl e c t i o n a n d i n c r e a s e s t h e fi r e r e s i s t a n c e f o r t h e t w o a n a l y z e d b e a m s . T h i s i s d u e t o t h e f a c t t h a t a h i g h e r h e a t c a p a c i t y d e l a y s t h e t e m p e r a t u r e r i s e i n c o n c r e t e a n d r e b a r s , w h i c h i n t u r n i m p r o v e s t h e fi r e p e r f o r m a n c e o f t h e b e a m . T h u s , f o r t h e w o r s t c a s e s c e n a r i o , t h e l o w e r b o u n d v a l u e s o f h e a t c a p a c i t y o f c o n c r e t e s h o u l d b e u s e d , w h i l e t h e u p p e r b o u n d v a l u e s o f h e a t c a p a c i t y s h o u l d b e u s e d i n t h e a n a l y s i s f o r t h e b e s t c a s e s c e n a r i o . T h e e f f e c t o f v a r i a t i o n i n t h e r m a l s t r a i n o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s i s s h o w n i n F i g u r e 5 . 4 . I t c a n b e s e e n t h a t t h e t h e r m a l s t r a i n h a s m i n o r i n fl u e n c e o n t h e fi r e b e h a v i o r o f s i m p l y s u p p o r t e d R C b e a m s . H o w e v e r , t h i s e f f e c t i s p r o n o u n c e d f o r a x i a l l y r e s t r a i n e d b e a m s w i t h t h e u p p e r l i m i t v a l u e s o f t h e r m a l s t r a i n p r o d u c i n g c o n s e r v a t i v e fi r e r e s i s t a n c e . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e f a c t t h a t , f o r a x i a l l y r e s t r a i n e d b e a m s , h i g h e r v a l u e s o f t h e r m a l s t r a i n i n c r e a s e s t h e s t r e s s e s ( d u e t o r e s t r a i n e d t h e r m a l d i l a t i o n ) c a u s i n g e a r l y f a i l u r e i n t h e b e a m . T h e r e f o r e , t h e u p p e r a n d l o w e r b o u n d o f t h e t h e r m a l s t r a i n s h o u l d b e u s e d i n t h e a n a l y s i s o f t h e w o r s t a n d b e s t c a s e s c e n a r i o s , r e s p e c t i v e l y . C r e e p a n d t r a n s i e n t s t r a i n s a p p e a r t o h a v e a s m a l l i n fl u e n c e o n t h e o v e r a l l fi r e r e s p o n s e o f a n R C b e a m a s s h o w n i n F i g u r e 5 . 5 . H o w e v e r , t h e m a j o r i n fl u e n c e o f c r e e p a n d t r a n s i e n t s t r a i n c o m p o n e n t s c a n b e n o t e d f o r t h e a x i a l l y r e s t r a i n e d b e a m . F i g u r e 5 . 5 s h o w s t h a t t h e h i g h e r t h e c r e e p a n d t r a n s i e n t s t r a i n s , t h e l o w e r t h e fi r e r e s i s t a n c e o f t h e 1 6 8 b e a m . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e f a c t t h a t i n c r e a s e d c r e e p a n d t r a n s i e n t s t r a i n s i n c r e a s e t h e d e fl e c t i o n o f t h e b e a m l e a d i n g t o e a r l y f a i l u r e , a n d t h u s l o w e r fi r e r e s i s t a n c e . T h i s i n d i c a t e s t h a t t h e u p p e r l i m i t f o r t h e s e s t r a i n c o m p o n e n t s s h o u l d b e c o n s i d e r e d i n t h e a n a l y s i s f o r t h e w o r s t c a s e s c e n a r i o . H o w e v e r , f o r t h e b e s t c a s e s c e n a r i o a n a l y s i s , t h e l o w e r l i m i t o f c r e e p a n d t r a n s i e n t s t r a i n s h o u l d b e u s e d . S i m i l a r t o c r e e p a n d t r a n s i e n t s t r a i n , t h e v a r i a t i o n i n c o n c r e t e s t r e n g t h ( a t h i g h t e m p e r a t u r e s ) h a s a m i n o r e f f e c t o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s a s s h o w n i n F i g u r e 5 . 6 . H o w e v e r , a s e x p e c t e d , i n c r e a s e d c o n c r e t e s t r e n g t h ( a t h i g h t e m p e r a t u r e ) l e a d s t o h i g h e r fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . H i g h e r c o n c r e t e s t r e n g t h c o n t r i b u t e s t o a l a r g e r m o m e n t c a p a c i t y a n d t h u s e n h a n c e s t h e fi r e r e s i s t a n c e o f t h e b e a m . H e n c e , t h e l o w e r a n d u p p e r b o u n d r a n g e o f t h e c o n c r e t e s t r e n g t h h a s t o b e u s e d i n t h e a n a l y s i s o f t h e w o r s t a n d b e s t c a s e s c e n a r i o s , r e s p e c t i v e l y . F i g u r e 5 . 7 s h o w s t h a t s t e e l s t r e n g t h i n fl u e n c e s t h e fi r e b e h a v i o r o f R C b e a m s . I t c a n b e s e e n t h a t t h e h i g h e r t h e s t e e l s t r e n g t h t h e h i g h e r t h e fi r e r e s i s t a n c e o f t h e b e a m . T h i s i s m a i n l y b e c a u s e i n c r e a s i n g t h e s t r e n g t h o f s t e e l r e i n f o r c e m e n t s i g n i fi c a n t l y i n c r e a s e s t h e m o m e n t c a p a c i t y , l e a d i n g t o l o w e r d e fl e c t i o n a n d h i g h e r fi r e r e s i s t a n c e o f t h e b e a m . T h u s , f o r t h e w o r s t c a s e s c e n a r i o , t h e a n a l y s i s s h o u l d b e c a r r i e d o u t u s i n g t h e l o w e r b o u n d s t e e l s t r e n g t h , w h i l e t h e u p p e r b o u n d s t e e l s t r e n g t h s h o u l d b e u s e d i n t h e a n a l y s i s f o r t h e b e s t c a s e s c e n a r i o . D u e t o t h e v e r y l i m i t e d i n f o r m a t i o n o n s p a l l i n g r e l a t e d p r o p e r t i e s s u c h a s p e r m e a b i l i t y a n d i s o t h e r m s , i t i s n o t p o s s i b l e t o e s t a b l i s h a n u p p e r a n d l o w e r l i m i t f o r t h e s e p r o p e r t i e s , a n d t h u s t h e s e p r o p e r t i e s w e r e n o t i n c l u d e d i n t h e s e n s i t i v i t y s t u d y . H o w e v e r , t h e 1 6 9 r e p o r t e d v a l u e s f o r t h e s e p r o p e r t i e s w e r e u s e d i n t h e m o d e l v a l i d a t i o n a n d s u b s e q u e n t a n a l y s i s . T h e e f f e c t o f s t r u c t u r a l d i s c r e t i z a t i o n o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s i s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 5 . 8 . I t i s w e l l k n o w n t h a t i n c r e a s i n g t h e n u m b e r o f s e g m e n t s ( fi n e r d i s c r e t i z a t i o n ) i n t h e b e a m i m p r o v e s t h e a c c u r a c y o f t h e p r e d i c t e d r e s p o n s e . T h e a n a l y s i s w a s c a r r i e d o u t u s i n g t h r e e d i f f e r e n t i d e a l i z a t i o n s w i t h 1 0 , 2 0 , a n d 4 0 l o n g i t u d i n a l s e g m e n t s . I t c a n b e s e e n f r o m t h e F i g u r e 5 . 8 t h a t i n c r e a s i n g t h e n u m b e r o f l o n g i t u d i n a l s e g m e n t s f r o m 1 0 t o 4 0 d o e s n o t g r e a t l y i m p r o v e t h e a c c u r a c y o f t h e p r e d i c t e d d e fl e c t i o n - t i m e c u r v e . T h u s , a s u f fi c i e n t l e v e l o f a c c u r a c y c a n b e o b t a i n e d b y u s i n g 4 0 s e g m e n t s i n t h e a n a l y s i s . F i g u r e 5 . 9 s h o w s t h e e f f e c t o f c r o s s - s e c t i o n a l m e s h s i z e o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s . T h r e e c r o s s - s e c t i o n a l d i s c r e t i z a t i o n p a t t e r n s , n a m e l y , 9 x 1 5 e l e m e n t s , 1 5 x 2 5 e l e m e n t s , a n d 3 0 x 5 0 e l e m e n t s w e r e u s e d i n t h e a n a l y s i s . I t i s w e l l k n o w n t h a t r e fi n i n g t h e m e s h s i z e g e n e r a l l y i n c r e a s e s t h e a c c u r a c y o f t h e p r e d i c t e d fi r e r e s p o n s e ( C o o k e t a 1 . 2 0 0 3 ) . H o w e v e r , i t c a n b e s e e n fi o m F i g u r e 5 . 9 t h a t v a r y i n g t h e m e s h s i z e d o e s n o t s i g n i fi c a n t l y i n fl u e n c e a c c u r a c y o f t h e fi r e r e s p o n s e o f t h e a n a l y z e d b e a m . T h i s r e s u l t p o i n t s o u t t h a t d i v i d i n g t h e b e a m c r o s s - s e c t i o n i n t o 1 5 x 2 5 e l e m e n t s w i l l p r o v i d e s u f fi c i e n t a c c u r a c y i n t h e a n a l y s i s . T h e e f f e c t o f t h e t i m e i n c r e m e n t o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s i s s h o w n i n F i g u r e 5 . 1 0 . T h e a n a l y s i s w a s c a r r i e d o u t u s i n g t h r e e v a l u e s o f t i m e i n c r e m e n t s n a m e l y , 2 . 5 m i n u t e s , 5 m i n u t e s a n d 1 0 m i n u t e s . A s d i s c u s s e d i n C h a p t e r 4 , a s m a l l e r t i m e i n c r e m e n t i m p r o v e s t h e a c c u r a c y o f t h e m o d e l p r e d i c a t i o n s . H o w e v e r , i t c a n b e s e e n f r o m F i g u r e 5 . 1 0 t h a t t h e t i m e i n c r e m e n t h a s o n l y a m i n o r i n fl u e n c e o n t h e a c c u r a c y o f t h e p r e d i c t e d 1 7 0 fi r e r e s p o n s e o f t h e a n a l y z e d b e a m s . T h e r e f o r e , a r e a s o n a b l e l e v e l o f a c c u r a c y c a n b e o b t a i n e d w h e n a 5 m i n u t e t i m e i n c r e m e n t i s u s e d i n t h e s t r e n g t h a n a l y s i s . 5 . 2 . 2 P r o p o s e d M a t e r i a l a n d M e s h P a r a m e t e r s T h e l i t e r a t u r e r e v i e w p r e s e n t e d i n C h a p t e r 2 s h o w e d t h a t h i g h t e m p e r a t u r e p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e a n d r e i n f o r c i n g , r e p o r t e d f r o m d i f f e r e n t e x p e r i m e n t a l s t u d i e s , a r e h i g h l y s c a t t e r e d . T h e l o w e r a n d u p p e r b o u n d s o f t h e r m a l c o n d u c t i v i t y , h e a t c a p a c i t y a n d t h e r m a l s t r a i n , i n t e r p r e t e d f r o m d i f f e r e n t e x p e r i m e n t a l r e s u l t s , a r e s h o w n i n F i g u r e s 5 . 1 1 - 5 . 1 6 f o r c a r b o n a t e a n d s i l i c e o u s a g g r e g a t e c o n c r e t e , r e s p e c t i v e l y . T h e l o w e r a n d u p p e r l i m i t s o f c o m p r e s s i v e s t r e n g t h v a r i a t i o n o f N S C a n d H S C , t o g e t h e r w i t h m e a s u r e d t e s t d a t a , a r e s h o w n i n F i g u r e s 5 . 1 7 a n d 5 . 1 8 , r e s p e c t i v e l y . F i g u r e 5 . 1 9 s h o w s t h e u p p e r a n d l o w e r l i m i t s f o r t h e y i e l d s t r e n g t h v a r i a t i o n o f r e i n f o r c i n g s t e e l a s a fi m c t i o n o f t e m p e r a t u r e ( H a r m a t h y 1 9 9 3 ) . T h e u p p e r a n d l o w e r l i m i t s f o r t h e s e p r o p e r t i e s a r e s e l e c t e d b a s e d o n t h e r a n g e o f t e s t d a t a r e p o r t e d i n t h e l i t e r a t u r e . A s d i s c u s s e d i n C h a p t e r 2 , t h e r e i s a l a r g e v a r i a t i o n i n c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f N S C a n d H S C c o n c r e t e a n d i n y i e l d s t r e n g t h o f r e i n f o r c i n g s t e e l a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s . S u c h v a r i a t i o n s w i l l h a v e a s i g n i fi c a n t i n fl u e n c e o n t h e c o m p u t e d fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . I t i s n o t p o s s i b l e t o o b t a i n a n u p p e r b o u n d f o r c r e e p s t r a i n d u e t o t h e l a c k o f e x p e r i m e n t a l d a t a o n c r e e p s t r a i n f o r b o t h c o n c r e t e a n d r e i n f o r c i n g s t e e l . H o w e v e r , l o w e r a n d u p p e r l i m i t s f o r t r a n s i e n t s t r a i n o f c o n c r e t e c a n b e o b t a i n e d b y u s i n g t h e m i n i m u m a n d m a x i m u m v a l u e s o f t h e c o n s t a n t k ; i n E q . [ 4 . 5 1 ] , w h i c h r a n g e s b e t w e e n 1 . 8 a n d 2 . 3 5 ( A n d e r b e r g a n d T h e l a n d e r s s o n 1 9 7 6 ) . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t t h e c o m b i n e d e f f e c t o f c r e e p a n d t r a n s i e n t s t r a i n o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s i s s m a l l a s c a n b e s e e n f r o m 1 7 1 F i g u r e 5 . 5 . T h e u p p e r a n d l o w e r l i m i t s o f t h e m a t e r i a l p r o p e r t i e s a r e s e l e c t e d b a s e d o n t h e s c e n a r i o t o b e a n a l y z e d ( b e s t c a s e s c e n a r i o o r w o r s t c a s e s c e n a r i o ) . F o r t h e s e n s i t i v i t y s t u d y , t h e b e a m c r o s s - s e c t i o n w a s d i s c r e t i z e d u s i n g s q u a r e e l e m e n t s w i t h s i z e i n t h e r a n g e o f 7 t o 2 0 m m ( 1 5 x 2 5 t o 3 2 x 5 0 e l e m e n t s w i t h i n t h e c r o s s s e c t i o n ) . S i n c e s p a l l i n g i s a c o n c e r n i n H S C , s m a l l e r e l e m e n t s i z e s a r e u s e d f o r H S C b e a m s t o i m p r o v e t h e a c c u r a c y o f s p a l l i n g p e r d i t i o n s . T h e s p a n o f t h e b e a m w a s d i s c r e t i z e d i n t o 4 0 s e g m e n t s f o r r o t a t i o n a l l y u n r e s t r a i n e d ( s i m p l y s u p p o r t e d a n d a x i a l l y r e s t r a i n e d ) b e a m s a n d 8 0 s e g m e n t s f o r r o t a t i o n a l l y r e s t r a i n e d ( a n d a x i a l l y a n d r o t a t i o n a l l y r e s t r a i n e d ) b e a m s . T o i m p r o v e t h e a c c u r a c y o f t h e m o d e l p r e d i c t i o n s , s h o r t e r s e g m e n t s w e r e u s e d i n c r i t i c a l z o n e s w h e r e p l a s t i c h i n g e s m i g h t b e f o r m e d a s s h o w n i n F i g u r e 5 . 2 0 . T h e d i s c r e t i z a t i o n w a s c a r r i e d o u t s u c h t h a t t h e l e n g t h o f t h e s e g m e n t s f o r m s a n a r i t h m e t i c s e q u e n c e ( t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e l e n g t h s o f t w o s u c c e s s i v e s e g m e n t s i s c o n s t a n t ) . T h e r a t i o o f t h e l e n g t h o f t h e l o n g e s t s e g m e n t s ( s e g m e n t s w i t h s m a l l e r b e n d i n g m o m e n t ) t o t h a t o f t h e s h o r t e s t s e g m e n t s ( s e g m e n t s i n c r i t i c a l z o n e ) w a s s e l e c t e d t o b e 4 . T h e d i s c r e t i z a t i o n p a t t e r n f o r t h e a n a l y z e d b e a m s i s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 5 . 2 0 . A s u m m a r y o f t h e m a t e r i a l p r o p e r t i e s a n d m e s h i n g p a r a m e t e r s u s e d i n t h e a n a l y s i s f o r t h e w o r s t a n d b e s t c a s e s c e n a r i o s a r e g i v e n i n T a b l e 5 . 2 . 5 . 3 V a l i d a t i o n o f S p a l l i n g S u b - m o d e l T h e v a l i d i t y o f t h e s p a l l i n g s u b - m o d e l i s e s t a b l i s h e d b y c o m p a r i n g t e m p e r a t u r e , p o r e p r e s s u r e a n d s p a l l i n g p r e d i c t i o n s w i t h t h e m e a s u r e d v a l u e s f r o m fi r e t e s t s . D a t a f o r t h i s v a l i d a t i o n i s t a k e n f r o m t h e t e s t s r e p o r t e d i n t h e l i t e r a t u r e a n d a l s o t h e t e s t s c a r r i e d o u t a s p a r t o f t h e c u r r e n t s t u d y ( p r e s e n t e d i n C h a p t e r 3 ) . F u l l d e t a i l s o n t h e v a l i d a t i o n o f t h e s p a l l i n g s u b - m o d e l a r e p r e s e n t e d i n t h e f o l l o w i n g s e c t i o n s . 1 7 2 5 . 3 . 1 T e m p e r a t u r e a n d P o r e P r e s s u r e D u e t o t h e l a c k o f t e s t d a t a o n fi r e i n d u c e d s p a l l i n g i n R C b e a m s , s l a b t e s t s c o n d u c t e d b y K a l i f a e t a l . ( 2 0 0 1 ) w e r e s e l e c t e d f o r t h e v a l i d a t i o n o f s p a l l i n g s u b - m o d e l . I n t h e s e t e s t s , K a l i f a e t a l . e x p o s e d 1 2 0 - m m t h i c k R C s l a b s t o e l e v a t e d t e m p e r a t u r e t h r o u g h r a p i d h e a t i n g f r o m o n e s i d e . A h e a t i n g r a t e o f 5 ° C / s e c w a s u s e d f o r t h e fi r s t t w o m i n u t e s a n d t h e n t h e t e m p e r a t u r e w a s k e p t a t 6 0 0 ° C . T h e c r o s s - s e c t i o n a l t e m p e r a t u r e s w e r e m e a s u r e d a t f o u r d i f f e r e n t l o c a t i o n s w i t h i n t h e s l a b t h i c k n e s s . T h e p o r e p r e s s u r e w a s m e a s u r e d a t t h r e e d i f f e r e n t d e p t h s , n a m e l y , 2 0 m m , 3 0 m m , a n d 4 0 m m , f r o m t h e h e a t e d s i d e . T h e a n a l y s i s w a s c a r r i e d o u t b y u s i n g t h e u p p e r a n d l o w e r b o u n d v a l u e s o f m a t e r i a l p r o p e r t i e s a s g i v e n i n T a b l e 5 . 2 a n d a 2 - m m m e s h s i z e . R e s u l t s f r o m t h e n u m e r i c a l m o d e l a r e c o m p a r e d w i t h t e s t d a t a i n F i g u r e s 5 . 2 1 - 5 . 2 4 . T h e m e a s u r e d a n d p r e d i c t e d t e m p e r a t u r e s a t f o u r d i f f e r e n t d e p t h s i n t h e c o n c r e t e s l a b a r e c o m p a r e d i n F i g u r e 5 . 2 1 . T h e p r e d i c t e d t e m p e r a t u r e s a r e c o m p u t e d f o r b o t h t h e b e s t a n d w o r s t c a s e m a t e r i a l p r o p e r t y s c e n a r i o s . I t c a n b e s e e n t h a t t h e m e a s u r e d t e m p e r a t u r e s a r e i n c l o s e a g r e e m e n t w i t h t h e p r e d i c t e d t e m p e r a t u r e s ( c o m p u t e d b a s e d o n b e s t c a s e s c e n a r i o ) f o r t h e f o u r d i f f e r e n t l o c a t i o n s t h r o u g h o u t t h e t e m p e r a t u r e r a n g e . T h e m i n o r d i s c r e p a n c i e s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e d i f f e r e n c e s i n h i g h t e m p e r a t u r e m a t e r i a l p r o p e r t i e s s u c h a s t h e r m a l c o n d u c t i v i t y a n d s p e c i fi c h e a t , s i n c e t h e s e p r o p e r t i e s a r e d e p e n d e n t o n t h e t y p e o f c o n c r e t e m i x . T h e s e v a r i a t i o n s a r e n o t a c c o u n t e d f o r i n t h e h i g h t e m p e r a t u r e c o n s t i t u t i v e m o d e l s . A l s o , t h e v a r i a t i o n i n t h e c o n v e c t i v e h e a t t r a n s f e r c o e f fi c i e n t a n d e m i s s i v i t y m i g h t c o n t r i b u t e t o t h e s e d i s c r e p a n c i e s . I t c a n a l s o b e s e e n f r o m F i g u r e 5 . 2 1 t h a t t h e v a r i a t i o n b e t w e e n t h e t e m p e r a t u r e s c o m p u t e d b a s e d o n t h e w o r s t c a s e s c e n a r i o a n d t h o s e c o m p u t e d b a s e d o n t h e b e s t c a s e s c e n a r i o b e c o m e s m o r e p r o n o u n c e d a t 1 7 3 i n c r e a s e d d e p t h o f c o n c r e t e f r o m t h e e x p o s e d s u r f a c e . T h i s c a n b e m a i n l y a t t r i b u t e d t o t h e f a c t t h a t t h e t h e r m a l p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e h a v e h i g h e r i n fl u e n c e o n t h e t e m p e r a t u r e s a t l a r g e r d e p t h s o f c o n c r e t e a s c o m p a r e d t o t h o s e a t s m a l l e r d e p t h s . A t s m a l l e r d e p t h s o f c o n c r e t e , t h e t e m p e r a t u r e s a r e g o v e r n e d b y t h e h e a t fl u x ( c o n v e c t i v e a n d r a d i a t i v e ) a t t h e b o u n d a r i e s a n d t h e t h e r m a l p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e . H o w e v e r , t h e t e m p e r a t u r e s a t l a r g e r d e p t h s a r e g o v e r n e d p r e d o m i n a n t l y b y t h e t h e r m a l p r o p e r t i e s o f t h e m a t e r i a l . T h i s e x p l a i n s t h e h i g h s e n s i t i v i t y o f t h e t e m p e r a t u r e s a t l a r g e r d e p t h s t o t h e v a r i a t i o n i n t h e t h e r m a l p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e . T h e p o r e p r e s s u r e p r e d i c t i o n s w e r e c a r r i e d o u t f o r t h r e e v a l u e s o f i n i t i a l p e r m e a b i l i t y , n a m e l y , 2 0 x 1 0 ' l 8 m 2 , 5 x 1 0 ' 1 8 m 2 , a n d 2 x 1 0 ' 1 8 m 2 , f o r t h e t w o c a s e s ( w o r s t a n d b e s t c a s e s ) a s c a n b e s e e n i n F i g u r e s 5 . 2 2 t o 5 . 2 4 . T h e fi g u r e s s h o w t h a t l o w e r c o n c r e t e p e r m e a b i l i t y w i l l i n c r e a s e t h e p o r e p r e s s u r e a t a n y fi r e e x p o s u r e t i m e . A s a n i l l u s t r a t i o n , f o r t h e t h r e e d e p t h s w h e r e p o r e p r e s s u r e w a s m e a s u r e d , a p e a k p o r e p r e s s u r e o f a b o u t 2 M P a i s p r e d i c t e d f o r c o n c r e t e p e r m e a b i l i t y o f 2 0 x 1 0 " 1 8 m 2 . H o w e v e r , f o r a p e r m e a b i l i t y o f 2 x 1 0 ' 1 8 m 2 , a p e a k p o r e p r e s s u r e o f a b o u t 4 M P a i s p r e d i c t e d . I t c a n a l s o b e s e e n f r o m F i g u r e s 5 . 2 2 t o 5 . 2 4 t h a t t h e r e s u l t s f r o m t h e m o d e l i n t h e b e s t c a s e s c e n a r i o c o m p a r e w e l l w i t h t h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s f o r p e r m e a b i l i t y o f 2 x 1 0 ’ 1 8 m 2 . T h i s v a l u e o f p e r m e a b i l i t y i s b e t w e e n t h e r e s i d u a l p e r m e a b i l i t y r e p o r t e d b y K a l i f a e t a 1 . ( 2 0 0 1 ) f o r t h e s a m e c o n c r e t e h e a t e d t o 8 0 ° C ( 4 x 1 0 ' 1 8 m 2 ) a n d t h e m i n i m u m p e r m e a b i l i t y o f c o n c r e t e a t r o o m t e m p e r a t u r e g i v e n b y B a r o g h e l - B o u n y e t a l . ( 1 9 9 9 ) ( 5 x 1 0 ' 2 2 m 2 ) . H o w e v e r , F i g u r e 5 . 2 3 s h o w s t h a t t h e p o r e p r e s s u r e p r e d i c t e d b y t h e m o d e l i s h i g h e r t h a n t h e m e a s u r e d v a l u e s f o r m o s t o f t h e fi r e e x p o s u r e t i m e . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e v a r i a t i o n o f t h e p e r m e a b i l i t y o f c o n c r e t e w i t h t e m p e r a t u r e a n d p o r e p r e s s u r e . Y e t , t h i s r e l a t i o n s h i p i s n o t 1 7 4 f u l l y u n d e r s t o o d ( W i t e k e t a l . 2 0 0 6 , D w a i k a t a n d K o d u r 2 0 0 8 b ) . T h e m o d e l p r e d i c t e d h i g h e r p o r e p r e s s u r e i n t h e w o r s t c a s e s c e n a r i o a s c o m p a r e d t o t h a t i n t h e b e s t c a s e s c e n a r i o . T h i s i s o n t h e e x p e c t e d l i n e s a n d c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e h i g h e r t e m p e r a t u r e s r e s u l t i n g f r o m t h e h i g h t h e r m a l c o n d u c t i v i t y a n d l o w h e a t c a p a c i t y i n t h e w o r s t c a s e s c e n a r i o . O v e r a l l , t h e s p a l l i n g m o d e l s e e m s t o o v e r e s t i m a t e t h e p o r e p r e s s u r e i n c o n c r e t e a n d t h i s l e a d s t o c o n s e r v a t i v e e s t i m a t e s f o r s p a l l i n g p r e d i c t i o n s . 5 . 3 . 2 E x t e n t o f S p a l l i n g T h e v a l i d i t y o f t h e s p a l l i n g s u b — m o d e l i s a l s o e s t a b l i s h e d b y c o m p a r i n g t h e q u a n t i t y o f s p a l l e d c o n c r e t e w i t h t h e m e a s u r e d s p a l l i n g v a l u e s i n t h e fi r e t e s t s c o n d u c t e d b y B i l o d e a u e t a l . ( 2 0 0 4 ) . I n t h e i r t e s t s , s i x c o n c r e t e b l o c k s o f 6 1 0 x 4 2 5 x 7 7 0 m m s i z e w e r e e x p o s e d t o A S T M E 1 5 2 9 ( 1 9 9 3 ) h y d r o c a r b o n fi r e f o r t w o h o u r s i n a f u r n a c e . O n l y o n e f a c e o f e a c h t e s t e d b l o c k w a s e x p o s e d t o fi r e , w h i l e a l l t h e o t h e r f a c e s a r e c o v e r e d w i t h i n s u l a t i o n . O f t h e s i x b l o c k s , B l o c k 5 , w h i c h w a s m a d e w i t h o u t p o l y p r o p y l e n e fi b e r s , h a d t h e l a r g e s t a m o u n t o f s p a l l i n g , a n d t h u s t h i s b l o c k i s u s e d f o r t h e v a l i d a t i o n o f t h e m o d e l . T h e m e a s u r e d a n d p r e d i c t e d r e d u c t i o n i n t h e b l o c k t h i c k n e s s ( l o s s o f c r o s s - s e c t i o n ) a s a f u n c t i o n o f fi r e e x p o s u r e t i m e i s p r e s e n t e d i n F i g u r e 5 . 2 5 . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t t h e e x t e n t o f s p a l l i n g w a s o n l y m e a s u r e d a t t h e e n d o f t h e fi r e t e s t a n d n o t t h r o u g h o u t t h e t e s t a n d t h u s , o n e m e a s u r e d v a l u e o f r e d u c e d b l o c k t h i c k n e s s i s p l o t t e d a s s h o w n i n F i g u r e 5 . 2 5 . S i n c e t h e p e r m e a b i l i t y i n c o n c r e t e w a s n o t r e p o r t e d b y t h e a u t h o r s , t h e a n a l y s i s w a s c a r r i e d o u t b y a s s u m i n g t h r e e v a l u e s o f p e r m e a b i l i t y , n a m e l y , 2 0 x 1 0 " 1 8 m 2 , 5 x 1 0 ' 1 8 m 2 , a n d 1 > < 1 0 ' 1 8 m 2 . T h e c o m p a r i s o n s i n F i g u r e 5 . 2 5 s h o w t h a t , w h e n c o n c r e t e p e r m e a b i l i t y o f 1 x 1 0 " 1 8 m 2 i s u s e d , a g o o d p r e d i c t i o n o f c o n c r e t e s p a l l i n g i s o b t a i n e d i n t h e b e s t c a s e s c e n a r i o . T h e fi g u r e a l s o s h o w s t h a t t h e p e r m e a b i l i t y o f c o n c r e t e h a s a s i g n i fi c a n t 1 7 5 i n fl u e n c e o n fi r e i n d u c e d s p a l l i n g , w i t h n o s p a l l i n g p r e d i c t e d w h e n c o n c r e t e p e r m e a b i l i t y i s h i g h e r t h a n 2 0 > < 1 0 ' 1 8 m 2 . I t c a n a l s o b e s e e n t h a t t h e m o d e l p r e d i c t e d h i g h e r s p a l l i n g i n t h e w o r s t c a s e s c e n a r i o a s c o m p a r e d t o t h a t i n t h e b e s t c a s e s c e n a r i o . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o h i g h t e m p e r a t u r e s a n d d e v e l o p e d p o r e p r e s s u r e i n t h e w o r s t c a s e s c e n a r i o . S i n c e t h e f o c u s o f t h i s r e s e a r c h i s o n t h e r e s p o n s e o f R C b e a m s u n d e r fi r e , p r e d i c t i o n s f r o m t h e s p a l l i n g s u b - m o d e l a r e a l s o c o m p a r e d w i t h s p a l l i n g m e a s u r e m e n t s f r o m fi r e t e s t s ( c o n d u c t e d a s p a r t o f t h e c u r r e n t s t u d y ) f o r t w o H S C b e a m s , B S a n d B 6 , w h i c h e x p e r i e n c e d s i g n i fi c a n t s p a l l i n g ( s e e C h a p t e r 3 ) . I n t h e s e t w o b e a m s s i g n i fi c a n t s p a l l i n g o c c u r r e d a t e a r l y s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e ( r e f e r r e d t o a s “ e a r l y s p a l l i n g ” ) . I n b o t h b e a m s , t h e n a t u r e o f s p a l l i n g i n c l u d i n g t h e t i m e a t w h i c h s p a l l i n g s t a r t e d a n d t h e a p p r o x i m a t e t i m e a t w h i c h s p a l l i n g s t o p p e d w e r e r e c o r d e d d u r i n g t h e fi r e t e s t s . T h e e x t e n t o f s p a l l i n g a t t h e e n d o f t h e t e s t w a s c o m p u t e d b y m e a s u r i n g t h e v o l u m e o f fi r e d a m a g e d b e a m . T h e e x t e n t o f s p a l l i n g i s a s s u m e d t o v a r y l i n e a r l y b e t w e e n t h e t i m e i t s t a r t e d a n d t h e t i m e i t e n d e d . T h e s e t w o b e a m s e x p e r i e n c e d s o m e “ l a t e s p a l l i n g ” j u s t p r i o r f a i l u r e . H o w e v e r , m o s t o f t h e “ l a t e s p a l l i n g ” o c c u r r e d c l o s e t o t h e m i d - s p a n o f t h e b e a m a n d i s n o t a c c o u n t e d f o r i n t h e v o l u m e t r i c m e a s u r e m e n t s a n d i n t h e a n a l y s i s ( “ l a t e s p a l l i n g ” h a s n e g l i g i b l e e f f e c t o n t h e o v e r a l l b e h a v i o r o f t h e R C b e a m a s d i s c u s s e d e a r l i e r i n C h a p t e r 2 ) . T h e w a t e r p e r m e a b i l i t y w a s m e a s u r e d i n b o t h b e a m s a s p e r A S T M C 1 2 0 2 ( 1 9 9 7 ) u s i n g “ C h l o r i d e P e n e t r a t i o n ” t e s t a n d w a s f o u n d t o b e a b o u t 1 0 ' 2 1 m 2 . G a s p e r m e a b i l i t y i s g e n e r a l l y h i g h e r t h a n w a t e r p e r m e a b i l i t y a n d c a n b e h i g h e r i n m a g n i t u d e u p t o t h e o r d e r o f 1 0 2 ( N e v i l l e 1 9 9 6 ) . T h u s , f o r t h e a n a l y s i s , t h e p e r m e a b i l i t y o f w a t e r v a p o r i n t h e t o p s i d e o f t h e c o n c r e t e b e a m s ( k m p ) , w h i c h i s r e q u i r e d f o r p o r e p r e s s u r e c a l c u l a t i o n s , i s 1 7 6 a s s u m e d t o b e 1 0 ' 1 9 m 2 . T h e s p a t i a l v a r i a t i o n o f p e r m e a b i l i t y i n t h e b e a m c r o s s - s e c t i o n i s a s s u m e d a s g i v e n i n C h a p t e r 4 ( E q . [ 4 . 5 1 ] ) . F o r t h e t w o b e a m s , t h e d e p t h o f t h e n e u t r a l a x i s u n d e r s e r v i c e l o a d s ( x i n E q . [ 4 . 5 1 ] ) w a s f o u n d t o b e 9 0 m m . B a s e d o n t h e a v e r a g e s p a l l i n g t h i c k n e s s m e a s u r e d i n t h e t e s t s , i t i s a s s u m e d i n t h e a n a l y s i s t h a t t h e s p a l l i n g d e p t h ( t h e t h i c k n e s s o f s p a l l e d c o n c r e t e ) d o e s n o t e x c e e d 2 0 m m a n d 2 5 m m f o r b e a m s B S a n d B 6 , r e s p e c t i v e l y . F o r t h e a n a l y s i s , t h e c r o s s - s e c t i o n o f t h e b e a m i s d i s c r e t i z e d i n t o 7 m m s q u a r e e l e m e n t s . W i t h t h e s e v a l u e s a s i n p u t p a r a m e t e r s t o t h e s p a l l i n g s u b - m o d e l , t h e e x t e n t o f . s p a l l i n g i s e v a l u a t e d a s a f u n c t i o n o f fi r e e x p o s u r e t i m e f o r b o t h b e a m s . T h e t e s t d a t a f o r b e a m B 5 a r e u s e d t o c a l i b r a t e t h e m o d e l a n d d e t e r m i n e t h e v a l u e s o f o r a n d [ 3 i n E q [ 4 . 5 1 ] , a n d t h e n t h e t e s t d a t a f o r b e a m B 6 a r e u s e d t o v a l i d a t e t h e s p a l l i n g s u b - m o d e l . T h e p r e d i c t e d q u a n t i t i e s a n d t i m e s o f s p a l l i n g a r e c o m p a r e d w i t h t h e m e a s u r e d v a l u e s f o r b e a m s B 5 a n d B 6 i n F i g u r e s 5 . 2 6 a n d 5 . 2 7 , r e s p e c t i v e l y . I n F i g u r e 5 . 2 6 , t h e m o d e l i s c a l i b r a t e d s u c h t h a t t h e e x t e n t o f s p a l l i n g i n t h e b e s t c a s e s c e n a r i o m a t c h e s w i t h t h e m e a s u r e d s p a l l i n g , a n d t h e v a l u e s o f o r a n d B i n E q [ 4 . 5 1 ] w e r e f o u n d t o b e 2 a n d 3 , r e s p e c t i v e l y . F o r t h i s b e a m , t h e m o d e l p r e d i c t s s p a l l i n g t o s t a r t a t a b o u t 1 1 m i n u t e s a n d s t o p a t a b o u t 5 0 m i n u t e s a f t e r fi r e e x p o s u r e i n t h e b e s t c a s e s c e n a r i o . T h e v i s u a l o b s e r v a t i o n s i n t h e t e s t i n d i c a t e d t h a t s p a l l i n g s t a r t e d a n d s t o p p e d a t a b o u t 1 0 a n d 3 5 m i n u t e s a f t e r fi r e e x p o s u r e , r e s p e c t i v e l y . T h e e x t e n t o f s p a l l i n g i n b e a m B 6 i s c o m p u t e d u s i n g t h e c a l i b r a t e d v a l u e s o f o r a n d [ 3 a n d t h e n c o m p a r e d w i t h t h e m e a s u r e d v a l u e a s s h o w n i n F i g u r e 5 . 2 7 . I t c a n b e s e e n t h a t t h e r e i s g o o d a g r e e m e n t b e t w e e n t h e p r e d i c t e d a n d m e a s u r e d v a l u e s i n t h e e n t i r e r a n g e o f fi r e e x p o s u r e . F o r t h i s b e a m , t h e m e a s u r e d s t a r t a n d e n d t i m e s o f s p a l l i n g w e r e 5 m i n u t e s a n d 3 0 m i n u t e s , a n d t h e p r e d i c t e d t i m e s ( i n 1 7 7 t h e b e s t c a s e s c e n a r i o ) w e r e 6 . 5 m i n u t e s a n d 1 2 2 m i n u t e s . T h e s e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t , i n t h e b e s t c a s e s c e n a r i o , t h e p r o g r a m p r e d i c t s w e l l t h e s t a r t t i m e o f s p a l l i n g . I n c o n t r a s t , t h e r e i s v a r i a t i o n b e t w e e n t h e p r e d i c t e d a n d t h e m e a s u r e d e n d t i m e o f s p a l l i n g . T h i s v a r i a t i o n m i g h t b e a c c e p t a b l e s i n c e t h e m o d e l p r e d i c t i o n s i n d i c a t e t h a t a s m a l l a m o u n t o f s p a l l i n g o c c u r s a f t e r 3 5 m i n u t e s a n d 3 0 m i n u t e s o f fi r e e x p o s u r e f o r b e a m s B 5 a n d B 6 , r e s p e c t i v e l y . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e d r y i n g o f c o n c r e t e w h i c h r e d u c e s t h e d e v e l o p e d p o r e p r e s s u r e , a n d h e n c e d e c r e a s e s t h e s p a l l i n g a t l a t e r s t a g e s o f fi r e . T h e m o d e l p r e d i c t s s l i g h t l y h i g h e r e x t e n t o f s p a l l i n g i n b e a m B 6 , w h i c h i s a c o n s e r v a t i v e e s t i m a t e . H o w e v e r , t h e m o d e l p r e d i c t s h i g h e r e x t e n t o f s p a l l i n g i n b o t h b e a m s i n t h e w o r s t c a s e s c e n a r i o . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o h i g h e r t e m p e r a t u r e s a n d p o r e p r e s s u r e s d e v e l o p e d i n t h e R C b e a m i n t h e w o r s t c a s e s c e n a r i o . O v e r a l l , t h e s p a l l i n g p r e d i c t i o n s i n t h e b e s t c a s e s c e n a r i o m a t c h r e a s o n a b l y w e l l w i t h t h e m e a s u r e d s p a l l i n g i n e a r l y a n d i n t e r m e d i a t e s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e f o r R C b e a m s . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t s p a l l i n g i s d e p e n d e n t o n a n u m b e r o f v a r i a b l e s a n d a c c u r a t e t e s t d a t a o n t h e s e v a r i a b l e s i s h a r d t o m e a s u r e o r o b t a i n . N e v e r t h e l e s s , r e a s o n a b l e s p a l l i n g p r e d i c t i o n s w e r e o b t a i n e d a n d t h u s , f o r q u a l i t a t i v e a s s e s s m e n t , t h e p r o p o s e d s p a l l i n g s u b - m o d e l i s d e e m e d t o b e s u f f i c i e n t . 5 . 4 V a l i d a t i o n o f N u m e r i c a l M o d e l T o e s t a b l i s h t h e v a l i d i t y o f t h e o v e r a l l fi r e r e s i s t a n c e m o d e l , p r e s e n t e d i n C h a p t e r 4 , fi r e r e s p o n s e f r o m t h e m o d e l i s c o m p a r e d w i t h m e a s u r e d p a r a m e t e r s f o r n i n e R C b e a m s . T h e fi r s t b e a m , d e s i g n a t e d B O , i s a n a l y z e d t o i l l u s t r a t e t h e u s e fi r l n e s s o f t h e p r o g r a m i n t r a c i n g t h e fi r e r e s p o n s e o f a t y p i c a l R C b e a m i n t h e e n t i r e r a n g e o f l o a d i n g u p t o c o l l a p s e u n d e r fi r e e x p o s u r e . T h e s e c o n d a n d t h i r d b e a m s , d e s i g n a t e d B L ] a n d B L 2 s e l e c t e d f r o m l i t e r a t u r e , w e r e a n a l y z e d t o c o m p a r e m o d e l p r e d i c t i o n s w i t h fi r e t e s t d a t a . 1 7 8 T h e r e m a i n i n g s i x b e a m s ( B 1 t h r o u g h B 6 ) a r e t h e s p e c i m e n s t e s t e d a s p a r t o f t h i s s t u d y . B e a m B 0 r e p r e s e n t s t y p i c a l R C b e a m s u s e d i n b u i l d i n g s a n d i s a n a l y z e d u n d e r A S T M E 1 1 9 s t a n d a r d fi r e e x p o s u r e f r o m t h r e e s i d e s . S i n c e B e a m B O i s a n a l y z e d t o i l l u s t r a t e t h e u s e f u l n e s s o f t h e m o d e l , t h e h i g h t e m p e r a t u r e m a t e r i a l p r o p e r t y r e l a t i o n s r e p o r t e d b y L i e ( 1 9 9 2 ) w e r e u s e d i n t h e a n a l y s i s . H o w e v e r , f o r t h e r e m a i n i n g e i g h t b e a m s , t h e a n a l y s i s w a s c a r r i e d o u t u s i n g b o t h w o r s t a n d b e s t c a s e s c e n a r i o o f h i g h t e m p e r a t u r e m a t e r i a l p r o p e r t i e s s i n c e i t i s n o t p o s s i b l e t o m e a s u r e a c t u a l h i g h t e m p e r a t u r e m a t e r i a l p r o p e r t i e s . D e t a i l s o f t h e g e o m e t r i c a n d m a t e r i a l p r o p e r t i e s a n d l o a d l e v e l f o r b e a m s B O , B L l a n d B L 2 a r e g i v e n i n T a b l e 5 . 3 . 5 . 4 . 1 R C B e a m B O R e s u l t s f r o m t h e a n a l y s i s o n b e a m B O a r e u t i l i z e d t o i l l u s t r a t e t h e fi r e b e h a v i o r o f a t y p i c a l R C b e a m . T h e t e m p e r a t u r e v a r i a t i o n i s p l o t t e d a s a f u n c t i o n o f fi r e e x p o s u r e t i m e a t v a r i o u s l o c a t i o n s o f t h e b e a m c r o s s - s e c t i o n i n F i g u r e 5 . 2 8 . T h e t e m p e r a t u r e a t v a r i o u s d e p t h s o f c o n c r e t e , a s w e l l a s i n r e b a r s , i n c r e a s e s w i t h fi r e e x p o s u r e t i m e . A s e x p e c t e d , t h e p r e d i c t e d t e m p e r a t u r e d e c r e a s e s w i t h i n c r e a s i n g d i s t a n c e f r o m t h e fi r e e x p o s e d s i d e . I t c a n b e s e e n t h a t t h e u n e x p o s e d s i d e o f t h e b e a m r e m a i n s u n a f f e c t e d f o r t h e fi r s t 6 0 m i n u t e s o f t h e fi r e e x p o s u r e . T h i s i s d u e t o l o w t h e r m a l c o n d u c t i v i t y a n d h i g h t h e r m a l c a p a c i t y o f c o n c r e t e w h i c h s l o w s d o w n h e a t t r a n s m i s s i o n t o t h e i n n e r l a y e r s o f c o n c r e t e . A l s o , i t c a n b e s e e n i n t h e fi g u r e t h a t t h e t e m p e r a t u r e s i n t h e c o r n e r r e b a r i s h i g h e r t h a n t h a t f o r c e n t r a l r e b a r t h r o u g h o u t fi r e e x p o s u r e t i m e . T h i s t r e n d i s o n e x p e c t e d l i n e s a n d c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e f a c t t h a t c o r n e r r e b a r s a r e e x p o s e d t o fi r e f r o m t w o s i d e s , w h i l e t h e c e n t r a l r e b a r i s e x p o s e d t o fi r e f r o m t h e b o t t o m f a c e o n l y . 1 7 9 T h e m o m e n t - c u r v a t u r e c u r v e s o f t h e m i d - s p a n o f t h e b e a m , g e n e r a t e d b y t h e m o d e l , a r e s h o w n i n F i g u r e 5 . 2 9 a t v a r i o u s t i m e s t e p s . T h e fi g u r e s h o w s t h a t t h e s e c t i o n a l m o m e n t c a p a c i t y o f t h e b e a m d e c r e a s e s w i t h t i m e . T h i s i s d u e t o d e t e r i o r a t i o n i n s t r e n g t h a n d s t i f fi r e s s p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e a n d s t e e l a s a r e s u l t o f i n c r e a s e d t e m p e r a t u r e s . T h e fi g u r e a l s o s h o w s t h a t u l t i m a t e c u r v a t u r e ( c u r v a t u r e a t c o l l a p s e ) i n c r e a s e s w i t h t i m e o f fi r e e x p o s u r e a n d i s m a i n l y d u e t o s o f t e n i n g e f f e c t r e s u l t i n g f r o m d e g r a d a t i o n o f t h e m a t e r i a l s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s , a s w e l l a s t h e c r e e p s t r a i n w h i c h b e c o m e s s i g n i fi c a n t p r i o r t o f a i l u r e . T h e v a r i a t i o n s o f m i d - s p a n m o m e n t c a p a c i t y a n d d e fl e c t i o n i n t h e b e a m a r e s h o w n i n F i g u r e 5 . 3 0 a s a f u n c t i o n o f fi r e e x p o s u r e t i m e . I t c a n b e n o t e d t h a t t h e p r e d i c t e d m o m e n t c a p a c i t y o f t h e m i d - s p a n a t r o o m t e m p e r a t u r e ( 1 7 9 . 8 k N . m ) i s s l i g h t l y h i g h e r t h a n t h e c a l c u l a t e d m o m e n t c a p a c i t y ( 1 5 6 . 6 k N . m ) b a s e d o n A C I 3 1 8 ( 2 0 0 8 ) . T h i s i s b e c a u s e t h e p r o g r a m a c c o u n t s f o r s t r a i n h a r d e n i n g o f s t e e l r e i n f o r c e m e n t w h i c h i s n o t a c c o u n t e d f o r i n t h e A C I 3 1 8 ( 2 0 0 8 ) s t r e n g t h e q u a t i o n s . F i g u r e 5 . 3 0 a l s o s h o w s s i g n i fi c a n t r e d u c t i o n i n m o m e n t c a p a c i t y w i t h t i m e o f fi r e e x p o s u r e . H o w e v e r , t h e r a t e o f r e d u c t i o n i n m o m e n t c a p a c i t y d e c r e a s e s w i t h fi r e e x p o s u r e t i m e . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o s l o w e r r i s e i n r e b a r t e m p e r a t u r e t o w a r d s t h e e n d o f fi r e e x p o s u r e t i m e ( d u e t o l o w e r r i s e i n fi r e t e m p e r a t u r e a f t e r a b o u t 3 0 m i n u t e s ( 1 0 0 0 ° C ) ) a s s h o w n i n F i g u r e 5 . 2 8 . I t c a n b e s e e n f r o m F i g u r e 5 . 3 0 t h a t t h e m i d - s p a n d e fl e c t i o n g r a d u a l l y i n c r e a s e s w i t h t i m e a t e a r l y s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e . T h e i n i t i a l d e f o r m a t i o n o f t h e b e a m r e s u l t s m a i n l y f r o m t h e r m a l g r a d i e n t s d e v e l o p e d w i t h i n t h e b e a m c r o s s - s e c t i o n a n d a l s o d u e t o a p p l i e d l o a d i n g . T h e fi g u r e a l s o s h o w s a l a r g e i n c r e a s e i n d e fl e c t i o n p r i o r t o f a i l u r e . T h i s t r e n d i s m a i n l y d u e t o y i e l d i n g o f s t e e l a n d c r e e p s t r a i n s t h a t b e c o m e p r e d o m i n a n t p r i o r t o t h e 1 8 0 c o l l a p s e o f t h e b e a m . T h i s i s i n a g r e e m e n t w i t h r e p o r t e d t e s t r e s u l t s f r o m fi r e t e s t s o n R C m e m b e r s , w h i c h c l e a r l y s h o w s i g n i fi c a n t i n c r e a s e i n d e fl e c t i o n a t l a t e r s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e ( K o d u r a n d M c G r a t h 2 0 0 3 ) . T h e fi r e r e s i s t a n c e f o r b e a m B 0 w a s c o m p u t e d a c c o r d i n g t o t h e f o u r s e t s o f f a i l u r e c r i t e r i o n d i s c u s s e d i n C h a p t e r 4 a n d i s t a b u l a t e d i n T a b l e 1 . T h e fi r e r e s i s t a n c e v a l u e s , p r e d i c t e d b a s e d o n t h e r e b a r t e m p e r a t u r e a n d s t r e n g t h f a i l u r e c r i t e r i a , a r e a p p r o x i m a t e l y s i m i l a r . H o w e v e r , c h a n g i n g t h e l o a d r a t i o o r t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e c o n s t i t u e n t m a t e r i a l s c a n p r o d u c e d i f f e r e n t fi r e r e s i s t a n c e v a l u e s f o r s t r e n g t h f a i l u r e c r i t e r i a . O n t h e c o n t r a r y , t h e s e c h a n g e s d o n o t a f f e c t t h e r e b a r t e m p e r a t u r e f a i l u r e c r i t e r i o n s i n c e i t i s i n d e p e n d e n t o f t h e s e f a c t o r s . B a s e d o n t h e d e fl e c t i o n a n d r a t e o f d e fl e c t i o n f a i l u r e c r i t e r i a , t h e p r o g r a m p r e d i c t s 1 5 0 a n d 1 5 9 m i n u t e s a s fi r e r e s i s t a n c e , w h i c h i s l o w e r t h a n t h a t p r e d i c t e d f o r t e m p e r a t u r e a n d s t r e n g t h f a i l u r e c r i t e r i a . T h u s , d e fl e c t i o n f a i l u r e c r i t e r i o n g o v e r n s t h e f a i l u r e o f b e a m B 0 a n d r e s u l t s i n fi r e r e s i s t a n c e o f 1 5 0 m i n u t e s f o r t h a t b e a m . A s e x p l a i n e d i n C h a p t e r 2 , A S T M [ 5 1 1 % ( 2 0 0 8 ) d o e s n o t s p e c i f y d e fl e c t i o n f a i l u r e c r i t e r i o n , w h i c h c a n b e a g o v e r n i n g f a c t o r i n d e t e r m i n i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . T h e f a i l u r e t i m e s o b t a i n e d f r o m t h e m o d e l a r e a l s o c o m p a r e d w i t h fi r e r e s i s t a n c e v a l u e s , c a l c u l a t e d b a s e d o n A C I 2 1 6 . 1 ( 2 0 0 7 ) s p e c i fi c a t i o n s , i n T a b l e 5 . 3 . I t c a n b e s e e n t h a t t h e fi r e r e s i s t a n c e f o r b e a m B O , p r e d i c t e d b y A C I 2 1 6 . 1 ( 2 0 0 7 ) , i s h i g h e r t h a n t h a t p r e d i c t e d b y t h e p r o g r a m . T h i s i s b e c a u s e t h e p r e s c r i p t i v e a p p r o a c h i n A C I r e l a t e s t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s t o t h e c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s a n d t h e w i d t h o f t h e b e a m o n l y , a n d d o e s n o t t a k e i n t o c o n s i d e r a t i o n f a c t o r s s u c h a s l o a d r a t i o a n d c o n c r e t e s t r e n g t h . 1 8 1 5 . 4 . 2 L i n ’ s T e s t B e a m s T h e v a l i d i t y o f t h e c o m p u t e r m o d e l i s e s t a b l i s h e d b y c o m p a r i n g p r e d i c t e d r e s u l t s fi o m t h e m o d e l w i t h t h e m e a s u r e d v a l u e s fi o m fi r e t e s t s o n t w o R C b e a m s t e s t e d b y L i n e t a l . ( 1 9 8 1 ) . O n e o f t h e b e a m s ( B L l ) w a s s i m p l y s u p p o r t e d w h i l e t h e o t h e r b e a m ( B L 2 ) w a s t e s t e d u n d e r c o n t i n u o u s s u p p o r t c o n d i t i o n s . B o t h b e a m s w e r e n o t a x i a l l y r e s t r a i n e d a n d w e r e t e s t e d u n d e r A S T M E 1 1 9 s t a n d a r d fi r e e x p o s u r e . T h e g e o m e t r i c a n d m a t e r i a l p r o p e r t i e s o f t h e t e s t e d b e a m s u s e d i n t h e a n a l y s i s a r e t a k e n f r o m t h e r e p o r t e d d a t a i n t h e t e s t s a n d a r e g i v e n i n T a b l e 5 . 3 . T h e m e s h p a r a m e t e r s u s e d i n t h e a n a l y s i s o f t h e s e b e a m s a r e a l s o g i v e n i n T a b l e 5 . 3 . T h e fi r e r e s i s t a n c e o f t h e t w o b e a m s ( d e s i g n a t e d a s b e a m B L l a n d b e a m B L 2 , r e s p e c t i v e l y ) i s c a l c u l a t e d b a s e d o n f o u r s e t s o f f a i l u r e c r i t e r i o n d i s c u s s e d i n C h a p t e r 4 a n d i s s u m m a r i z e d i n T a b l e 5 . 3 . P r e d i c t e d r e s u l t s f r o m t h e a n a l y s i s ( f o r b o t h w o r s t a n d b e s t c a s e s c e n a r i o s o f h i g h t e m p e r a t u r e m a t e r i a l p r o p e r t i e s ) a r e c o m p a r e d t o m e a s u r e d v a l u e s f r o m fi r e t e s t s i n F i g u r e s 5 . 3 1 t o 5 . 3 4 . I n F i g u r e s 5 . 3 1 a n d 5 . 3 2 , t h e c a l c u l a t e d a v e r a g e t e m p e r a t u r e s i n t h e r e b a r s a r e c o m p a r e d w i t h t h e m e a s u r e d v a l u e s f o r b e a m s E U a n d B L 2 , r e s p e c t i v e l y . I t c a n b e n o t e d t h a t t h e r e i s g o o d a g r e e m e n t b e t w e e n t h e p r e d i c t e d a n d m e a s u r e d v a l u e s i n t h e e n t i r e r a n g e o f fi r e e x p o s u r e f o r t h e b e s t c a s e s c e n a r i o . T h e s t e e p i n c r e a s e i n r e b a r t e m p e r a t u r e i n t h e e a r l y s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e i s d u e t o t h e o c c u r r e n c e o f a h i g h t h e r m a l g r a d i e n t a t t h e b e g i n n i n g o f fi r e e x p o s u r e t i m e a s a r e s u l t o f f a s t e r i n c r e a s e i n fi r e t e m p e r a t u r e . R e s u l t s f r o m t h e a n a l y s i s i n d i c a t e t h a t p r e d i c t e d t e m p e r a t u r e s i n c o n c r e t e a t v a r i o u s d e p t h s f o l l o w t h e e x p e c t e d t r e n d w i t h l o w e r t e m p e r a t u r e s a t l a r g e r d e p t h s f r o m fi r e e x p o s e d s u r f a c e . H o w e v e r , p r e d i c t e d c o n c r e t e t e m p e r a t u r e s c o u l d n o t b e c o m p a r e d w i t h t e s t d a t a s i n c e t h e m e a s u r e d t e m p e r a t u r e s w e r e n o t r e p o r t e d b y L i n e t a 1 . ( 1 9 8 1 ) . F i g u r e s 5 . 3 3 a n d 5 . 3 4 1 8 2 s h o w p r e d i c t e d a n d m e a s u r e d m i d - s p a n d e fl e c t i o n a s a f u n c t i o n o f fi r e e x p o s u r e t i m e f o r b e a m s B L ] a n d B L 2 , r e s p e c t i v e l y . I t c a n b e s e e n t h a t m o d e l p r e d i c t i o n s f o r b e s t c a s e s c e n a r i o a r e i n c l o s e a g r e e m e n t w i t h t h e m e a s u r e d d e fl e c t i o n s , t h r o u g h o u t t h e fi r e e x p o s u r e t i m e . H o w e v e r , t h e fi g u r e s s h o w t h a t t h e t e s t d a t a e n d s a t e a r l i e r t i m e a s c o m p a r e d t o t h e p r e d i c t e d v a l u e s . T h i s i s m a i n l y b e c a u s e t h e t e s t s w e r e t e r m i n a t e d b e f o r e t h e c o m p l e t e f a i l u r e o f t h e b e a m s t o l i m i t a n y p o s s i b l e d a m a g e t o t h e t e s t i n g f a c i l i t y ( L i n e t a l . 1 9 8 1 ) . T h e fi r e r e s i s t a n c e o f t h e t w o b e a m s w a s e v a l u a t e d b a s e d o n f o u r f a i l u r e c r i t e r i a a n d i t s v a l u e s a r e g i v e n i n T a b l e 5 . 3 . T h e m e a s u r e d fi r e r e s i s t a n c e , f o r b o t h b e a m s ( E U a n d B L 2 ) , i s l o w e r t h a n t h a t p r e d i c t e d b y t h e p r o g r a m i n t h e b e s t c a s e s c e n a r i o f o r a l l f a i l u r e c r i t e r i a . T h i s i s m a i n l y b e c a u s e t h e fi r e t e s t s w e r e t e r m i n a t e d a f t e r 8 0 a n d 2 1 0 m i n u t e s o f fi r e e x p o s u r e f o r b e a m s B L ] a n d B L 2 , a n d b e f o r e t h e b e a m s a t t a i n e d c o m p l e t e f a i l u r e p r o b a b l y d u e t o s e v e r e c o n d i t i o n s e x p e r i e n c e d t o w a r d s t h e fi n a l s t a g e s i n fi r e t e s t s . T h e fi r e r e s i s t a n c e p r e d i c t e d b a s e d o n r e b a r t e m p e r a t u r e a n d t h e b e s t c a s e s c e n a r i o f o r b e a m B L l ( 1 0 5 m i n u t e s ) i s m u c h l o w e r t h a n t h a t f o r s t r e n g t h f a i l u r e c r i t e r i o n ( 1 3 5 m i n u t e s ) . T h i s i s b e c a u s e t h e r e b a r t e m p e r a t u r e f a i l u r e c r i t e r i a i s b a s e d o n l o a d l e v e l o f 5 0 % o f t h e r o o m t e m p e r a t u r e c a p a c i t y o f t h e b e a m , h o w e v e r , t h e l o a d l e v e l o n t h i s b e a m i s l o w e r t h a n 5 0 % a n d t h i s r e s u l t s i n h i g h e r fi r e r e s i s t a n c e b a s e d o n s t r e n g t h f a i l u r e c r i t e r i o n . H o w e v e r , f o r b e a m B L 2 , r e b a r t e m p e r a t u r e f a i l u r e c r i t e r i o n i s n o t c o n s i d e r e d i n t h e a n a l y s i s b e c a u s e t h i s f a i l u r e c r i t e r i o n i s p r e s c r i p t i v e a n d d o e s n o t r e p r e s e n t t h e a c t u a l f a i l u r e o f r e s t r a i n e d b e a m s . A s d i s c u s s e d e a r l i e r f o r b e a m B O , t h e m o d e l p r e d i c t e d l o w e r fi r e r e s i s t a n c e b a s e d o n d e fl e c t i o n ( o r r a t e o f d e fl e c t i o n ) f a i l u r e c r i t e r i a a s c o m p a r e d t o t h e v a l u e p r e d i c t e d b a s e d o n s t r e n g t h f a i l u r e c r i t e r i o n f o r b o t h b e a m s . 1 8 3 A l t h o u g h t h e w o r s t c a s e s c e n a r i o ( m a t e r i a l r e l a t i o n s ) a n a l y s i s p r e d i c t s fi r e r e s i s t a n c e v a l u e s t h a t a r e c l o s e r t o t h e m e a s u r e d o n e s , t h e r e a r e s i g n i fi c a n t d i s c r e p a n c i e s b e t w e e n t h e p r e d i c t e d t e m p e r a t u r e s a n d d e fl e c t i o n s a n d t h e m e a s u r e d o n e s a s c a n b e s e e n f r o m F i g u r e s 5 . 3 1 t o 5 . 3 4 . S u c h d i s c r e p a n c i e s p o i n t o u t t h a t t h e w o r s t c a s e s c e n a r i o a n a l y s i s d o e s n o t r e a s o n a b l y p r e d i c t t h e fi r e r e s p o n s e o f t h e t w o b e a m s . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e v a r i a t i o n o f t h e m a t e r i a l r e l a t i o n s ( u s e d i n t h e w o r s t c a s e s c e n a r i o a n a l y s i s ) f r o m t h e a c t u a l h i g h t e m p e r a t u r e m a t e r i a l p r o p e r t i e s o f t h e t e s t e d b e a m . O v e r a l l , t h e m i n i m u m fi r e r e s i s t a n c e p r e d i c t e d b a s e d o n d e fl e c t i o n a n d r a t e o f d e fl e c t i o n f a i l u r e c r i t e r i a f o r b o t h b e a m s ( 1 0 5 a n d 2 5 7 m i n u t e s ) i s a r e a s o n a b l e e s t i m a t e t o t h e m e a s u r e d v a l u e i n t h e fi r e t e s t s ( w h e n t h e t e s t w a s t e r m i n a t e d ) . 5 . 4 . 3 M S U T e s t B e a m s 5 . 4 . 3 . 1 A n a l y s i s P r o c e d u r e T h e s i x R C b e a m s t e s t e d a s p a r t o f t h i s s t u d y ( a n d r e p o r t e d i n C h a p t e r 3 ) a r e a n a l y z e d i n o r d e r t o f u r t h e r v a l i d a t e t h e n u m e r i c a l m o d e l . T h e b e a m s i n c l u d e t w o N S C a n d f o u r H S C b e a m s t h a t w e r e t e s t e d u n d e r A S T M E 1 1 9 s t a n d a r d fi r e a n d t w o d e s i g n fi r e s c e n a r i o s . M o r e d e t a i l s o n t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e b e a m s a n d t h e fi r e s c e n a r i o s u s e d i n t h e fi r e t e s t s a r e g i v e n i n C h a p t e r 3 . F o r t h e a x i a l l y r e s t r a i n e d b e a m s ( B Z a n d B 6 ) , l o a d i n g fl a m e a n d a x i a l r e s t r a i n t s t i f f n e s s a r e m o d e l e d a s a n o n l i n e a r a x i a l s p r i n g w i t h s t i f f n e s s o f 1 3 k N / m m w h e n t h e a x i a l r e s t r a i n t f o r c e i s b e l o w a t h r e s h o l d o f 1 2 0 k N f o r b e a m B 2 a n d 1 1 0 k N f o r b e a m B 6 a s m e a s u r e d i n t h e fi r e t e s t s . T h e s p r i n g s t i f f n e s s i s a s s u m e d t o b e z e r o w h e n t h e a x i a l f o r c e e x c e e d s t h i s t h r e s h o l d . E a c h b e a m i s a n a l y z e d u n d e r c o r r e s p o n d i n g fi r e s c e n a r i o s a s g i v e n i n T a b l e 3 . 1 . T h e a n a l y s i s w a s c a r r i e d o u t f o r b o t h 1 8 4 b e s t a n d w o r s t c a s e s c e n a r i o s o f h i g h t e m p e r a t u r e m a t e r i a l p r o p e r t i e s i n fi v e m i n u t e t i m e i n c r e m e n t s t i l l f a i l u r e o c c u r r e d i n t h e b e a m . D e t a i l s o n t h e d i s c r e t i z a t i o n p a r a m e t e r s u s e d i n t h e a n a l y s i s a r e g i v e n i n T a b l e 5 . 4 a n d F i g u r e 5 . 2 0 . F a i l u r e t i m e i s r e c o r d e d w h e n t h e s t r e n g t h , d e fl e c t i o n o r r a t e o f d e fl e c t i o n l i m i t s t a t e s a r e e x c e e d e d . T h e fi r e r e s i s t a n c e v a l u e s , o b t a i n e d f r o m t h e a n a l y s i s , a r e s u m m a r i z e d i n T a b l e 5 . 4 . 5 . 4 . 3 . 2 M a t e r i a l P r o p e r t i e s T h e m a t e r i a l p r o p e r t i e s , u s e d i n t h e a n a l y s i s , a r e s e l e c t e d a s p i e c e w i s e l i n e a r fi r n c t i o n s f r o m F i g u r e s 5 . 1 1 t o 5 . 1 9 f o r t h e b e s t a n d w o r s t c a s e s c e n a r i o s a s d i s c u s s e d i n S e c t i o n 5 . 2 a n d g i v e n i n T a b l e 5 . 2 . D i f f e r e n t h i g h t e m p e r a t u r e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s a r e u s e d f o r H S C t h a n t h o s e u s e d f o r N S C a s d i s c u s s e d i n C h a p t e r 2 . T h e t h e r m a l p r o p e r t i e s a r e a s s u m e d t o b e s a m e f o r b o t h h e a t i n g a n d c o o l i n g p h a s e . F o r m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s , l i n e a r i n t e r p o l a t i o n b e t w e e n h i g h t e m p e r a t u r e s t r e n g t h a n d r e s i d u a l s t r e n g t h i s u s e d t o e s t i m a t e t h e s t r e n g t h o f b o t h c o n c r e t e a n d r e i n f o r c i n g s t e e l i n t h e c o o l i n g p h a s e . T h e r e s i d u a l s t r e n g t h s f o r a n y c o n c r e t e e l e m e n t o r s t e e l r e b a r a r e d e t e r m i n e d b a s e d o n t h e m a x i m u m t e m p e r a t u r e a t t a i n e d i n t h a t e l e m e n t ( o r r e b a r ) . F o r c o n c r e t e , t h e r e s i d u a l s t r e n g t h i s d e t e r m i n e d f o r t h e b e s t a n d w o r s t c a s e s c e n a r i o s f r o m t h e u p p e r a n d l o w e r l i m i t s g i v e n i n F i g u r e 2 . 1 6 . H o w e v e r , t h e r e s i d u a l s t r e n g t h o f r e i n f o r c i n g s t e e l i s a s s u m e d b a s e d o n t h e r e s i d u a l s t r e n g t h t e s t s c o n d u c t e d b y N e v e s e t a l . ( 1 9 9 6 ) o n r e i n f o r c i n g s t e e l a s s h o w n i n F i g u r e 5 . 3 5 . U p t o 5 0 0 ° C , r e s i d u a l s t r e n g t h o f r e i n f o r c i n g s t e e l i s a s s u m e d t o b e s i m i l a r t o r o o m t e m p e r a t u r e s t r e n g t h . H o w e v e r , t h e r e s i d u a l s t r e n g t h i s a s s u m e d t o d e c r e a s e l i n e a r l y w i t h t e m p e r a t u r e t i l l i t r e a c h e s 0 . 7 o f t h e r o o m t e m p e r a t u r e s t r e n g t h a t 8 0 0 ° C . 1 8 5 5 . 4 . 3 . 3 R e s u l t s a n d D i s c u s s i o n T h e v a l i d i t y o f t h e m o d e l i s e s t a b l i s h e d b y c o m p a r i n g p r e d i c t i o n s f r o m t h e m o d e l w i t h m e a s u r e d t e m p e r a t u r e s , d e fl e c t i o n s , a x i a l r e s t r a i n t f o r c e , a n d fi r e r e s i s t a n c e i n F i g u r e s 5 . 3 6 t o 5 . 5 5 a n d T a b l e 5 . 4 . F i g u r e s 5 . 3 6 t h r o u g h 5 . 4 1 s h o w t h e p r e d i c t e d a n d m e a s u r e d a v e r a g e r e b a r t e m p e r a t u r e a s a f u n c t i o n o f fi r e e x p o s u r e t i m e f o r t e s t e d b e a m s B l t h r o u g h B 6 , r e s p e c t i v e l y . I t c a n b e s e e n t h a t t h e r e i s g o o d a g r e e m e n t b e t w e e n t h e m e a s u r e d a n d p r e d i c t e d a v e r a g e r e b a r t e m p e r a t u r e s t h r o u g h o u t t h e fi r e e x p o s u r e t i m e f o r t h e s i x b e a m s w h e n t h e b e s t c a s e s c e n a r i o o f m a t e r i a l p r o p e r t i e s i s u s e d . H o w e v e r , f o r H S C b e a m B 6 , t h e m o d e l p r e d i c t s s l i g h t l y h i g h e r t e m p e r a t u r e s t h a n t h e m e a s u r e d o n e s i n t h e c o o l i n g p h a s e o f fi r e e x p o s u r e ( a f t e r 1 8 0 m i n u t e s ) . T h i s m a y b e p r i m a r i l y a t t r i b u t e d t o t h e u s e o f l o w e r v a l u e s o f t h e r m a l c o n d u c t i v i t y o f c o n c r e t e i n t h e c o o l i n g p h a s e . A s d i s c u s s e d a b o v e t h e h i g h t e m p e r a t u r e t h e r m a l p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e i n t h e c o o l i n g p h a s e a r e a s s u m e d t o b e t h e s a m e a s t h a t i n t h e h e a t i n g p h a s e d u e t o t h e l a c k o f d a t a o n t h e t h e r m a l p r o p e r t i e s i n t h e c o o l i n g p h a s e . I n a d d i t i o n , d u e t o s e v e r e s p a l l i n g o b s e r v e d i n b e a m B 6 , t h e t h e r m o c o u p l e l o c a t i o n m i g h t h a v e d i s p l a c e d d u r i n g fi r e t e s t s a n d t h u s m e a s u r e d r e b a r t e m p e r a t u r e s m a y n o t b e f u l l y r e l i a b l e a f t e r 1 8 0 m i n u t e s o f fi r e e x p o s u r e . P r e d i c t i n g s l i g h t l y h i g h e r t e m p e r a t u r e g e n e r a l l y l e a d s t o c o n s e r v a t i v e fi r e r e s i s t a n c e i n a n R C b e a m . T h e m e a s u r e d a n d p r e d i c t e d t e m p e r a t u r e s a t t w o d i f f e r e n t l o c a t i o n s ( c o m p r e s s i o n r e i n f o r c e m e n t a n d c e n t e r o f b e a m c r o s s - s e c t i o n ) i n b e a m s B 1 t h r o u g h B 6 a r e s h o w n i n F i g u r e s 5 . 4 2 a n d 5 . 4 7 , r e s p e c t i v e l y . I t c a n b e s e e n t h a t t h e p r e d i c t e d t e m p e r a t u r e s ( f o r b e s t c a s e s c e n a r i o ) m a t c h w e l l w i t h t h e m e a s u r e d t e m p e r a t u r e s f o r t h e t h r e e l o c a t i o n s i n a l l b e a m s ( b o t h N S C a n d H S C ) e x c e p t b e a m B 6 . F o r b e a m B 6 t h e r e i s a p p r e c i a b l e d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e p r e d i c t e d a n d m e a s u r e d t e m p e r a t u r e s p a r t i c u l a r l y f o r c o m p r e s s i o n 1 8 6 r e i n f o r c e m e n t w i t h t h e m o d e l p r e d i c t i n g h i g h e r t e m p e r a t u r e s . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e f a c t t h a t t h e m o d e l p r e d i c t s h i g h e r e x t e n t o f s p a l l i n g ( i n t h e t o p p a r t o f t h e b e a m ) a t e a r l y s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e a s c a n b e s e e n fi ' o m F i g u r e 5 . 2 7 . S u c h h i g h e a r l y s p a l l i n g l e a d s t o h i g h e r t e m p e r a t u r e p a r t i c u l a r l y i n c o m p r e s s i o n r e b a r s w h i c h a r e c l o s e t o t h e s p a l l i n g z o n e o f t h e b e a m c r o s s — s e c t i o n . T h e l a r g e d i s c r e p a n c i e s i n c o m p r e s s i o n r e b a r t e m p e r a t u r e h a v e s m a l l i n fl u e n c e o n t h e o v e r a l l fi r e r e s p o n s e o f a n R C b e a m s i n c e c o n t r i b u t i o n o f c o m p r e s s i o n r e i n f o r c e m e n t t o m o m e n t c a p a c i t y o f a n R C b e a m i s s m a l l ( N a w y 2 0 0 5 ) . F i g u r e s 5 . 4 2 t o 5 . 4 5 s h o w t h a t t h e t h e r m a l r e s p o n s e o f t h e H S C b e a m s , B 3 a n d B 4 , i s s i m i l a r t o t h a t i n t h e N S C b e a m , B 1 a n d B 2 , r e s p e c t i v e l y . T h i s i s d u e t o s i m i l a r h i g h t e m p e r a t u r e t h e r m a l p r o p e r t i e s f o r H S C a n d N S C a n d t h u s t h e c o n c r e t e s t r e n g t h d o e s n o t s i g n i fi c a n t l y i n fl u e n c e t h e t h e r m a l r e s p o n s e o f R C b e a m s . O v e r a l l , t h e m o d e l p r e d i c t s t e m p e r a t u r e s r e a s o n a b l y w e l l i n t e n s i o n a n d c o m p r e s s i o n r e i n f o r c e m e n t a n d c e n t e r o f t h e b e a m f o r t h e s i x t e s t e d b e a m s w h e n b e s t c a s e s c e n a r i o o f m a t e r i a l p r o p e r t i e s i s u s e d . H o w e v e r , w h e n t h e w o r s t c a s e s c e n a r i o o f m a t e r i a l p r o p e r t i e s i s u s e d , t h e m o d e l p r e d i c t s s i g n i fi c a n t l y h i g h e r t e m p e r a t u r e s t h a n t h o s e m e a s u r e d i n fi r e t e s t s . T h e p r e d i c t e d a n d m e a s u r e d d e fl e c t i o n s a r e c o m p a r e d i n F i g u r e s 5 . 4 8 t o 5 . 5 3 f o r b e a m s B 1 t h r o u g h B 6 . T h e fi g u r e s s h o w t h a t t h e r e i s g o o d a g r e e m e n t b e t w e e n t h e m e a s u r e d a n d t h e p r e d i c t e d d e fl e c t i o n s f o r b e a m s B 1 t o B 5 w h e n t h e b e s t c a s e s c e n a r i o o f m a t e r i a l p r o p e r t i e s i s u s e d . H o w e v e r , f o r b e a m B 6 , t h e m o d e l p r e d i c t e d h i g h e r d e fl e c t i o n s t h a n t h e m e a s u r e d o n e s a f t e r a b o u t 1 8 0 m i n u t e s o f fi r e e x p o s u r e . T h i s c a n b e m a i n l y a t t r i b u t e d t o t h e d i s c r e p a n c y b e t w e e n p r e d i c t e d a n d m e a s u r e d r e b a r t e m p e r a t u r e s a f t e r 1 8 0 m i n u t e s a s s h o w i n F i g u r e 5 . 4 1 . 1 8 7 T h e m o d e l p r e d i c t s h i g h e r d e fl e c t i o n f o r H S C b e a m B 3 t h a n t h a t f o r N S C b e a m B l t h r o u g h o u t t h e r a n g e o f s t a n d a r d fi r e e x p o s u r e . T h e h i g h e r d e fl e c t i o n i n H S C b e a m r e s u l t e d f r o m t h e f a s t e r d e g r a d a t i o n o f s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s o f H S C a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s . T h e g o o d a g r e e m e n t b e t w e e n m o d e l p r e d i c t i o n s a n d t e s t d a t a c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e f a c t t h a t t h e m o d e l a c c o u n t s f o r h i g h t e m p e r a t u r e m a t e r i a l p r o p e r t i e s , v a r i o u s s t r a i n c o m p o n e n t s , fi r e i n d u c e d r e s t r a i n t e f f e c t s a n d fi r e i n d u c e d s p a l l i n g . W h e n w o r s t c a s e s c e n a r i o o f m a t e r i a l p r o p e r t i e s i s a s s u m e d , t h e m o d e l p r e d i c t s s i g n i fi c a n t l y h i g h e r d e fl e c t i o n s t h a n t h o s e m e a s u r e d i n t h e fi r e t e s t s f o r t h e s i x R C b e a m s . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e h i g h e r r e b a r a n d c o n c r e t e t e m p e r a t u r e s r e s u l t i n g i n t h i s c a s e , f o r t h e s i x b e a m s , a s c a n b e s e e n f r o m F i g u r e s 5 . 3 6 t o 5 . 4 7 . I t c a n a l s o b e a t t r i b u t e d t o t h e f a s t e r d e g r a d a t i o n o f s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s f o r c o n c r e t e a n d r e i n f o r c i n g s t e e l , w h i c h i s a s s u m e d i n t h e w o r s t c a s e s c e n a r i o o f m a t e r i a l p r o p e r t i e s . T h e p r e d i c t e d a n d m e a s u r e d a x i a l r e s t r a i n t f o r c e s a r e c o m p a r e d i n F i g u r e s 5 . 5 4 a n d 5 . 5 5 f o r a x i a l l y r e s t r a i n e d b e a m s B Z a n d B 6 . T h e t w o fi g u r e s s h o w t h a t t h e r e i s g o o d a g r e e m e n t b e t w e e n m e a s u r e d a n d p r e d i c t e d a x i a l r e s t r a i n t f o r c e s f o r b e a m B 2 w h e n b e s t c a s e s c e n a r i o o f m a t e r i a l p r o p e r t i e s i s u s e d . H o w e v e r , f o r b e a m B 6 , t h e m o d e l p r e d i c t e d h i g h e r a x i a l r e s t r a i n t f o r c e f o r m o s t o f t h e fi r e e x p o s u r e d u r a t i o n . T h i s m a y b e p r i m a r i l y a t t r i b u t e d t o t h e d i f f e r e n c e s i n t h e t h e r m a l s t r a i n o f H S C f r o m t h a t u s e d i n t h e a n a l y s i s . T h i s r e s u l t s u g g e s t s t h a t H S C m i g h t h a v e s l i g h t l y l o w e r t h e r m a l s t r a i n ( c o e f fi c i e n t o f t h e r m a l e x p a n s i o n ) t h a n t h a t o f N S C . H o w e v e r , w h e n w o r s t c a s e s c e n a r i o o f m a t e r i a l p r o p e r t i e s i s u s e d , t h e m o d e l g e n e r a l l y p r e d i c t s h i g h e r a x i a l r e s t r a i n t f o r c e i n b e a m s d u e t o h i g h e r c o n c r e t e a n d r e b a r t e m p e r a t u r e s a r i s i n g f r o m t h e s e p r o p e r t i e s ( w o r s t c a s e s c e n a r i o ) . 1 8 8 T h e p r e d i c t e d fi r e r e s i s t a n c e v a l u e s a r e c o m p u t e d b a s e d o n s t r e n g t h , d e fl e c t i o n a n d r a t e o f d e fl e c t i o n l i m i t s t a t e s a n d i s t a b u l a t e d i n T a b l e 5 . 4 . T h e fi r e r e s i s t a n c e i s c o m p u t e d u s i n g b e s t c a s e s c e n a r i o a n d w o r s t c a s e s c e n a r i o ( v a l u e s g i v e n i n b r a c k e t i n T a b l e 5 . 4 ) o f m a t e r i a l p r o p e r t i e s . T h e m o d e l p r e d i c t i o n s , b a s e d o n t h e b e s t c a s e s c e n a r i o o f m a t e r i a l p r o p e r t i e s , a r e i n g o o d a g r e e m e n t w i t h m e a s u r e d fi r e r e s i s t a n c e v a l u e s f o r t h e s i x t e s t e d R C b e a m s . S i m i l a r t o t h e o b s e r v a t i o n s i n t h e t e s t s , n o f a i l u r e w a s p r e d i c t e d f o r b e a m s B 2 , B 4 a n d B 6 . F o r t h e r e m a i n i n g t h r e e b e a m s ( B 1 , B 3 a n d B 5 ) , t h e p r e d i c t e d fi r e r e s i s t a n c e v a l u e s c o m p a r e d w e l l w i t h t h e m e a s u r e d o n e s a n d d e fl e c t i o n c r i t e r i o n g o v e r n e d fi r e r e s i s t a n c e . T h e g o o d a g r e e m e n t b e t w e e n t h e p r e d i c t e d ( d e fl e c t i o n c r i t e r i a ) a n d m e a s u r e d fi r e r e s i s t a n c e c a n b e m a i n l y a t t r i b u t e d t o f a c t t h a t w h e n t h e b e a m e x p e r i e n c e d l a r g e d e fl e c t i o n s , w i d e c r a c k s d e v e l o p e d i n t h e b e a m c a u s i n g t h e t e n s i o n r e b a r s t o b e d i r e c t l y e x p o s e d t o fi r e . T h i s s u g g e s t s t h a t d e fl e c t i o n a n d r a t e o f d e fl e c t i o n l i m i t s t a t e s m a y b e t h e g o v e r n i n g f a i l u r e c r i t e r i a f o r R C b e a m s . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t t h e c u r r e n t fi r e r e s i s t a n c e p r o v i s i o n s i n A S T M E 1 1 9 d o n o t s p e c i f y a n y d e fl e c t i o n o r r a t e o f d e fl e c t i o n l i m i t s t a t e s t o d e fi n e f a i l u r e o r R C b e a m s e x p o s e d t o fi r e . I n a g r e e m e n t w i t h fi r e t e s t r e s u l t s , t h e p r e d i c t e d fi r e r e s i s t a n c e f o r N S C b e a m B 1 i s h i g h e r t h a n t h a t f o r H S C b e a m B 3 . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e f a s t d e g r a d a t i o n i n s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s f o r H S C a s c o m p a r e d t o N S C . T h e m o d e l p r e d i c t s s i g n i fi c a n t l y l o w e r fi r e r e s i s t a n c e t h a n t h e m e a s u r e d v a l u e s w h e n w o r s t c a s e s c e n a r i o o f m a t e r i a l p r o p e r t i e s i s u s e d . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e h i g h e r d e fl e c t i o n s p r e d i c t e d i n t h i s c a s e a s c o m p a r e d t o m e a s u r e d o n e s i n t h e fi r e t e s t s . 1 8 9 5 . 5 S u m m a r y T h e v a l i d i t y o f t h e c o m p u t e r m o d e l d e v e l o p e d a s p a r t o f t h e c u r r e n t s t u d y i s e s t a b l i s h e d b y c o m p a r i n g p e r d i t i o n s fi o m t h e m o d e l w i t h t e s t d a t a . I n t h e v a l i d a t i o n , p r e d i c t e d s p a l l i n g , t e m p e r a t u r e s , d e fl e c t i o n s , a x i a l r e s t r a i n t f o r c e a n d fi r e r e s i s t a n c e w e r e c o m p a r e d w i t h m e a s u r e d v a l u e s i n fi r e r e s i s t a n c e t e s t s . T h e a n a l y s i s w a s c a r r i e d o u t u s i n g b e s t a n d w o r s t c a s e s c e n a r i o s o f h i g h t e m p e r a t u r e p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e a n d s t e e l . F i n e s t r u c t u r a l a n d c r o s s - s e c t i o n a l d i s c r e t i z a t i o n s a n d s m a l l t i m e s t e p s w e r e u s e d i n t h e a n a l y s i s t o p r o v i d e s u f fi c i e n t l e v e l o f a c c u r a c y i n t h e o b t a i n e d r e s u l t s . B a s e d o n t h e s e c o m p a r a t i v e s t u d i e s , i t i s c o n c l u d e d t h a t t h e m i c r o s c o p i c fi n i t e e l e m e n t m o d e l i s c a p a b l e o f p r e d i c t i n g t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s u n d e r r e a l i s t i c fi r e , l o a d i n g a n d r e s t r a i n t s c e n a r i o s . I t i s a l s o c o n c l u d e d t h a t , w h e n t h e b e s t c a s e s c e n a r i o o f m a t e r i a l p r o p e r t i e s i s u s e d , t h e m o d e l p r e d i c t i o n s m a t c h w e l l w i t h t h e m e a s u r e d t e s t p a r a m e t e r s . I n t h e f o l l o w i n g c h a p t e r , t h e v a l i d a t e d m o d e l w i l l b e a p p l i e d t o c o n d u c t p a r a m e t r i c s t u d i e s t o i n v e s t i g a t e t h e i n fl u e n c e o f v a r i o u s p a r a m e t e r s o n t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . 1 9 0 T a b l e 5 . 1 - R e f e r e n c e , U p p e r a n d L o w e r V a l u e s f o r t h e S t u d i e d P a r a m e t e r s P a r a m e t e r R e f e r e n c e v a l u e U p p e r v a l u e L o w e r v a l u e T h e r m a l c o n d u c t i v i t y k T ( L i e 1 9 9 2 ) 1 . 2 k T 0 . 8 k T H e a t c a p a c i t y p C ( L i e 1 9 9 2 ) 1 . 2 p C 0 . 8 p C T h e r m a l s t r a i n 8 , } , ( L i e 1 9 9 2 ) 1 . 2 a ” , 0 . 8 a t } , E C r + 8 , , f o r c o n c r e t e f l . 2 ( 8 0 ’ + f ” ) ( 3 0 : ; g i g s ? ) C Y C C P a n d “ 3 1 1 5 t h 8 C , - f o r r e i n f o r c i n g s t e e l 1 2 : 0 1 : ? e 0 8 a f o r S t r a i n c o m p o n e n t s ( H a r m a t h y 1 9 9 3 , 1 9 6 7 , A n d e r b e r g a n d 3 m . ” . ' . e r . T h 1 d 1 9 7 6 r e l o r c m g r e m f o r c m g e a n e r s s o n ) s t e e l s t e e l D e t e r i o r a t i o n i n . c o n c r e t e s t r e n g t h fi g " ( L 1 6 1 9 9 2 ) l l fi q ‘ 0 . 8 fi 7 ‘ D e t e r i o r a t i o n i n s t e e l , s t r e n g t h 5 1 ( L 1 e 1 9 9 2 ) 1 . 2 3 7 0 . 8 f j , r T a b l e 5 . 2 — S u m m a r y o f t h e M a t e r i a l a n d M e s h i n g P a r a m e t e r s u s e d i n t h e A n a l y s i s P a r a m e t e r W o r s t c a s e s c e n a r i o B e s t c a s e s c e n a r i o T h e r m a l c o n d u c t i v i t y ( F i g u r e s . . . . 5 . 1 1 a n d 5 . 1 2 ) U p p e r l r m r t L o w e r l l I m t 1 5 1 : : 3 C a p a c r t y ( F i g u r e s 5 . 1 3 a n d L o w e r l i m i t U p p e r l i m i t ' S l ’ l i e é m a l s t r a i n ( ( F r g u r e s 5 . 1 5 a n d U p p e r l i m i t L o w e r l i m i t T r a n s i e n t s t r a i n i n c o n c r e t e k 2 = 2 . 3 5 k ; = 1 . 8 C o n c r e t e s t r e n g t h ( F i g u r e s 5 . 1 7 . . . . a n d 5 . 1 8 ) L o w e r l i m i t U p p e r l r m r t R i g o r c m g s t e e l s t r e n g t h ( F i g u r e L o w e r l i m i t U p p e r l i m i t . E q u a t i o n r e p o r t e d i n l i t e r a t u r e ( H a r m a t h y 1 9 6 7 a n d 1 9 9 3 ) a s g i v e n c m " 3 “ a m b y E q s . [ 4 . 5 6 ] a n d [ 4 . 5 9 ] S p a l l i n g r e l a t e d p r o p e r t i e s S a n g t r t u t r v e m o d e l s r e p o r t e d m t h e l i t e r a t u r e a s g r v e n 1 n S e c t i o n N u m b e r o f s e g m e n t s a l o n g t h e 4 0 f o r r o t a t i o n a l l y u n r e s t r a i n e d a n d 8 0 f o r r o t a t i o n a l l y r e s t r a i n e d s p a n o f t h e b e a m b e a m s . . - b e t w e e n 7 a n d 2 0 m m d e p e n d i n g o n t h e c r o s s - s e c t i o n a l d i m e n s i o n o f C r o s s - s e c t i o n a l m e s h s r z e . t h e b e a m b e r n g a n a l y z e d T i m e m e r e m e n t f o r s t r e n g t h 5 m i n u t e s a n a l y s r s . O n l y a p p l i c a b l e f o r t h e a n a l y s i s u s e d f o r t h e v a l i d a t i o n o f t h e o v e r a l l r e s p o n s e o f t h e b e a m s 1 9 1 T a b l e 5 . 3 — P r o p e r t i e s a n d R e s u l t s f o r R C B e a m s B O , B L l a n d B L 2 P r o p e r t y B e a m B O B e a m B L ] B e a m B L 2 D e s c r i p t i o n T y p i c a l R C 1 T e s t e d b y L r n e t a l . T e s t e d b y L r n e t a l . 1 9 8 1 1 9 8 1 C r o s s - s e c t i o n 3 0 0 m m x 5 0 0 m m 3 0 5 m m x 3 5 5 m m 3 0 5 m m x 3 5 5 m m L e n g t h ( m ) 6 6 . 1 6 . 1 2 ¢ l 4 m m t o p b a r s 2 ¢ l 9 m m t o p b a r s 6 ¢ 1 9 m m t o p b a r s R e i n f o r c e m e n t 3 ¢ 2 0 m m b o t t o m b a r s 4 ¢ 1 9 m m b o t t o m 4 ¢ 1 9 m m b o t t o m b a r s b a r s f ’ c ( M P a ) 3 0 3 0 3 0 [ y ( M P a ) 4 0 0 4 3 5 . 8 4 3 5 . 8 A p p l i e d t o t a l l o a d ( R N ) 1 2 0 8 0 2 0 0 2 5 ( b o t t o m ) 2 5 ( b o t t o m ) C o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s ( m m ) 4 0 3 8 ( s i d e ) 3 8 ( s i d e ) S u p p o r t c o n d i t i o n s s i m p l y s u p p o r t e d s i m p l y s u p p o r t e d c o n t i n u o u s A g g r e g a t e t y p e c a r b o n a t e c a r b o n a t e c a r b o n a t e C r o s s - s e c t i o n a l d i s c r e t i z a t i o n ( e l e m e n t s ) 1 5 x 2 5 2 0 x 2 5 2 0 x 2 5 S t r u c t u r a l d i s c r e t i z a t i o n ( n u m b e r o f 4 0 4 0 8 0 s e g m e n t s ) R e b a r t e m p e r a t u r e 1 8 0 1 0 5 ( 8 5 ) N A “ F i r e r e s i s t a n c e b a s e d o n S t r e n g t h 1 8 5 1 3 5 ( 8 0 ) 3 1 0 ( 2 5 5 ) f a i l u r e D e fl e c t i o n 1 5 0 1 1 1 ( 7 5 ) 2 5 7 ( 2 2 5 ) c r i t e r i o n : R a t e o f d e fl e c t i o n 1 5 9 1 0 5 ( 6 7 ) 3 0 5 ( 2 4 5 ) F i r e r e s i s t a n c e b a s e d o n A C ] 2 1 6 2 1 0 1 8 0 1 8 0 F i r e r e s i s t a n c e - t e s t N A 8 0 2 1 0 * N o t a p p l i c a b l e T a b l e 5 . 4 — R e s u l t s o f M S U F i r e T e s t s o n S i x R C B e a m s C r o s s - S t r u c t u r a l P r e d i c t e d F i r e r e s i s t a n c e ( m i n u t e s ) B e a m s e c t i o n a l d i s c r e t i z a t i o n b a s e d o n f a i l u r e c r i t e r i o n “ : F i r e r e s i s t a n c e - d e s i g n a t i o n d i s c r e t i z a t i o n ( n u m b e r o f t e s t ( m i n u t e s ) ( “ m e n “ ) “ 3 ” “ ) S t r e n g t h D e fl e c t i o n a i r l i f t ; B l 1 6 x 2 5 4 0 1 8 5 ( 9 5 ) 1 8 1 ( 9 2 ) 1 8 1 ( 7 7 ) 1 8 0 B l 1 6 x 2 5 4 0 N F “ ( 1 0 5 ) N F ( 9 2 ) N F ( 7 7 ) N F B 3 3 2 x 5 0 4 0 1 8 5 ( 1 0 5 ) 1 6 7 ( 1 0 1 ) 1 5 4 ( 8 7 ) 1 6 0 B 4 3 2 x 5 0 4 0 N F ( 9 5 ) N F ( 9 1 ) N F ( 7 7 ) N F B S 3 2 x 5 0 4 0 1 8 0 ( 9 0 ) 1 6 0 ( 8 5 ) 1 4 7 ( 7 0 ) 1 4 6 B 6 3 2 x 5 0 4 0 N F ( 1 1 5 ) N F ( 1 0 6 ) N F ( 1 0 2 ) N F * N o f a i l u r e * * V a l u e s i n b r a c k e t a r e f o r w o r s t c a s e s c e n a r i o a n d o t h e r v a l u e s a r e f o r b e s t c a s e s c e n a r i o 1 9 2 4 0 m m 2 2 . 5 k N / m H } F t t t t t t ] 4 0 m m j : " f , - 3 O M P a c - f = 4 0 0 M P i f . 1 1 \ Y a l l \ 5 0 0 m m 6 m \ ( a ) S i m p l y S u p p o r t e d B e a m 6 d 1 2 0 m m 2 2 . 5 k N / m / r l r t t t i i k g \ ¢ 1 0 m m s t i r r u o s ‘ r i f — — — — 1 6 m 3 0 0 m m ( b ) A x 1 a l l y R e s t r a i n e d B e a m ( c ) C r o s s - s e c t i o n F i g u r e 5 . 1 — C r o s s - s e c t i o n a n d E l e v a t i o n o f R C B e a m u s e d i n S e n s i t i v i t y S t u d y T i m e ( m i n ) O 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 o 1 1 r r t 1 r r l J 1 1 4 r i f - 1 0 0 — _ _ _ _ _ _ _ I " I I I _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - 2 0 0 , . . . . . . . . . . . . . ‘ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i g ; U p p e r L o w e r - 3 0 0 : _ _ _ _ _ _ _ _ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 - 4 0 0 D e fl e c t i o n ( m m ) - 5 0 0 j - 6 0 0 ; . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - . _ - 7 0 0 ‘ i L r m ; - - - S i m p l y s u p p o r t e d i m i _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ l _ » _ J — u — A x i a l r e s t r a i n e d ‘ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F i g u r e 5 . 2 — E f f e c t o f V a r i a t i o n i n T h e r m a l C o n d u c t i v i t y o n F i r e R e s p o n s e o f R C B e a m s 1 9 3 T i m e ( m i n ) 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 0 1 . 1 1 1 L 4 L 1 . 1 : F F . W 1 “ 3 - 1 o o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - . . . . . . . _ . r = s i 3 E - 2 0 0 : - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - . - - - - - - - - - - - ~ - - - - - - - - - - - - - . - - - - - - - - - - - - - - - - U p p e r - - - - - - - - - - g . , 5 } ' L o w e r . 5 _ 3 0 0 M — S l m p l y s u p p o r t e d i m ; _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ : _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ g ‘ + A x i a l r e s t r a i n e d l ' 3 “ H : F f E i 8 . 4 0 0 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . r T f I ' . 1 ; : : : - 5 O O « - - - - - - - - - - - - - - Q . H a r r r ~ r v ~ § - n - ~ « 7 7 7 7 7 3 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - i i ’ L o w e r 1 : U p p e r - 6 0 0 F i g u r e 5 . 3 — E f f e c t o f V a r i a t i o n H e a t C a p a c i t y o n F i r e R e s p o n s e o f R C B e a m s T i m e ( m i n ) 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 0 1 f 5 i _ L - 1 0 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - 2 0 0 _ ' . . . - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ E ' 3 ' L o w e r E U e r . E , - 3 0 0 _ . . . . . . . . . . . . . . . . . . E ’ . . . . . . . . . . . . p p _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ : 9 . — — S i m p l y s u p p o r t e d 1 I 8 . 4 0 0 - . . . . . . . . . . . . . . 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a : . 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A : t : ; : . q T e S t — i - 8 0 7 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - — — M o d e | ( b e s t ) ] ‘ z i ' 9 i — M o d e l ( w o r s t ) 5 : - 5 6 0 - - - - - - - - - - - - - g - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - I I I I I I 5 I I I I I I p — — — — _ — — _ — q — — — — ' _ — _ ” _ _ _ — q — — — — ‘ — — — — — — — _ — 4 I I I I I I I I I I I I I l ' 4 I I I I I I . I I I I I I ‘ I I I I . I I I I . I I I I I I I I i I I - — ‘ - - - * - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - I - - - - - - - - - - - - , - - - - - - - - - - - I I I _ I I | I I I I I i I I I I I I I I I “ I I I I . I I i I I I I l I I I I I I I I I I I I I l I I I - 3 2 0 : 7 . . . . . . . . . . | . ' m . ' . t - _ 1 8 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 0 0 ‘ ' F i g u r e 5 . 5 2 — M e a s u r e d a n d P r e d i c t e d M i d - s p a n D e f e c l e c t i o n a s a F u n c t i o n o f T i m e f o r H S C B e a m B 5 2 1 9 ) m m ( n o i t c e l f e D ) N k ( e c r o f l a i x A T i m e ( m i n ) 3 6 0 o 6 0 1 2 0 1 8 0 2 4 0 3 0 0 0 I ‘ I I I I I I ‘ I I ' I I ‘ - 8 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . — 1 6 0 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 ‘ i i 1 I i t s ? ” ' 5 - 2 4 o - . 7 7 7 7 7 7 : 7 7 7 7 7 5 ‘ 5 . . . . . . . . . 7 ' : D e fl e c t i o n ‘ — M o d e | ( b e s t ) ‘ l i m i t 1 8 0 ‘ l — N b d e l ( w o r s t ) - 3 2 0 _ ‘ F i g u r e 5 . 5 3 — M e a s u r e d a n d P r e d i c t e d M i d - s p a n D e f e c l e c t i o n a s a F u n c t i o n o f T i m e f o r H S C B e a m B 6 1 5 0 1 2 0 7 p 3 5 § . . . . . . . . . I I I I T I I I I I I I I I F I I I N . 3 i 9 0 7 . . ' : . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 0 A 7 7 7 7 7 7 ' 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 " T E E S — 5 _ T 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 ‘ I ‘ — M o d e | ( b e s t ) i 3 0 : _ ' V — E M o d e I ( w o r s t ) i 3 o V V V V , V V V o 6 0 1 2 0 1 8 0 2 4 0 3 0 0 3 6 0 T i m e ( m i n ) F i g u r e 5 . 5 4 - M e a s u r e d a n d P r e d i c t e d A x i a l R e s t r a i n t F o r c e a s a F u n c t i o n o f T i m e f o r N S C B e a m B 2 2 2 0 1 5 0 1 2 0 : 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 . . 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 E . ‘ I I I I - I I I . ‘ . i ‘ . 9 0 7 7 7 7 7 7 7 ' I ' ! 7 - - . . 7 . . . . ' . 7 . 7 - _ 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 3 ‘ j " - - - - . . ' § . 5 s o 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . < . 3 7 , , i 1 - T e s t ‘ 3 ° ‘ . — M o d e l ( b e s t ) ~ . . § j — M o d e l ( w o r s t ) I j " " " ' ' 0 V V V . V V I . V V ‘ V V I o 6 0 1 2 0 1 8 0 2 4 0 3 0 0 3 6 0 T i m e ( m i n ) F i g u r e 5 . 5 5 — M e a s u r e d a n d P r e d i c t e d A x i a l R e s t r a i n t F o r c e a s a F u n c t i o n o f T i m e f o r H S C B e a m B 6 2 2 1 C h a p t e r 6 6 . P a r a m e t r i c S t u d i e s 6 . 1 G e n e r a l T h e n u m e r i c a l m o d e l p r e s e n t e d i n C h a p t e r 4 i s a p p l i e d t o i n v e s t i g a t e t h e e f f e c t o f v a r i o u s p a r a m e t e r s o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s . T h e s t u d i e d p a r a m e t e r s a r e : s e c t i o n c h a r a c t e r i s t i c s ( i n c l u d i n g b e a m s w i d t h a n d c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s ) , l o a d l e v e l , a g g r e g a t e t y p e , a x i a l r e s t r a i n t s t i f f n e s s , s p a n - t o - d e p t h r a t i o , l o c a t i o n o f a x i a l r e s t r a i n t f o r c e , r o t a t i o n a l r e s t r a i n t , fi r e s c e n a r i o , c o n c r e t e s t r e n g t h , a n d f a i l u r e c r i t e r i a . A s i l l u s t r a t e d i n C h a p t e r 2 , t h e r e i s l a r g e v a r i a t i o n i n h i g h t e m p e r a t u r e p r o p e r t i e s f o r c o n c r e t e a n d r e i n f o r c i n g s t e e l . T h u s , t h e p a r a m e t r i c s t u d i e s a r e c o n d u c t e d u s i n g t h e a v e r a g e m a t e r i a l p r o p e r t i e s ( o b t a i n e d b y a v e r a g i n g t h e w o r s t a n d b e s t c a s e s c e n a r i o s o f m a t e r i a l p r o p e r t i e s ) . T h e r e a s o n f o r u s i n g t h e a v e r a g e m a t e r i a l p r o p e r t i e s i s t h e f a c t t h a t fi r e i s a r a r e e v e n t , a n d t h e r e f o r e fi r e d e s i g n i s g e n e r a l l y p e r f o r m e d u s i n g t h e m o s t l i k e l y e x p e c t e d ( a v e r a g e ) m a t e r i a l p r o p e r t i e s ( B u c h a n a n 2 0 0 2 ) . T h u s , i t i s r e a s o n a b l e t o u s e t h e a v e r a g e h i g h t e m p e r a t u r e p r o p e r t i e s t o c a r r y o u t t h e p a r a m e t r i c s t u d i e s . I t s h o u l d b e n o t e d 2 2 2 t h a t t h e e f f e c t o f t h e s t u d i e d p a r a m e t e r s o n t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s i s n o t s i g n i fi c a n t l y i n fl u e n c e d b y v a r i a t i o n i n t h e h i g h t e m p e r a t u r e p r o p e r t i e s . R e s u l t s f r o m t h e p a r a m e t r i c s t u d i e s a r e p r e s e n t e d i n t h i s c h a p t e r . 6 . 2 F a c t o r s I n fl u e n c i n g F i r e R e s i s t a n c e A s t a t e - o f - t h e - a r t r e v i e w c l e a r l y i n d i c a t e s t h a t s e v e r a l f a c t o r s g o v e r n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s . I t w a s s h o w n t h r o u g h q u a l i t a t i v e p a r a m e t r i c s t u d i e s ( K o d u r a n d D w a i k a t 2 0 0 8 b , D w a i k a t a n d K o d u r 2 0 0 8 a ) t h a t t h e m a i n f a c t o r s i n fl u e n c i n g t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s a r e : 0 S e c t i o n a l c h a r a c t e r i s t i c s ( b e a m w i d t h , c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s a n d s t e e l r a t i o ) , 0 L o a d r a t i o , 0 A g g r e g a t e t y p e , 0 A x i a l a n d r o t a t i o n a l r e s t r a i n t s t i f f n e s s , o S p a n - t o - d e p t h r a t i o , 0 L o c a t i o n o f a x i a l r e s t r a i n t , 0 F i r e s c e n a r i o , 0 C o n c r e t e s t r e n g t h , 0 F a i l u r e c r i t e r i a , D e t a i l e d p a r a m e t r i c s t u d i e s w e r e c o n d u c t e d t o q u a n t i f y t h e i n fl u e n c e o f e a c h o f t h e a b o v e f a c t o r s o n t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s a n d t h e r e s u l t s a r e p r e s e n t e d i n S e c t i o n 6 . 4 . 2 2 3 6 . 3 N u m e r i c a l S t u d i e s 6 . 3 . 1 B e a m C h a r a c t e r i s t i c s F o r t h e p a r a m e t r i c s t u d i e s , R C b e a m s w i t h f o u r d i f f e r e n t c r o s s - s e c t i o n s a r e s e l e c t e d . T h e r e i n f o r c e m e n t r a t i o i n t h e s e b e a m s ( r a t i o o f a r e a o f t e n s i o n s t e e l t o t h e e f f e c t i v e a r e a o f t h e b e a m c r o s s - s e c t i o n ) i s i n t h e r a n g e o f 0 . 6 t o 1 . 7 % , w h i c h l i e s w i t h i n t h e m i n i m u m a n d m a x i m u m l i m i t s s p e c i fi e d i n A C I 3 1 8 ( 2 0 0 8 ) . T h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f c o n c r e t e i s v a r i e d f r o m 3 0 M P a t o 1 0 0 M P a , w h i l e t h e y i e l d s t r e n g t h o f r e b a r s i s a s s u m e d t o b e 4 1 3 M P a ( G r a d e 6 0 s t e e l b a r s ) . D e t a i l s o f t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e f o u r c r o s s - s e c t i o n s o f t h e b e a m s a r e g i v e n i n T a b l e 6 . 1 . 6 . 3 . 2 A n a l y s i s V a r i a b l e s T h e p a r a m e t e r s v a r i e d i n t h e a n a l y s i s i n c l u d e f o u r d i f f e r e n t c o n c r e t e c r o s s - s e c t i o n s , t h r e e l o a d r a t i o s ( 3 0 % , 5 0 % a n d 7 0 % ) , t w o c o n c r e t e t y p e s ( N S C a n d H S C ) , t w o a g g r e g a t e t y p e s ( c a r b o n a t e a n d s i l i c e o u s a g g r e g a t e ) , t h r e e s p a n - t o - d e p t h r a t i o s ( 8 , 1 3 , a n d 1 8 ) , t h r e e d e g r e e s o f a x i a l r e s t r a i n t s t i f f n e s s ( O , 5 0 k N / m m a n d 2 0 0 k N / m m ) a n d fi v e l o c a t i o n s ( Y / H ) o f t h e a x i a l r e s t r a i n t ( 0 . 3 , 0 . 4 , 0 . 5 , 0 . 6 a n d 0 . 7 ) . T h e l o c a t i o n o f a x i a l r e s t r a i n t i s m e a s u r e d f r o m t h e t o p m o s t fi b e r o f t h e b e a m c r o s s - s e c t i o n a s a r a t i o o f t h e t o t a l d e p t h o f t h e b e a m . B o t h r o t a t i o n a l l y r e s t r a i n e d a n d u n r e s t r a i n e d R C b e a m s a r e u s e d i n t h e a n a l y s i s . I n a d d i t i o n , t o i n v e s t i g a t e t h e e f f e c t o f fi r e s c e n a r i o s , s o m e o f t h e b e a m s w e r e a n a l y z e d u n d e r t w o s t a n d a r d fi r e e x p o s u r e s ( A S T M E 1 1 9 3 ( 2 0 0 8 ) s t a n d a r d fi r e a n d A S T M E 1 5 2 9 ( 1 9 9 3 ) h y d r o c a r b o n fi r e ) a n d t h r e e d e s i g n fi r e e x p o s u r e s ( F i r e 1 , F i r e 1 1 a n d F i r e I I I ) . T h e t i m e t e m p e r a t u r e c u r v e s f o r t h e fi v e fi r e s c e n a r i o s a r e g i v e n i n F i g u r e 6 . 1 . 2 2 4 E a c h o f t h e a n a l y z e d b e a m s i s d e s i g n a t e d b y fi v e c h a r a c t e r s a r r a n g e d f r o m l e f t t o r i g h t a s f o l l o w s : 0 C o n c r e t e t y p e ( N f o r N S C , a n d H f o r H S C ) , 0 A g g r e g a t e t y p e ( S f o r s i l i c e o u s a g g r e g a t e a n d C f o r c a r b o n a t e a g g r e g a t e ) , o C r o s s - s e c t i o n n u m b e r ( 1 , 2 , 3 o r 4 f o r t h e f o u r s e c t i o n s d e t a i l e d i n T a b l e 6 . 1 ) , 0 S u p p o r t c o n d i t i o n s ( S f o r s i m p l y s u p p o r t e d , A f o r a x i a l l y r e s t r a i n e d , R f o r r o t a t i o n a l l y r e s t r a i n e d a n d A R f o r a x i a l l y a n d r o t a t i o n a l l y r e s t r a i n e d b e a m s ) , o S p a n - t o - d e p t h r a t i o ( S r e p r e s e n t i n g s m a l l s p a n - t o - d e p t h r a t i o o f 8 , M r e p r e s e n t i n g m e d i u m s p a n - t o - d e p t h r a t i o o f 1 3 , a n d L r e p r e s e n t i n g l a r g e s p a n - t o - d e p t h r a t i o o f 1 8 ) . F o r e x a m p l e , d e s i g n a t i o n N C 2 A M i n d i c a t e s a b e a m m a d e o f N S C w i t h s i l i c e o u s a g g r e g a t e , o f c r o s s - s e c t i o n t y p e ‘ 2 ’ , a x i a l l y r e s t r a i n e d , a n d h a s m e d i u m s p a n - t o - d e p t h r a t i o o f 1 3 . A s i x t h c h a r a c t e r i n t h e f o r m o f n u m e r a l i s u s e d i n t h e d e s i g n a t i o n o f s o m e b e a m s , w h e r e t h e fi r s t fi v e c h a r a c t e r s o f t h e d e s i g n a t i o n w e r e r e p e a t e d . M o r e d e t a i l s o n o t h e r p a r a m e t e r s f o r t h e a n a l y z e d b e a m s ( s u c h a s l o a d r a t i o , a x i a l r e s t r a i n t s t i f f n e s s a n d l o c a t i o n o f a x i a l r e s t r a i n t ) a r e p r e s e n t e d i n T a b l e 6 . 2 . E a c h o f t h e s i m p l y s u p p o r t e d o r a x i a l l y r e s t r a i n e d b e a m s w a s d i s c r e t i z e d i n t o 4 0 s e g m e n t s , w h i l e e v e r y r o t a t i o n a l l y r e s t r a i n e d b e a m w a s d i s c r e d i t e d i n t o 8 0 s e g m e n t s . T h e c r o s s - s e c t i o n f o r e a c h s e g m e n t w a s i d e a l i z e d i n t o e l e m e n t s s u c h t h a t t h e m e s h s i z e i s 2 0 m m f o r N S C b e a m s a n d 1 0 f o r H S C b e a m s . S i n c e s p a l l i n g i s a c o n c e r n i n H S C m e m b e r s a fi n e r m e s h w a s s e l e c t e d f o r H S C b e a m s s o a s t o o b t a i n b e t t e r s p a l l i n g p r e d i c t i o n s . D e t a i l s o n t h e s t r u c t u r a l a n d c r o s s - s e c t i o n a l d i s c r e t i z a t i o n o f b e a m s a r e s h o w n i n F i g u r e 6 . 2 . 2 2 5 T h e a n a l y s i s w a s c a r r i e d o u t u s i n g t h e m a c r o s c o p i c fi n i t e e l e m e n t m o d e l , p r e s e n t e d i n C h a p t e r 4 , i n 2 . 5 m i n u t e t i m e i n c r e m e n t s t i l l f a i l u r e o c c u r r e d i n t h e b e a m . T h e f a i l u r e t i m e ( fi r e r e s i s t a n c e ) f o r t h e a n a l y z e d b e a m s i s e v a l u a t e d b a s e d o n s t r e n g t h a n d t w o d e fl e c t i o n l i m i t s t a t e s a s d i s c u s s e d i n C h a p t e r 4 . R e s u l t s f r o m p a r a m e t r i c s t u d i e s a r e u t i l i z e d t o i l l u s t r a t e t h e e f f e c t o f d i f f e r e n t p a r a m e t e r s o n t h e o v e r a l l fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s . 6 . 4 R e s u l t s o f P a r a m e t r i c S t u d i e s R e s u l t s f r o m t h e p a r a m e t r i c s t u d i e s a r e p r e s e n t e d i n T a b l e 6 . 2 a n d F i g u r e s 6 . 3 t o 6 . 2 0 w h e r e t i m e - d e fl e c t i o n c u r v e s f o r t h e a n a l y z e d b e a m s a r e p l o t t e d . T h e e f f e c t o f t h e s t u d i e d p a r a m e t e r s o n t h e t h e r m a l r e s p o n s e o f t h e b e a m ( r e b a r a n d c o n c r e t e t e m p e r a t u r e s ) i s n o t p r e s e n t e d h e r e b e c a u s e m a n y o f t h e s e p a r a m e t e r s s u c h a s l o a d r a t i o , s p a n - t o - d e p t h r a t i o a n d r e s t r a i n t d o n o t i n fl u e n c e t h e t h e r m a l r e s p o n s e o f t h e a n a l y z e d b e a m s . T h e e f f e c t o f e a c h o f t h e p a r a m e t e r s o n t h e fi r e r e s p o n s e i s d i s c u s s e d b e l l o w . 6 . 4 . 1 E f f e c t o f S e c t i o n a l D i m e n s i o n s T h e c u r r e n t p r a c t i c e o f a c h i e v i n g r e q u i r e d fi r e r e s i s t a n c e i n R C b e a m s i s t h r o u g h t h e p r o v i s i o n o f s p e c i fi e d c o v e r t h i c k n e s s t o r e b a r s a n d s a t i s f y i n g m i n i m u m s e c t i o n s d i m e n s i o n s ( A C 1 2 1 6 . 1 2 0 0 7 , A S C E / S F P E 2 9 1 9 9 9 ) . T h e e f f e c t o f s e c t i o n c h a r a c t e r i s t i c s o n t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s i s i n v e s t i g a t e d b y a n a l y z i n g a s e t o f R C b e a m s m a d e o f f o u r c r o s s - s e c t i o n s , n a m e l y , C S l , C S 2 , C S 3 a n d C S 4 . A s u m m a r y o f t h e p r o p e r t i e s o f t h e s e c r o s s - s e c t i o n s i s g i v e n i n T a b l e 6 . 1 . R e s u l t s f r o m t h e a n a l y s i s a r e s h o w n i n F i g u r e s 6 . 3 a n d 6 . 4 a n d i n T a b l e 6 . 2 . 2 2 6 F i g u r e 6 . 3 s h o w s t h e v a r i a t i o n o f m i d - s p a n d e fl e c t i o n a s a f u n c t i o n o f fi r e e x p o s u r e t i m e f o r f o u r R C b e a m s , n a m e l y , N S l S M , N S 2 S M , N S 3 S M , a n d N S 4 S M , m a d e o f t h e f o u r c r o s s - s e c t i o n s . T h e f o u r b e a m s h a v e t h r e e d i f f e r e n t c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s e s a n d f o u r w i d t h s a s c a n b e s e e n i n T a b l e 6 . 1 . R e s u l t s f r o m t h e a n a l y s i s p l o t t e d i n F i g u r e 6 . 3 i l l u s t r a t e t h a t b o t h c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s a n d b e a m w i d t h h a v e s i g n i fi c a n t e f f e c t o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s . T h e fi g u r e s h o w s t h a t t h e m i d - s p a n d e fl e c t i o n o f b e a m N S 3 S M i s s m a l l e r t h a n t h a t o f b e a m N S l S M t h r o u g h o u t t h e fi r e e x p o s u r e t i m e . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e l a r g e w i d t h o f b e a m N S 3 S M ( a s c o m p a r e d t o b e a m N S l S M ) w h i c h s i g n i fi c a n t l y r e d u c e s t h e h e a t t r a n s m i s s i o n t o t h e c r o s s — s e c t i o n . I t c a n a l s o b e s e e n f r o m F i g u r e 6 . 3 t h a t c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s h a s s i g n i fi c a n t i n fl u e n c e o n t h e r e s p o n s e o f R C b e a m s e x p o s e d t o fi r e . B e a m N S 4 S M , d e s p i t e h a v i n g s m a l l e r w i d t h a s c o m p a r e d t o b e a m N S 3 S M , e x p e r i e n c e d s m a l l e r d e fl e c t i o n p a r t i c u l a r l y a t l a t e r s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e l a r g e r c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s f o r b e a m N S 4 S M ( 6 0 m m ) a s c o m p a r e d t o t h a t o f b e a m N S 3 S M ( 4 0 m m ) . I n c r e a s e d c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s d e c r e a s e s r e b a r t e m p e r a t u r e a n d t h e r e f o r e s i g n i fi c a n t l y r e d u c e s t h e d e fl e c t i o n i n R C b e a m s a s s h o w n i n F i g u r e 6 . 3 . T h i s i s b e c a u s e l o w e r r e b a r t e m p e r a t u r e , r e s u l t i n g f r o m i n c r e a s e d c o n c r e t e c o v e r , i s a s s o c i a t e d w i t h s m a l l e r p l a s t i c a n d c r e e p s t r a i n s a n d a l s o l e s s e r d e t e r i o r a t i o n o f s t r e n g t h , w h i c h l e a d s t o r e d u c e d d e fl e c t i o n s i n t h e b e a m . S i m i l a r t r e n d s a r e o b s e r v e d f o r b e a m s N C l A M , N C 2 A M , N C 3 A M , a n d N C 4 A M w h i c h a r e a x i a l l y r e s t r a i n e d a s c a n b e s e e n i n F i g u r e 6 . 4 . C o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s a n d b e a m w i d t h h a v e s i g n i fi c a n t i n fl u e n c e o n t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s b a s e d o n t h r e e s e t s o f f a i l u r e c r i t e r i a , a s c a n b e s e e n i n T a b l e 6 . 2 . T h e t a b l e s h o w s t h a t i n c r e a s i n g t h e b e a m w i d t h f r o m 3 0 0 t o 7 0 0 m m i n c r e a s e s t h e fi r e r e s i s t a n c e , 2 2 7 f o r s t r e n g t h f a i l u r e c r i t e r i o n , b y a b o u t 5 0 m i n u t e s . T h i s i s d u e t o s l o w e r h e a t t r a n s m i s s i o n t o t h e c o n c r e t e s e c t i o n , a n d t h u s s m a l l e r l o s s o f s t r e n g t h , w i t h i n c r e a s i n g b e a m w i d t h . T h e r e s u l t s i n t h e t a b l e a l s o i n d i c a t e t h a t b e a m N S 4 S M , t h o u g h h a s s m a l l e r w i d t h t h a n b e a m N S 3 S M , h a s h i g h e r fi r e r e s i s t a n c e d u e t o i t s l a r g e r c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s . I n c r e a s i n g c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s d e c r e a s e s r e b a r t e m p e r a t u r e a n d r e d u c e s d e fl e c t i o n a n d r a t e o f d e fl e c t i o n a s c a n b e s e e n i n F i g u r e s 6 . 3 a n d 6 . 4 . 6 . 4 . 2 E f f e c t o f L o a d L e v e l T o i n v e s t i g a t e t h e e f f e c t o f l o a d o n fi r e r e s i s t a n c e , t h e b e a m s w e r e a n a l y z e d u n d e r t h r e e l o a d r a t i o s , n a m e l y , 3 0 % , 5 0 % a n d 7 0 % . T h e l o a d r a t i o i s c a l c u l a t e d a s t h e r a t i o o f t h e a p p l i e d l o a d u n d e r fi r e c o n d i t i o n s t o t h e c a p a c i t y o f t h e b e a m a t r o o m t e m p e r a t u r e c o m p u t e d a s p e r A C I 3 1 8 ( 2 0 0 8 ) . T h e e f f e c t o f l o a d r a t i o o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s i s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e s 6 . 5 a n d 6 . 6 a n d T a b l e 6 . 2 . F i g u r e 6 . 5 s h o w s t h e v a r i a t i o n o f d e fl e c t i o n w i t h fi r e e x p o s u r e t i m e f o r t h r e e s i m p l y s u p p o r t e d R C b e a m s d e s i g n a t e d a s N S l S S l , N S l S S 2 a n d N S l S S 3 . I t c a n b e s e e n f r o m F i g u r e 6 . 5 t h a t l o a d l e v e l h a s s i g n i fi c a n t i n fl u e n c e o n t h e d e fl e c t i o n a n d t h e r a t e o f d e fl e c t i o n o f R C b e a m s . T h e fi g u r e s h o w s t h a t a n i n c r e a s e d l o a d r a t i o i n c r e a s e s d e fl e c t i o n , a s w e l l a s r a t e o f d e fl e c t i o n ( s i g n i fi c a n t l y a t l a t e r s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e ) . T h i s i s b e c a u s e a n i n c r e a s e d l o a d l e v e l c a u s e s e a r l y y i e l d i n g o f t h e s t e e l r e i n f o r c e m e n t a n d t h u s i n c r e a s e s t h e p l a s t i c a n d c r e e p s t r a i n s . T h i s l e a d s t o l o w e r s t i f fi t e s s i n t h e b e a m a n d r e s u l t s i n s i g n i fi c a n t i n c r e a s e i n d e fl e c t i o n a n d r a t e o f d e fl e c t i o n . S i m i l a r t r e n d s c a n b e s e e n i n F i g u r e 6 . 6 w h i c h s h o w s t h e v a r i a t i o n o f d e fl e c t i o n w i t h fi r e e x p o s u r e t i m e f o r t h r e e a x i a l l y r e s t r a i n e d b e a m s ( N C 3 A M 1 , N C 3 A M , a n d N C 3 A M 2 ) . H o w e v e r , F i g u r e 6 . 6 s h o w s t h a t t h e r a t e o f d e fl e c t i o n ( s l o p o f t i m e d e fl e c t i o n c u r v e ) i n 2 2 8 t h e s e t h r e e b e a m s d e c r e a s e s a t e a r l y s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e t i m e t o a c e r t a i n v a l u e t h e n i n c r e a s e s a g a i n . T h i s r e d u c t i o n i n t h e r a t e o f d e fl e c t i o n a t e a r l y s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e t i m e c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e d e v e l o p e d a x i a l r e s t r a i n t f o r c e w h i c h p r o d u c e s a c o u n t e r a c t i n g m o m e n t i n a m e c h a n i s m s i m i l a r t o a r c h a c t i o n a s d i s c u s s e d i n C h a p t e r 2 . T h e c o u n t e r a c t i n g m o m e n t r e d u c e s t h e e f f e c t o f t h e a p p l i e d l o a d , w h i c h e n h a n c e s t h e s t i f f n e s s a n d d e c r e a s e s t h e d e fl e c t i o n a n d r a t e o f d e fl e c t i o n o f t h e b e a m . A t l a t e r s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e , t h e e f f e c t o f t h e a r c h a c t i o n b e c o m e s s m a l l d u e t o t h e l a r g e d e g r a d a t i o n i n t h e s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s o f t h e c o n s t i t u e n t m a t e r i a l s a n d t h u s t h e r a t e o f d e fl e c t i o n i n c r e a s e s a s c a n b e s e e n f r o m F i g u r e 6 . 6 . F i r e r e s i s t a n c e v a l u e s p r e s e n t e d i n T a b l e 6 . 2 s h o w t h a t l o a d l e v e l h a s a s i g n i fi c a n t i n fl u e n c e o n t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s , p r e d i c t e d b a s e d o n s t r e n g t h a n d d e fl e c t i o n f a i l u r e c r i t e r i a . I t c a n b e s e e n t h a t i n c r e a s e d l o a d l e v e l s i g n i fi c a n t l y r e d u c e s t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e f a c t t h a t a h i g h e r l o a d l e v e l c a u s e s e a r l y s o f t e n i n g a n d w e a k e n i n g o f t h e c o n s t i t u e n t m a t e r i a l s l e a d i n g t o e a r l y ‘ s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s r e d u c t i o n o f t h e b e a m . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t c u r r e n t p r e s c r i p t i v e a p p r o a c h i s d e r i v e d f r o m s t a n d a r d fi r e t e s t s w h e r e t h e l o a d r a t i o i s g e n e r a l l y 5 0 % . T h e r e s u l t s p r e s e n t e d a b o v e i l l u s t r a t e t h a t fi r e r e s i s t a n c e , c o m p u t e d b a s e d o n p r e s c r i p t i v e a p p r o a c h , m a y n o t b e c o n s e r v a t i v e i f t h e l o a d r a t i o i s h i g h e r t h a n 5 0 % . 6 . 4 . 3 E f f e c t o f A g g r e g a t e T y p e P r e v i o u s s t u d i e s h a v e s h o w n t h a t t h e t y p e o f a g g r e g a t e i n c o n c r e t e i n fl u e n c e s t h e h i g h t e m p e r a t u r e c o n c r e t e p r o p e r t i e s a n d t h u s t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C m e m b e r s . T h e e f f e c t o f a g g r e g a t e t y p e o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s i s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e s 6 . 7 a n d 6 . 8 a n d T a b l e 6 . 2 . F i g u r e 6 . 7 s h o w s t h e v a r i a t i o n o f d e fl e c t i o n w i t h fi r e e x p o s u r e t i m e f o r s i m p l y 2 2 9 s u p p o r t e d b e a m s N S Z S M a n d N C Z S M , w h i l e F i g u r e 6 . 8 s h o w s t h e v a r i a t i o n o f d e fl e c t i o n w i t h fi r e e x p o s u r e t i m e f o r a x i a l l y r e s t r a i n e d b e a m s N S 4 A M a n d N C 4 A M . B e a m s N C Z S M a n d N C 4 A M a r e f a b r i c a t e d f r o m c a r b o n a t e a g g r e g a t e ( p r e d o m i n a n t l y l i m e s t o n e ) c o n c r e t e , w h i l e b e a m s N S Z S M a n d N S 4 A M a r e f a b r i c a t e d f r o m s i l i c e o u s a g g r e g a t e ( p r e d o m i n a n t l y q u a r t z ) c o n c r e t e . I t c a n b e s e e n f r o m F i g u r e s 6 . 7 a n d 6 . 8 t h a t t h e c a r b o n a t e a g g r e g a t e c o n c r e t e b e a m a t t a i n s m u c h l o w e r d e fl e c t i o n t h r o u g h o u t t h e fi r e e x p o s u r e t i m e . T h i s i s m a i n l y b e c a u s e o f t h e h i g h t h e r m a l c a p a c i t y o f c a r b o n a t e a g g r e g a t e r e s u l t i n g f r o m a n e n d o t h e r m i c r e a c t i o n t h a t o c c u r s d u e t o d i s a s s o c i a t i o n o f d o l o m i t e i n c a r b o n a t e a g g r e g a t e . T h i s e n d o t h e r m i c r e a c t i o n , w h i c h o c c u r s i n 6 5 0 - 7 0 0 ° C t e m p e r a t u r e r a n g e , l e a d s t o t h e c o n s u m p t i o n o f l a r g e a m o u n t o f h e a t a n d s i g n i fi c a n t l y i n c r e a s e s t h e s p e c i fi c h e a t w h i c h i s a b o u t 1 0 t i m e s h i g h e r t h a n t h a t f o r s i l i c e o u s a g g r e g a t e c o n c r e t e . I n a d d i t i o n , c a r b o n a t e a g g r e g a t e c o n c r e t e g e n e r a l l y h a s l o w e r t h e r m a l c o n d u c t i v i t y t h a n t h a t o f s i l i c e o u s a g g r e g a t e c o n c r e t e a s c a n b e s e e n w h e n c o m p a r i n g F i g u r e 5 . 1 1 t o F i g u r e 5 . 1 2 . T h e h i g h t h e r m a l c a p a c i t y a n d t h e l o w t h e r m a l c o n d u c t i v i t y o f c a r b o n a t e a g g r e g a t e s r e s u l t s i n l o w e r t e m p e r a t u r e , a n d t h u s l o w e r d e fl e c t i o n . T h e r e f o r e , t h e c a r b o n a t e a g g r e g a t e c o n c r e t e b e a m h a s l o w e r m i d - s p a n d e fl e c t i o n t h a n s i l i c e o u s a g g r e g a t e c o n c r e t e b e a m . T h e fi r e r e s i s t a n c e v a l u e s p r e s e n t e d i n T a b l e 6 . 2 s h o w t h a t a g g r e g a t e t y p e h a s s i g n i fi c a n t e f f e c t o n t h e f a i l u r e t i m e o f R C b e a m s . I t c a n b e s e e n fi o m T a b l e 6 . 2 t h a t t h e fi r e r e s i s t a n c e o f b e a m s m a d e w i t h c a r b o n a t e a g g r e g a t e c o n c r e t e i s a b o u t 2 0 % t o 3 0 % h i g h e r t h a n t h a t f o r b e a m s m a d e o f s i l i c e o u s a g g r e g a t e c o n c r e t e . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e h i g h t h e r m a l c a p a c i t y a n d l o w t h e r m a l c o n d u c t i v i t y o f c a r b o n a t e a g g r e g a t e c o n c r e t e 2 3 0 w h i c h r e d u c e s t h e t e m p e r a t u r e i n t h e b e a m ( m a d e o f c a r b o n a t e a g g r e g a t e c o n c r e t e ) a n d t h u s i m p r o v e t h e fi r e r e s p o n s e . 6 . 4 . 4 E f f e c t o f S p a n - t o - d e p t h R a t i o T h e e f f e c t o f s p a n - t o - d e p t h r a t i o o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s i s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 6 . 9 w h i c h s h o w s t h e v a r i a t i o n o f d e fl e c t i o n w i t h fi r e e x p o s u r e t i m e f o r t h r e e a x i a l l y r e s t r a i n e d b e a m s ( N S l A S , N S l A M a n d N S l A L ) w i t h d i f f e r e n t s p a n - t o - d e p t h r a t i o . I t c a n b e s e e n f r o m F i g u r e 6 . 9 t h a t t h e m i d - s p a n d e fl e c t i o n i n a l l b e a m s i n c r e a s e s w i t h fi r e e x p o s u r e t i m e . H o w e v e r , t h e r a t e o f i n c r e a s e i n d e fl e c t i o n i s h i g h e r f o r b e a m w i t h h i g h s p a n - t o - d e p t h r a t i o . T h i s i s m a i n l y b e c a u s e o f t h e r e d u c e d fl e x u r a l s t i f f n e s s o f s l e n d e r b e a m s ( h a v i n g h i g h s p a n - t o - d e p t h ) , w h i c h a r e p r o n e t o b u c k l i n g u n d e r i n c r e a s e d a x i a l r e s t r a i n t f o r c e t h a t d e v e l o p s u n d e r fi r e e x p o s u r e . F u r t h e r , t h e r e d u c e d fl e x u r a l s t i f f n e s s o f s l e n d e r b e a m s p r o d u c e s h i g h e r d e fl e c t i o n a t a n y fi r e e x p o s u r e t i m e . T h i s w i l l i n c r e a s e t h e s e c o n d a r y m o m e n t s d e v e l o p e d d u e t o t h e P - 5 e f f e c t ( t h e a x i a l f o r c e , P , a n d v e r t i c a l d e fl e c t i o n , 5 , w i l l l e a d t o d e v e l o p m e n t o f s e c o n d a r y m o m e n t s ) o f t h e a x i a l r e s t r a i n t f o r c e a n d w i l l i n t u r n c a u s e e v e n l a r g e r d e fl e c t i o n s u l t i m a t e l y l e a d i n g t o e a r l y f a i l u r e o f t h e b e a m . R e s u l t s fi ' o m t h e a n a l y s i s s h o w t h a t t h e fi r e r e s i s t a n c e o f u n r e s t r a i n e d R C b e a m s i s n o t s i g n i fi c a n t l y a f f e c t e d b y c h a n g i n g t h e s p a n - t o - d e p t h r a t i o o f t h e b e a m . T h i s i s b e c a u s e t h e s p a n l e n g t h h a s n o e f f e c t o n t h e m o m e n t c a p a c i t y a n d t h e t e m p e r a t u r e d i s t r i b u t i o n w i t h i n t h e b e a m c r o s s - s e c t i o n . T h u s , m a i n t a i n i n g t h e d e p t h o f t h e b e a m a n d c h a n g i n g i t s s p a n l e n g t h w i l l n o t a f f e c t i t s fi r e r e s i s t a n c e p r o v i d e d t h a t t h e l o a d l e v e l i s m a i n t a i n e d c o n s t a n t . F u r t h e r , t h e l a r g e d e fl e c t i o n a n d r a t e o f d e fl e c t i o n f o r l o n g e r b e a m s a r e 2 3 1 a s s o c i a t e d w i t h h i g h e r l i m i t s f o r d e fl e c t i o n a n d r a t e o f d e fl e c t i o n a s d i s c u s s e d i n C h a p t e r 4 ( t h e l i m i t f o r d e fl e c t i o n i s L / 2 0 a n d i s g i v e n b y E q . [ 4 . 7 5 ] f o r r a t e o f d e fl e c t i o n ) . T h e fi r e r e s i s t a n c e o f r e s t r a i n e d R C b e a m s i s s i g n i fi c a n t l y i n fl u e n c e d b y t h e s p a n - t o - d e p t h r a t i o o f t h e b e a m a s c a n b e s e e n f r o m T a b l e 6 . 2 . R e s u l t s i n t h i s t a b l e s h o w t h a t t h e fi r e r e s i s t a n c e i s c o n s i d e r a b l y r e d u c e d b y i n c r e a s i n g t h e s p a n - t o - d e p t h r a t i o . A s a n i l l u s t r a t i o n , t h e fi r e r e s i s t a n c e f o r t h e t h r e e b e a m s ( c o m p u t e d b a s e d o n s t r e n g t h f a i l u r e c r i t e r i a ) d e c r e a s e s fi ' o m 2 0 0 m i n u t e s t o 7 5 m i n u t e s w h e n t h e s p a n - t o - d e p t h r a t i o i s i n c r e a s e d f r o m 8 t o 1 8 . T h i s i s m a i n l y b e c a u s e s l e n d e r b e a m s a r e m o r e s u s c e p t i b l e t o b u c k l i n g u n d e r a x i a l r e s t r a i n t f o r c e a s d i s c u s s e d a b o v e . I n g e n e r a l , t h e h i g h e r t h e s p a n - t o - d e p t h r a t i o , t h e l o w e r i s t h e fi r e r e s i s t a n c e p r o v i d e d t h a t a l l o t h e r p r o p e r t i e s o f t h e b e a m a r e m a i n t a i n e d c o n s t a n t . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t t h e s p a n - t o - d e p t h r a t i o i s n o t c o n s i d e r e d i n t h e c u r r e n t a p p r o a c h f o r e v a l u a t i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s a s d i s c u s s e d i n C h a p t e r 2 . T h i s m a y l e a d t o u n c o n s e r v a t i v e fi r e r e s i s t a n c e v a l u e s f o r s l e n d e r R C b e a m s w h e n t h e s p a n - t o - d e p t h r a t i o i s h i g h . 6 . 4 . 5 E f f e c t o f D e g r e e o f A x i a l R e s t r a i n t S t i f f n e s s T h e e f f e c t o f t h e d e g r e e o f a x i a l r e s t r a i n t o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s c a n b e g a u g e d f r o m t h e r e s u l t s p r e d i c t e d i n F i g u r e 6 . 1 0 a n d 6 . 1 1 a n d T a b l e 6 . 2 . F i g u r e 6 . 1 0 s h o w s t h e v a r i a t i o n o f d e fl e c t i o n w i t h fi r e e x p o s u r e t i m e f o r R C b e a m s N S l S S Z , N S l A S a n d N S l A S l h a v i n g s p a n - t o - d e p t h r a t i o o f 8 , w h i l e F i g u r e 6 . 1 1 s h o w s t h e v a r i a t i o n o f d e fl e c t i o n w i t h fi r e e x p o s u r e t i m e f o r R C b e a m s N S l S L l , N S l A L a n d N S l A L 3 ( w i t h s p a n - t o - d e p t h r a t i o o f 1 8 ) . T h e b e a m s i n e a c h fi g u r e h a v e a n a x i a l r e s t r a i n t s t i f f n e s s o f 0 , 5 0 , a n d 2 0 0 k N / m m , r e s p e c t i v e l y , w h i c h r e p r e s e n t t y p i c a l v a l u e s o f a x i a l r e s t r a i n t e n c o u n t e r e d i n p r a c t i c e . 2 3 2 I t c a n b e s e e n f r o m F i g u r e s 6 . 1 0 a n d 6 . 1 1 t h a t t h e a x i a l r e s t r a i n t s t i f f n e s s s i g n i fi c a n t l y i n fl u e n c e t h e d e fl e c t i o n o f R C b e a m s e x p o s e d t o fi r e . I t c a n a l s o b e s e e n t h a t t h e e f f e c t o f a x i a l r e s t r a i n t o n R C b e a m s e x p o s e d t o fi r e i s l a r g e l y d e p e n d e n t o n t h e s p a n - t o - d e p t h r a t i o f o r b e a m . F i g u r e 6 . 1 0 s h o w s t h a t f o r d e e p b e a m s ( l o w s p a n - t o - d e p t h r a t i o ) , t h e d e fl e c t i o n d e c r e a s e s f o r i n c r e a s e d a x i a l r e s t r a i n t s t i f f n e s s a t a n y s t a g e o f fi r e e x p o s u r e . T h i s i s b e c a u s e t h e fi r e i n d u c e d a x i a l r e s t r a i n t f o r c e c r e a t e s a n a r c h a c t i o n w h i c h l e a d s t o t h e d e v e l o p m e n t o f a c o u n t e r a c t i n g m o m e n t t h a t r e d u c e s t h e e f f e c t o f t h e a p p l i e d l o a d i n g ( D w a i k a t a n d K o d u r 2 0 0 8 a ) . O n t h e o t h e r h a n d , F i g u r e 6 . 1 1 s h o w s t h a t f o r s l e n d e r b e a m s , t h e d e fl e c t i o n i n c r e a s e s f o r i n c r e a s e d a x i a l r e s t r a i n t s t i f f n e s s a t l a t e s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e . T h i s i s d u e t o t h e P - 5 e f f e c t w h i c h c r e a t e s a d d i t i o n a l m o m e n t s t h a t i n c r e a s e t h e e f f e c t o f t h e a p p l i e d l o a d i n g a n d t h u s i n c r e a s e d e fl e c t i o n s . F u r t h e r , t h e l o w d e p t h o f t h e b e a m , c o m p a r e d t o i t s s p a n l e n g t h , m a k e s t h e d e v e l o p e d a r c h a c t i o n l e s s e f f i c i e n t i n r e d u c i n g t h e d e fl e c t i o n . R e s u l t s f r o m t h e a n a l y s i s p r e s e n t e d i n T a b l e 6 . 2 s h o w t h a t t h e a x i a l r e s t r a i n t s t i f f n e s s h a s a s i g n i fi c a n t e f f e c t o n t h e fi r e r e s i s t a n c e a n d i t s e x t e n t d e p e n d s o n t h e s p a n - t o - d e p t h r a t i o o f t h e b e a m . I n g e n e r a l , t h e h i g h e r t h e a x i a l r e s t r a i n t s t i f f n e s s , t h e h i g h e r t h e fi r e i n d u c e d a x i a l r e s t r a i n t f o r c e . T h i s p r o d u c e s b u c k l i n g i n t h e b e a m a n d t h u s l o w e r fi r e r e s i s t a n c e f o r s l e n d e r b e a m s w i t h h i g h s p a n - t o - d e p t h r a t i o . H o w e v e r , f o r d e e p b e a m s , i n c r e a s i n g t h e a x i a l r e s t r a i n t s t i f f n e s s m a k e s t h e a r c h a c t i o n , d e v e l o p e d u n d e r fi r e c o n d i t i o n s , m o r e e f f e c t i v e a n d t h i s i n t u r n i n c r e a s e s t h e fi r e r e s i s t a n c e o f t h e b e a m . 6 . 4 . 6 E f f e c t o f L o c a t i o n o f A x i a l R e s t r a i n t T h e e f f e c t o f t h e l o c a t i o n o f a x i a l r e s t r a i n t o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s i s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 6 . 1 2 a n d 6 . 1 3 a n d T a b l e 6 . 2 . F i v e p o s i t i o n s o f a x i a l r e s t r a i n t ( Y / H ) , n a m e l y , 0 . 3 , 2 3 3 0 . 4 , 0 . 5 , 0 . 6 , a n d 0 . 7 w e r e u s e d i n t h e a n a l y s i s . T h e d e fi n i t i o n o f Y a n d H c a n b e s e e n i n F i g u r e 6 . 1 2 . F i g u r e 6 . 1 2 s h o w s v a r i a t i o n o f d e fl e c t i o n w i t h fi r e e x p o s u r e t i m e f o r R C b e a m s N S l A S ] , N S l A S Z , N S l A S , N S l A S 4 , a n d N S l A S S h a v i n g s p a n - t o - d e p t h r a t i o o f 8 , w h i l e F i g u r e 6 . 1 3 s h o w s t h e v a r i a t i o n o f d e fl e c t i o n w i t h fi r e e x p o s u r e t i m e f o r R C b e a m s N S l A L l , N S l A L 2 , N S l A L , N S l A L 4 , a n d N S l A L S h a v i n g s p a n - t o — d e p t h r a t i o o f 1 8 . I t c a n b e s e e n f r o m F i g u r e s 6 . 1 2 a n d 6 . 1 3 t h a t t h e l o c a t i o n o f a x i a l r e s t r a i n t s i g n i fi c a n t l y i n fl u e n c e t h e d e fl e c t i o n o f R C b e a m s e x p o s e d t o fi r e , p a r t i c u l a r l y f o r d e e p b e a m s ( w i t h l o w s p a n - t o - d e p t h r a t i o ) . I t c a n a l s o b e s e e n t h a t t h e e f f e c t o f l o c a t i o n o f a x i a l r e s t r a i n t o n t h e r e s p o n s e o f R C b e a m s e x p o s e d t o fi r e i s l a r g e l y d e p e n d e n t o n t h e s p a n - t o - d e p t h r a t i o f o r b e a m . F i g u r e 6 . 1 2 s h o w s t h a t f o r d e e p b e a m s ( w i t h l o w s p a n - t o - d e p t h r a t i o ) t h e d e fl e c t i o n d e c r e a s e s w h e n t h e p o s i t i o n o f t h e a x i a l r e s t r a i n t i s s h i f t e d d o w n w a r d ( i n c r e a s i n g Y / H ) a t a n y s t a g e o f fi r e e x p o s u r e . T h i s i s b e c a u s e o f t h e a r c h a c t i o n , d e v e 1 0 p e d d u e t o t h e a x i a l r e s t r a i n t f o r c e , w h i c h b e c o m e s m o r e e f fi c i e n t w i t h t h e a x i a l r e s t r a i n t f o r c e s h i f t e d d o w n w a r d . F i g u r e 6 . 1 2 a l s o s h o w s t h a t t h e d e fl e c t i o n f o r b e a m N S l A S S ( f o r w h i c h t h e l o c a t i o n o f a x i a l r e s t r a i n t i s a t 0 . 7 t i m e s t h e b e a m d e p t h ) i n c r e a s e s a t e a r l y s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e a n d t h e n d e c r e a s e s t o r e a c h a m i n i m u m v a l u e a t a b o u t 3 0 0 m i n u t e s . T h i s r e d u c t i o n i s f o l l o w e d b y i n c r e a s e i n d e fl e c t i o n a t l a t e r s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e u n t i l f a i l u r e . T h i s t r e n d c a n b e e x p l a i n e d b y t h e a r c h a c t i o n , d i s c u s s e d a b o v e . A t e a r l y s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e , t h e d e v e l o p e d a x i a l r e s t r a i n t f o r c e i s s m a l l a n d t h u s t h e a r c h a c t i o n d o e s n o t s i g n i fi c a n t l y r e d u c e t h e e f f e c t o f t h e a p p l i e d l o a d i n g . H o w e v e r , t h e d e v e l o p e d a x i a l r e s t r a i n t f o r c e i n c r e a s e s w i t h fi r e e x p o s u r e t i m e m a k i n g t h e a r c h a c t i o n m o r e e f fi c i e n t i n o v e r c o m i n g t h e e f f e c t o f t h e a p p l i e d l o a d i n g a n d t h i s i n t u r n 2 3 4 r e d u c e s t h e d e fl e c t i o n o f t h e b e a m . A t l a t e r s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e , t h e a x i a l r e s t r a i n t f o r c e d e c r e a s e s d u e t o t h e l a r g e r e d u c t i o n i n t h e s t i f f n e s s o f t h e b e a m l e a d i n g t o a r e d u c e d e f f e c t o f t h e a r c h a c t i o n a n d t h u s t o i n c r e a s e d d e fl e c t i o n s . F i g u r e 6 . 1 3 s h o w s t h a t f o r s l e n d e r b e a m s , t h e d e fl e c t i o n d e c r e a s e s w h e n t h e p o s i t i o n o f a x i a l r e s t r a i n t i s s h i f t e d d o w n w a r d a t e a r l y s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e . H o w e v e r , a t l a t e s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e t i m e a n d b y s h i f t i n g t h e a x i a l r e s t r a i n t d o w n w a r d , t h e d e fl e c t i o n i n c r e a s e s t o a m a x i m u m v a l u e a n d d e c r e a s e s a g a i n . T h e fi g u r e s h o w s t h a t t h e m a x i m u m d e fl e c t i o n o c c u r s a t l a t e r s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e a n d t h u s t h e m i n i m u m f a i l u r e t i m e a r e o b t a i n e d w h e n t h e a x i a l r e s t r a i n i s a t t h e g e o m e t r i c a l c e n t r o i d o f t h e b e a m c r o s s - s e c t i o n ( Y / H = 0 . 5 ) . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e c o m b i n e d e f f e c t o f t h e a r c h a c t i o n a n d t h e P — S e f f e c t a s d i s c u s s e d i n S e c t i o n 6 . 4 . 5 . A t e a r l y s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e , t h e fi r e i n d u c e d a x i a l f o r c e ( P ) a n d t h e d e fl e c t i o n ( 8 ) i n t h e b e a m a r e s m a l l a n d t h u s t h e P - 5 e f f e c t i s s m a l l . T h e r e f o r e , t h e r e s p o n s e o f t h e b e a m i s p r e d o m i n a n t l y c o n t r o l l e d b y t h e a r c h a c t i o n w h i c h b e c o m e s m o r e e f fi c i e n t w h e n t h e l o c a t i o n o f t h e a x i a l r e s t r a i n t i s m o v e d d o w n w a r d a n d t h i s i n t u r n r e d u c e s t h e d e fl e c t i o n o f t h e b e a m . H o w e v e r , d e s p i t e t h e f a c t t h a t t h e e f f e c t o f t h e a r c h a c t i o n i s s m a l l w h e n Y / H < 0 . 5 , t h e d e v e l o p e d a x i a l f o r c e i n t h i s c a s e i s r e l a t i v e l y s m a l l t o c a u s e fl e x u r a l b u c k l i n g o f t h e b e a m a t l a t e r s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e . O n t h e o t h e r h a n d , w h e n Y / H > 0 . 5 , t h e e f f e c t o f t h e a r c h a c t i o n i s s i g n i fi c a n t a n d d o m i n a t e s t h e b e h a v i o r o f t h e b e a m . T h e r e f o r e , t h e d e fl e c t i o n i n t h e b e a m i s s m a l l e r a t l a t e r s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e t i m e . W h e n Y / H i s c l o s e t o 0 . 5 , t h e d e v e l o p e d a x i a l f o r c e i s s u f fi c i e n t l y l a r g e t o c a u s e e a r l y b u c k l i n g i n t h e b e a m a s c a n b e s e e n fi o m F i g u r e 6 . 1 3 . R e s u l t s p r e s e n t e d i n T a b l e 6 . 2 s h o w t h a t t h e p o s i t i o n o f a x i a l r e s t r a i n t h a s a s i g n i fi c a n t e f f e c t o n t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s a n d t h e e x t e n t o f i n fl u e n c e d e p e n d s o n t h e s p a n - 2 3 5 t o - d e p t h r a t i o . F o r d e e p b e a m s , s h i f t i n g t h e a x i a l r e s t r a i n t d o w n w a r d m a k e s t h e a r c h a c t i o n , d e v e l o p e d u n d e r fi r e c o n d i t i o n , m o r e e f f e c t i v e a n d t h i s w i l l i n t u r n i n c r e a s e fi r e r e s i s t a n c e . H o w e v e r , f o r s l e n d e r b e a m s , m i n i m u m fi r e r e s i s t a n c e i s o b t a i n e d w h e n t h e a x i a l r e s t r a i n t i s a t t h e g e o m e t r i c a l c e n t r o i d o f t h e b e a m c r o s s - s e c t i o n ( Y / H = 0 . 5 ) . T h i s i s m a i n l y d u e t o t h e c o m b i n e d e f f e c t o f t h e a r c h a c t i o n a n d t h e P — S e f f e c t a s d i s c u s s e d a b o v e . 6 . 4 . 7 E f f e c t o f R o t a t i o n a l R e s t r a i n t T h e e f f e c t o f t h e r o t a t i o n a l r e s t r a i n t o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s c a n b e g a u g e d b y l o o k i n g a t t h e r e s u l t s p r e s e n t e d i n F i g u r e 6 . 1 4 a n d 6 . 1 5 a n d T a b l e 6 . 2 . T h e s u p p o r t c o n d i t i o n s f o r t h e a n a l y z e d b e a m s a r e a s s u m e d t o b e r o t a t i o n a l l y u n r e s t r a i n e d a n d r o t a t i o n a l l y r e s t r a i n e d . F i g u r e 6 . 1 4 s h o w s t h e v a r i a t i o n o f d e fl e c t i o n w i t h fi r e e x p o s u r e t i m e f o r b e a m s N S Z S M a n d N S 2 R M ( s i m p l y s u p p o r t e d a n d r o t a t i o n a l l y r e s t r a i n e d , r e s p e c t i v e l y ) , w h i l e F i g u r e 6 . 1 5 s h o w s t h e v a r i a t i o n o f d e fl e c t i o n w i t h fi r e e x p o s u r e t i m e f o r b e a m s N S 4 A M a n d N S 4 A R M , w h i c h a r e a x i a l l y , a n d a x i a l l y a n d r o t a t i o n a l l y r e s t r a i n e d , r e s p e c t i v e l y . F i g u r e s 6 . 1 4 a n d 6 . 1 5 s h o w s t h a t r o t a t i o n a l r e s t r a i n t s i g n i fi c a n t l y r e d u c e s t h e d e fl e c t i o n f o r b o t h s i m p l y s u p p o r t e d a n d a x i a l l y r e s t r a i n e d b e a m s t h r o u g h o u t t h e fi r e e x p o s u r e d u r a t i o n . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e m o m e n t r e d i s t r i b u t i o n t h a t o c c u r s b e t w e e n s p a n ( p o s i t i v e m o m e n t ) a n d s u p p o r t ( n e g a t i v e m o m e n t ) s e c t i o n s . T h i s m o m e n t r e d i s t r i b u t i o n i n c r e a s e s t h e s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s o f t h e b e a m , w h i c h r e d u c e s t h e d e fl e c t i o n a n d i m p r o v e s t h e fi r e r e s p o n s e a t a n y fi r e e x p o s u r e t i m e . T h e fi r e r e s i s t a n c e o f t h e f o u r b e a m s i s t a b u l a t e d i n T a b l e 6 . 2 . T h e t a b l e s h o w s t h a t r o t a t i o n a l r e s t r a i n t s i g n i fi c a n t l y i n c r e a s e s t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . A s a n 2 3 6 i l l u s t r a t i o n , t h e fi r e r e s i s t a n c e o f r o t a t i o n a l l y r e s t r a i n e d b e a m N S 2 R M i s a b o u t 1 5 0 m i n u t e s h i g h e r t h a n t h a t f o r s i m p l y s u p p o r t e d b e a m N S 2 S M . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e m o m e n t r e d i s t r i b u t i o n ( u n d e r fi r e e x p o s u r e c o n d i t i o n s ) t a k i n g p l a c e b e t w e e n t h e s u p p o r t a n d t h e m i d - s p a n m o m e n t s , w h i c h i n c r e a s e s t h e c a p a c i t y o f t h e b e a m . F u r t h e r , u n d e r fi r e e x p o s u r e , t h e n e g a t i v e m o m e n t c a p a c i t y a t t h e b e a m s u p p o r t s d e c r e a s e s w i t h r e l a t i v e l y l o w e r r a t e s w h e n c o m p a r e d t o t h e s p a n m o m e n t c a p a c i t y . T h i s i s b e c a u s e t h e t e n s i o n r e b a r s a t s u p p o r t s e c t i o n s a r e r e l a t i v e l y a t f a r t h e r d e p t h s f r o m t h e fi r e e x p o s e d s u r f a c e o f t h e b e a m . T h u s , t h e t e m p e r a t u r e s i n t h e s e r e b a r s a r e m u c h l o w e r a n d h e n c e t h e s t r e n g t h l o s s i s m i n i m a l . T a b l e 6 . 2 a l s o s h o w s t h a t d e fl e c t i o n a n d r a t e o f d e fl e c t i o n l i m i t s t a t e s a r e n o t l i k e l y t o b e e x c e e d e d f o r r o t a t i o n a l l y , a n d a x i a l l y a n d r o t a t i o n a l l y r e s t r a i n e d R C b e a m s . T h i s i s b e c a u s e o f t h e i n fl u e n c e o f t h e d e v e l o p e d a r c h a c t i o n a n d s u p p o r t m o m e n t s w h i c h s i g n i fi c a n t l y r e d u c e t h e d e fl e c t i o n a n d r a t e o f d e fl e c t i o n o f t h e b e a m s . 6 . 4 . 8 E f f e c t o f F i r e S c e n a r i o T o i n v e s t i g a t e t h e e f f e c t o f fi r e s c e n a r i o o n t h e r e s p o n s e o f R C b e a m s , t e n R C b e a m s w e r e a n a l y z e d u n d e r t w o s t a n d a r d fi r e s c e n a r i o s ; n a m e l y , A S T M E 1 1 9 a ( 2 0 0 8 ) s t a n d a r d fi r e a n d A S T M E 1 5 2 9 ( 1 9 9 3 ) h y d r o c a r b o n fi r e , a n d t h r e e d e s i g n fi r e s c e n a r i o s ; n a m e l y F i r e 1 , F i r e 1 1 , a n d F i r e 1 1 1 . T h e r e i s n o d e c a y p h a s e i n t h e t i m e t e m p e r a t u r e c u r v e s o f t h e s t a n d a r d fi r e s c e n a r i o s . H o w e v e r , i n r e a l i s t i c fi r e s ( r e p r e s e n t e d b y t h e t h r e e d e s i g n fi r e s ) , t h e r e a l w a y s e x i s t a d e c a y p h a s e , s i n c e t h e a m o u n t o f f u e l o r v e n t i l a t i o n r u n s o u t l e a d i n g t o b u r n o u t o f fi r e . T h e p a r a m e t r i c fi r e t i m e - t e m p e r a t u r e c u r v e p r o p o s e d i n E u r o c o d e 1 ( 2 0 0 2 ) a n d t h e r e c e n t m o d i fi c a t i o n s s u g g e s t e d b y F e a s e y a n d B u c h a n a n ( 2 0 0 2 ) a r e s e l e c t e d t o r e p r e s e n t t h e 2 3 7 d e s i g n fi r e s c e n a r i o s . A c c o r d i n g t o E u r o c o d e 1 , t h e d e s i g n fi r e c o n s i s t s o f a g r o w t h a n d a d e c a y p h a s e . F e a s e y a n d B u c h a n a n ( 2 0 0 2 ) s h o w s t h a t b o t h t h e g r o w t h a n d d e c a y p h a s e s o f t h e fi r e a r e i n fl u e n c e d b y c o m p a r t m e n t p r o p e r t i e s s u c h a s t h e f u e l l o a d , v e n t i l a t i o n o p e n i n g a n d w a l l l i n i n g s . T o d e v e l o p t h e t h r e e d e s i g n fi r e s c e n a r i o s , a fi r e i s a s s u m e d t o o c c u r i n a r o o m w i t h d i m e n s i o n s o f 6 m x 4 m x 3 m . T h r e e v a l u e s o f f u e l l o a d , a n d o p e n i n g d i m e n s i o n s a r e a l s o a s s u m e d . M o r e d e t a i l s o n t h e p r o p e r t i e s o f t h e r o o m f o r t h e t h r e e fi r e s a r e s h o w n i n T a b l e 6 . 3 . T h e v a l u e s w e r e a s s u m e d i n s u c h a w a y t h a t F i r e I r e p r e s e n t s a s e v e r e d e s i g n fi r e w h o s e t e m p e r a t u r e s e x c e e d s 1 2 0 0 ° C , F i r e 1 1 r e p r e s e n t s a s m a l l d e s i g n fi r e w h o s e t e m p e r a t u r e r e a c h e s 7 0 0 ° C , a n d F i r e 1 1 1 r e p r e s e n t s a m o d e r a t e d e s i g n fi r e . F i r e I r e p r e s e n t s a t y p i c a l ( r e a l ) fi r e i n a l i b r a r y o r s t o r a g e r o o m w h e r e l a r g e a m o u n t o f c o m b u s t i b l e m a t e r i a l s a n d s u f fi c i e n t v e n t i l a t i o n a r e a v a i l a b l e . F i r e 1 1 a n d F i r e I I I r e p r e s e n t t y p i c a l ( r e a l ) fi r e i n a r e s i d e n t i a l r o o m w i t h s m a l l a n d r e a s o n a b l e a m o u n t o f c o m b u s t i b l e m a t e r i a l a n d v e n t i l a t i o n , r e s p e c t i v e l y . T h e t i m e - t e m p e r a t u r e c u r v e s f o r t h e t w o s t a n d a r d fi r e s c e n a r i o s a n d t h e t h r e e d e s i g n fi r e s c e n a r i o s a r e s h o w n i n F i g u r e 6 . 1 . F i g u r e 6 . 1 6 s h o w s t h e v a r i a t i o n o f d e fl e c t i o n w i t h fi r e e x p o s u r e t i m e f o r fi v e s i m p l y s u p p o r t e d R C b e a m s , n a m e l y , N C l S L l , N C l S L 2 , N C l S L 3 , N C l S L 4 , a n d N C l S L S , u n d e r A S T M E 1 1 9 s t a n d a r d fi r e , A S T M E 1 5 2 9 h y d r o c a r b o n fi r e , F i r e 1 , F i r e 1 1 a n d F i r e 1 1 1 , r e s p e c t i v e l y . I t c a n b e s e e n fi ' o m F i g u r e 6 . 1 6 t h a t t h e d e fl e c t i o n a n d t h e r a t e o f d e fl e c t i o n i n c r e a s e w i t h t i m e f o r t h e f o u r b e a m s a t e a r l y s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e . H o w e v e r , F i g u r e 6 . 1 6 s h o w s r e d u c t i o n ( r e c o v e r y ) i n d e fl e c t i o n f o r t h r e e b e a m s e x p o s e d t o t h e d e s i g n fi r e s a t l a t e r s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e . T h i s i s b e c a u s e o f t h e p r e s e n c e o f d e c a y p h a s e i n d e s i g n fi r e s i n w h i c h t h e b e a m s t a r t s c o o l i n g a n d r e c o v e r s p a r t o f i t s s t r e n g t h a n d 2 3 8 s t i fl i r e s s . F i g u r e 6 . 1 6 a l s o s h o w s t h a t b e a m N C l S L 2 e x p o s e d . t o h y d r o c a r b o n fi r e e x p e r i e n c e s h i g h e r d e fl e c t i o n , p a r t i c u l a r l y a t l a t e r s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e a s c o m p a r e d t o b e a m N C l S L l ( e x p o s e d t o A S T M E 1 1 9 s t a n d a r d fi r e ) . T h i s i s d u e t o t h e s t e e p i n c r e a s e i n t h e t e m p e r a t u r e o f t h e h y d r o c a r b o n fi r e a t e a r l y s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e ( a s c a n b e s e e n i n F i g u r e 6 . 1 ) , w h i c h i n c r e a s e t h e r e b a r a n d c o n c r e t e t e m p e r a t u r e a n d t h u s i n c r e a s e s t h e d e fl e c t i o n o f t h e b e a m . S i m i l a r t r e n d s a r e o b s e r v e d i n F i g u r e 6 . 1 7 f o r a x i a l l y r e s t r a i n e d b e a m s N C l A S l , N C l A S Z , N C l A S 3 , N C l A S 4 a n d N C l A S S u n d e r A S T M E 1 1 9 s t a n d a r d fi r e , A S T M E 1 5 2 9 h y d r o c a r b o n fi r e , F i r e 1 , F i r e 1 1 a n d F i r e 1 1 1 , r e s p e c t i v e l y . H o w e v e r , t h e d i f f e r e n c e i n d e fl e c t i o n s b e t w e e n b e a m N C l A S Z ( e x p o s e d t o h y d r o c a r b o n fi r e ) a n d b e a m N C l A S l ( e x p o s e d t o A S T M E 1 1 9 s t a n d a r d fi r e ) b e c o m e s s m a l l a t l a t e r s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e a s c a n b e s e e n f r o m F i g u r e 6 . 1 6 . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e f a c t t h a t a f t e r a b o u t 2 2 5 m i n u t e s t h e t e m p e r a t u r e f o r t h e A S T M E 1 1 9 fi r e b e c o m e s h i g h e r t h a n t h a t o f t h e h y d r o c a r b o n fi r e a s s h o w n i n F i g u r e 6 . 1 . T h e h i g h e r t e m p e r a t u r e o f t h e A S T M E 1 1 9 fi r e i n c r e a s e s t h e r e b a r a n d c o n c r e t e t e m p e r a t u r e s a n d t h u s t h e d e fl e c t i o n o f t h e b e a m . R e s u l t s f r o m t h e a n a l y s i s s h o w t h a t t h e fi r e e x p o s u r e h a s s i g n i fi c a n t e f f e c t o n t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s , c a l c u l a t e d b a s e d o n d i f f e r e n t f a i l u r e c r i t e r i a ( s e e T a b l e 6 . 2 ) . I t c a n b e s e e n , f r o m T a b l e 6 . 2 , t h a t t h e l o w e s t fi r e r e s i s t a n c e i s o b t a i n e d f o r t h e b e a m s e x p o s e d t o t h e h y d r o c a r b o n fi r e , a n d i t i s a b o u t 3 5 m i n u t e s l o w e r t h a n t h a t f o r t h e s i m p l y s u p p o r t e d b e a m u n d e r t h e A S T M E 1 1 9 s t a n d a r d fi r e e x p o s u r e . T h i s i s d u e t o t h e h i g h i n c r e a s e i n fi r e t e m p e r a t u r e f o r t h e h y d r o c a r b o n fi r e a s c a n b e s e e n i n F i g u r e 6 . 1 . T a b l e 6 . 2 a l s o s h o w s t h a t o n e o u t o f t h e s i x b e a m s e x p o s e d t o d e s i g n fi r e a t t a i n s f a i l u r e , w h i c h w a s b a s e d o n d e fl e c t i o n ( o r r a t e o f d e fl e c t i o n ) f a i l u r e c r i t e r i a . I t c a n a l s o b e n o t e d t h a t t h e 2 3 9 b e a m f a i l i n g u n d e r d e s i g n fi r e e x p o s u r e i s s i m p l y s u p p o r t e d . H o w e v e r , n o n e o f t h e b e a m s e x p o s e d t o d e s i g n fi r e e x p o s u r e , a n d a x i a l l y r e s t r a i n e d , a t t a i n e d f a i l u r e b a s e d o n t h e s t r e n g t h a n d d e fl e c t i o n f a i l u r e c r i t e r i a . H e n c e , i n s p i t e o f t h e s e v e r e c o n d i t i o n s a s s u m e d f o r d e s i g n fi r e ( F i r e 1 ) , f a i l u r e i s a t t a i n e d o n l y u n d e r s i m p l y s u p p o r t e d c o n d i t i o n s . T h i s r e s u l t s h o w s t h a t i n m a n y a p p l i c a t i o n s , t h e fi r e r e s i s t a n c e v a l u e s c o m p u t e d b a s e d o n s t a n d a r d fi r e s c e n a r i o s , m a y b e c o n s e r v a t i v e i f t h e r e s u l t i n g fi r e s h a v e a d e c a y p h a s e , s i m i l a r t o t h e o n e s u s e d i n t h i s s t u d y . 6 . 4 . 9 E f f e c t o f C o n c r e t e S t r e n g t h a n d S p a l l i n g T o i n v e s t i g a t e t h e e f f e c t o f c o n c r e t e s t r e n g t h ( H S C o r N S C ) a n d fi r e i n d u c e d s p a l l i n g , s i x H S C a n d N S C b e a m s d e s i g n a t e d a s N S l S M , H S l S M , N S l A M l , H S l A M , N S l R M , a n d H S l R M , w e r e a n a l y z e d . T h e p e r m e a b i l i t y a t t h e t o p s i d e ( k m p ) i s a s s u m e d t o b e 1 0 ' 1 6 m 2 a n d 1 0 ' 2 0 m 2 f o r N S C a n d H S C b e a m s , r e s p e c t i v e l y . T h e s p a t i a l v a r i a t i o n o f p e r m e a b i l i t y i s a s s u m e d t o f o l l o w E q . [ 4 . 5 1 ] p r e s e n t e d i n C h a p t e r 4 a n d i t s c a l i b r a t i o n i n C h a p t e r 5 . T h e d e p t h t o t h e n e u t r a l a x i s u n d e r s e r v i c e l o a d s ( x i n E q . [ 4 . 5 1 ] ) w a s c o m p u t e d a s p e r A C I 3 1 8 f o r N S C a n d H S C b e a m s . F o r t h e a n a l y z e d b e a m s , t h e s p a l l i n g d e p t h ( t o t a l t h i c k n e s s o f c o n c r e t e l a y e r t h a t s p a l l o f f ) i s a s s u m e d n o t t o e x c e e d t h e c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s . T h i s i s i n a g r e e m e n t w i t h w h a t h a s b e e n o b s e r v e d i n p r e v i o u s fi r e r e s i s t a n c e t e s t s o n c o n c r e t e b e a m s a n d c o l u m n s , i n c l u d i n g t h e fi r e t e s t p r e s e n t e d i n C h a p t e r 3 ( D w a i k a t a n d K o d u r 2 0 0 9 , P a r k e t a 1 . 2 0 0 7 ) . T h e a n a l y s i s s h o w s t h a t n o fi r e i n d u c e d s p a l l i n g o c c u r s i n N S C b e a m s , w h i l e s i g n i fi c a n t s p a l l i n g ( m o s t o f w h i c h i s o n t h e u p p e r s i d e s o f t h e b e a m a s d i s c u s s e d i n C h a p t e r 3 a n d C h a p t e r 5 ) o c c u r s i n H S C b e a m s . R e s u l t s f r o m t h e a n a l y s i s a r e g i v e n i n F i g u r e s 6 . 1 8 , 6 . 1 9 , a n d 6 . 2 0 a n d T a b l e 6 . 2 . 2 4 0 F i g u r e 6 . 1 8 s h o w s t h e e f f e c t o f c o n c r e t e s t r e n g t h a n d s p a l l i n g o n t h e m i d — s p a n d e fl e c t i o n o f s i m p l y s u p p o r t e d R C b e a m s . I t c a n b e s e e n t h a t c o n c r e t e s t r e n g t h a n d s p a l l i n g h a v e m i n o r i n fl u e n c e o n t h e o v e r a l l fi r e r e s p o n s e o f s i m p l y s u p p o r t e d R C b e a m s . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e f a c t t h a t t h e fi r e r e s p o n s e o f s i m p l y s u p p o r t e d R C b e a m s i s g e n e r a l l y g o v e r n e d b y t h e t e m p e r a t u r e o f t e n s i o n r e b a r s w h i c h i s n o t s i g n i fi c a n t l y i n fl u e n c e d b y c o n c r e t e s t r e n g t h a n d fi r e i n d u c e d s p a l l i n g . I n g e n e r a l , t h e m o m e n t c a p a c i t y o f a n R C b e a m i s g o v e r n e d b y t h e a r e a a n d t h e y i e l d s t r e n g t h o f t e n s i o n r e i n f o r c e m e n t . U n d e r fi r e c o n d i t i o n s , a n d d u e t o t h e f a c t t h a t t h e a r e a o f s t e e l r e m a i n s c o n s t a n t , t h e r e d u c t i o n o f t h e m o m e n t c a p a c i t y o f t h e b e a m m a i n l y r e s u l t s f r o m t h e d e g r a d a t i o n i n t h e s t r e n g t h o f t h e t e n s i o n r e i n f o r c e m e n t w h i c h i s d i r e c t l y r e l a t e d t o r e b a r t e m p e r a t u r e . D u e t h e s p a t i a l v a r i a t i o n o f p e r m e a b i l i t y , s p a l l i n g g e n e r a l l y o c c u r s i n t h e u p p e r p a r t o f t h e b e a m a s o b s e r v e d i n t h e fi r e t e s t s p r e s e n t e d i n C h a p t e r 3 . T h u s , s p a l l i n g i n t h e u p p e r s i d e o f t h e b e a m d o e s n o t h a v e s i g n i fi c a n t e f f e c t o n t h e t e m p e r a t u r e o f t e n s i o n r e i n f o r c e m e n t ( w h i c h i s l o c a t e d a t t h e b o t t o m p a r t o f t h e b e a m c r o s s — s e c t i o n f o r s i m p l y s u p p o r t e d b e a m s . H o w e v e r , F i g u r e 6 . 1 9 s h o w s t h a t c o n c r e t e s t r e n g t h a n d s p a l l i n g h a v e s i g n i fi c a n t e f f e c t o n t h e d e fl e c t i o n o f a x i a l l y r e s t r a i n e d R C b e a m s . T h e m i d - s p a n d e fl e c t i o n i n t h e H S C b e a m ( w h i c h e x p e r i e n c e s s e v e r e s p a l l i n g ) i s h i g h e r t h a n t h a t f o r N S C b e a m a t l a t e r s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e t i m e . T h i s i n c r e a s e i n d e fl e c t i o n f o r H S C b e a m s r e s u l t s f r o m t w o f a c t o r s : t h e f a s t e r d e g r a d a t i o n o f s t r e n g t h i n t h e c a s e o f H S C a n d t h e o c c u r r e n c e o f s p a l l i n g i n H S C b e a m s d u e t o t h e l o w p e r m e a b i l i t y a n d h i g h c o m p a c t n e s s o f H S C . S p a l l i n g r e d u c e s t h e c r o s s - s e c t i o n a l a r e a o f t h e c o n c r e t e , a n d t h u s t h e m o m e n t c a p a c i t y a n d s t i f f n e s s , p a r t i c u l a r l y f o r a x i a l l y r e s t r a i n e d b e a m s , w h e r e t h e b e h a v i o r i s n o t g o v e r n e d b y o n l y t h e 2 4 1 r e b a r t e m p e r a t u r e . T h i s r e s u l t s i n h i g h e r d e fl e c t i o n a n d e a r l y f a i l u r e i n a x i a l l y r e s t r a i n e d H S C b e a m s . F i g u r e 6 . 2 0 s h o w s t h e e f f e c t o f c o n c r e t e s t r e n g t h a n d s p a l l i n g o n t h e d e fl e c t i o n o f r o t a t i o n a l l y r e s t r a i n t R C b e a m s . I t c a n b e s e e n t h a t c o n c r e t e s t r e n g t h a n d fi r e i n d u c e d s p a l l i n g s i g n i fi c a n t l y i n c r e a s e t h e d e fl e c t i o n t h r o u g h o u t t h e fi r e e x p o s u r e t i m e . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e f a c t t h a t s p a l l i n g r e d u c e s t h e c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s f o r t o p r e i n f o r c e m e n t w h i c h i s a s s o c i a t e d w i t h a s i g n i fi c a n t i n c r e a s e i n t e m p e r a t u r e o f t o p r e b a r s l e a d i n g t o a l a r g e r e d u c t i o n i n t h e n e g a t i v e ( s u p p o r t ) m o m e n t c a p a c i t y o f t h e b e a m . T h e r e d u c t i o n i n s u p p o r t m o m e n t c a p a c i t y s i g n i fi c a n t l y d e c r e a s e s t h e s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s o f t h e b e a m l e a d i n g t o l a r g e r d e fl e c t i o n a n d e a r l y f a i l u r e a s c a n b e s e e n f r o m F i g u r e 6 . 2 0 . C o n c r e t e s t r e n g t h a n d s p a l l i n g h a s s i g n i fi c a n t e f f e c t o n t h e fi r e r e s i s t a n c e o f r o t a t i o n a l l y a n d a x i a l l y r e s t r a i n e d R C b e a m s a s c a n b e s e e n f r o m T a b l e 6 . 2 . A s a n i l l u s t r a t i o n , t h e fi r e r e s i s t a n c e o f r o t a t i o n a l l y r e s t r a i n e d b e a m N S l R M ( m a d e o f N S C ) i s a b o u t 3 0 0 m i n u t e s , w h e r e a s t h e fi r e r e s i s t a n c e o f b e a m H S l R M ( m a d e o f H S C ) i s o n l y 1 2 0 m i n u t e s . T h e r e d u c t i o n i n t h e fi r e r e s i s t a n c e o f a n H S C b e a m r e s u l t s fi o m t h e f a s t e r d e g r a d a t i o n o f s t r e n g t h a n d t h e o c c u r r e n c e o f s p a l l i n g i n t h e H S C b e a m a s d i s c u s s e d a b o v e . S p a l l i n g r e d u c e s t h e c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s a n d b e a m c r o s s - s e c t i o n , a n d t h u s t h e m o m e n t c a p a c i t y a n d s t i f f n e s s o f t h e b e a m . T h i s r e s u l t s i n e a r l y f a i l u r e a n d l o w e r fi r e r e s i s t a n c e i n H S C b e a m s . H o w e v e r , t h e e f f e c t o f c o n c r e t e s t r e n g t h o n t h e fi r e r e s i s t a n c e o f s i m p l y s u p p o r t e d R C b e a m s i s m i n o r a s c a n b e s e e n f r o m T a b l e 6 . 2 . A s a n i l l u s t r a t i o n , H S C c o n c r e t e b e a m H S l S M h a s fi r e r e s i s t a n c e o f a b o u t 1 0 m i n u t e s l o w e r t h a t o f N S C b e a m N S l S M . T h e s m a l l e f f e c t o f c o n c r e t e s t r e n g t h a n d s p a l l i n g o n t h e fi r e r e s i s t a n c e c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e 2 4 2 f a c t t h a t t h e fi r e r e s i s t a n c e o f s i m p l y s u p p o r t e d b e a m s i s m a i n l y g o v e r n e d b y r e b a r t e m p e r a t u r e ( p r o v i d e d t h a t l o a d r a t i o i s m a i n t a i n e d c o n s t a n t ) w h i c h i s n o t s i g n i fi c a n t l y a f f e c t e d b y c o n c r e t e s t r e n g t h o r s p a l l i n g . 6 . 4 . 1 0 E f f e c t o f F a i l u r e C r i t e r i a T h e fi r e r e s i s t a n c e f o r a l l a n a l y z e d b e a m s w a s c o m p u t e d a c c o r d i n g t o t h r e e s e t s o f f a i l u r e c r i t e r i a , n a m e l y , s t r e n g t h , d e fl e c t i o n a n d r a t e o f d e fl e c t i o n f a i l u r e c r i t e r i a , a n d i s t a b u l a t e d i n T a b l e 6 . 2 . R e b a r t e m p e r a t u r e f a i l u r e c r i t e r i o n i s n o t c o n s i d e r e d i n t h e a n a l y s i s b e c a u s e t h i s f a i l u r e c r i t e r i o n i s p r e s c r i p t i v e a n d d o e s n o t r e p r e s e n t t h e a c t u a l f a i l u r e o f t h e b e a m . F u r t h e r , r e b a r t e m p e r a t u r e f a i l u r e c r i t e r i a d o e s n o t t a k e i n t o c o n s i d e r a t i o n h i g h t e m p e r a t u r e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e c o n s t i t u e n t m a t e r i a l s , l o a d r a t i o , s u p p o r t c o n d i t i o n s a n d fi r e i n d u c e d s p a l l i n g . D e fl e c t i o n a n d r a t e o f d e fl e c t i o n f a i l u r e c r i t e r i a p r e d i c t s s m a l l e r fi r e r e s i s t a n c e v a l u e s t h a n t h o s e p r e d i c t e d b y s t r e n g t h f a i l u r e c r i t e r i o n f o r m a n y o f t h e a n a l y z e d b e a m s a s c a n b e s e e n f r o m T a b l e 6 . 2 . A l t h o u g h , a c t u a l f a i l u r e o f a n R C b e a m o c c u r s w h e n t h e s t r e n g t h l i m i t s t a t e i s r e a c h e d , d e fl e c t i o n a n d r a t e o f d e fl e c t i o n m a y b e i m p o r t a n t i n m a n y a p p l i c a t i o n s t o m a i n t a i n t h e i n t e g r i t y o f t h e s t r u c t u r e s o a s t o f a c i l i t a t e t h e fi r e fi g h t e r s w o r k , a n d t o s a f e l y e v a c u a t e t h e o c c u p a n t s b e f o r e t h e c o l l a p s e o f t h e s t r u c t u r e . T h e r e f o r e , u n d e r s o m e fi r e s c e n a r i o s , d e fl e c t i o n o r r a t e o f d e fl e c t i o n f a i l u r e c r i t e r i o n m a y g o v e r n t h e f a i l u r e o f R C b e a m s a n d g o v e r n t h e i r fi r e r e s i s t a n c e . A s e x p l a i n e d e a r l i e r , A S T M E 1 1 9 d o e s n o t s p e c i f y d e fl e c t i o n o r r a t e o f d e fl e c t i o n f a i l u r e c r i t e r i o n . H o w e v e r , s u c h d e fl e c t i o n a n d r a t e o f d e fl e c t i o n l i m i t s t a t e s a r e s p e c i fi e d i n E S 4 7 6 ( 1 9 8 7 ) . T h e r m a l f a i l u r e c r i t e r i o n , w h i c h i s o f t e n u s e d , i s c l e a r l y i n s u f fi c i e n t t o d e fi n e t h e f a i l u r e o f R C b e a m s b e c a u s e i t d o e s n o t c o n s i d e r i m p o r t a n t f a c t o r s s u c h a s l o a d r a t i o t h a t m a y 2 4 3 s i g n i fi c a n t l y i n fl u e n c e t h e fi r e r e s p o n s e o f t h e b e a m . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t t h e c u r r e n t fi r e r e s i s t a n c e p r o v i s i o n s i n c o d e s s u c h a s A C I 2 1 6 . 1 a n d E u r o c o d e 2 a r e m a i n l y b a s e d o n t h e r m a l f a i l u r e c r i t e r i o n , a n d t h i s m a y n o t l e a d t o r e a l i s t i c fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s , e s p e c i a l l y u n d e r v a r y i n g l o a d l e v e l s . 6 . 4 S u m m a r y T h i s c h a p t e r p r e s e n t s r e s u l t s o f p a r a m e t r i c s t u d i e s t o i l l u s t r a t e t h e i n fl u e n c e o f v a r i o u s f a c t o r s o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s . T h e s t u d i e d p a r a m e t e r s a r e : s e c t i o n c h a r a c t e r i s t i c s , l o a d r a t i o , a g g r e g a t e t y p e , a x i a l r e s t r a i n t s t i f f n e s s , s p a n - t o - d e p t h r a t i o , l o c a t i o n o f a x i a l r e s t r a i n t , r o t a t i o n a l r e s t r a i n t , fi r e s c e n a r i o , c o n c r e t e s t r e n g t h a n d s p a l l i n g , a n d f a i l u r e c r i t e r i a . D a t a f r o m p a r a m e t r i c s t u d i e s i n d i c a t e s t h a t fi r e s c e n a r i o , l o a d r a t i o , s p a n - t o - d e p t h r a t i o , l o c a t i o n o f a x i a l r e s t r a i n t a n d r o t a t i o n a l r e s t r a i n t h a v e s i g n i fi c a n t i n fl u e n c e o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s . T h e p a r a m e t e r s t h a t h a v e m o d e r a t e i n fl u e n c e a r e : s e c t i o n a l d i m e n s i o n s ( c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s a n d b e a m w i d t h ) , a g g r e g a t e t y p e ( c a r b o n a t e o r s i l i c e o u s a g g r e g a t e ) , d e g r e e o f a x i a l r e s t r a i n t , c o n c r e t e s t r e n g t h a n d s p a l l i n g , a n d f a i l u r e c r i t e r i a . R e s u l t s f r o m t h e p a r a m e t r i c s t u d i e s a r e u t i l i z e d i n C h a p t e r 7 t o d e v e l o p g u i d e l i n e s f o r e v a l u a t i n g fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . 2 4 4 T a b l e 6 . 1 — P r o p e r t i e s f o r C o n c r e t e C r o s s - s e c t i o n s u s e d i n t h e A n a l y s i s C r o s s - s e c t i o n # P r o p e r t y 1 2 3 4 C r o s s - s e c t i o n ( m m ) 3 0 0 x 9 0 0 4 0 0 x 8 0 0 7 0 0 x 4 0 0 6 0 0 x 6 0 0 2 ¢ l 4 m m t o p 3 ¢ l 4 m m t o p R e i n f o r c e m e n t f o r s i m p l y 2 4 ) 1 4 m m t o p b a r s 3 o 1 4 m m t o p b a r s b a r s b a r s s u p p o r t e d a n d a x i a l l y . 5 c ) 2 0 m m b o t t o m 3 d ) 3 5 m m 6 d ) 2 0 m m 8 ( l ) 2 0 m m b o t t o m r e s t r a i n e d b a r s b o t t o m b a r s b o t t o m b a r s b a r s 3 ¢ 3 5 m m t o p 6 ¢ 2 0 m m t o p 5 ¢ 2 0 m m t o p b a r s 8 ¢ 2 0 m m t o p b a r s R e i n f o r c e m e n t f o r b a r s b a r s r o t a t i o n a l l y r e s t r a i n e d b e a m s 4 ¢ 2 0 m m b o t t o m 3 d ) 3 0 m m 4 d ) 2 0 m m 5 d ) 2 0 m m b o t t o m b a r s b o t t o m b a r s b o t t o m b a r s b a r s f ’ c ( M P a ) ( f o r N S C b e a m s ) 4 0 o o 3 0 s o f ’ c ( M P a ) ( f o r H S C b e a m s ) 1 0 0 1 0 0 1 0 0 l O O f y ( M P a ) 4 l 3 4 1 3 4 1 3 4 1 3 C o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s 4 0 6 0 4 0 5 0 ( m m ) 2 4 5 T a b l e 6 . 2 — S u m m a r y o f t h e F i r e R e s i s t a n c e V a l u e s f o r t h e A n a l y z e d B e a m s F i r e r e s i s t a n c e b a s e d o n f a i l u r e c r i t e r i o n ( i n S t u d i e d B e a m L R k m i n u t c S ) p a r a m e t e r d e s i g n a t i o n . ( ° / o ) W ” ( R N / ( u m ) R a t e o f S t r e n g t h D e fl e c t i o n d e f l e c t i o n N S l S M 5 0 0 . 5 0 1 3 5 1 2 3 1 1 5 s t s M 5 0 0 . 5 0 2 1 5 1 9 2 1 8 9 N S 3 S M 5 0 0 . 5 0 1 8 3 1 6 5 1 6 6 S e c t i o n N S 4 S M 5 0 0 . 5 0 2 3 3 2 1 7 2 1 8 c h a r a c t e r i s t i c s N C I A M 5 0 0 . 5 5 0 1 4 3 N F 1 3 8 N C 2 A M 5 0 0 . 5 5 0 2 2 8 2 2 7 2 2 3 N C 3 A M 5 0 0 . 5 5 0 1 9 5 N F 1 9 2 N C 4 A M 5 0 0 . 5 5 0 2 5 3 N F 2 4 9 N S l S S l 3 0 0 . 5 0 1 6 8 1 6 0 1 4 3 N S ] 8 8 2 5 0 0 . 5 0 1 3 5 1 2 8 1 1 5 N 5 1 S S 3 7 0 0 . 5 0 1 0 8 1 0 5 9 3 L o a d r a t i o N C 3 A M l 3 0 0 . 5 5 0 2 5 8 N F 2 5 4 N C 3 A M 5 0 0 . 5 5 0 1 9 5 N F 1 9 2 N C 3 A M 2 7 0 0 . 5 5 0 1 4 5 N F N F N S 2 S M 5 0 0 . 5 0 2 1 5 1 9 2 1 8 9 A g g r e g a t e c h s M 5 0 0 . 5 0 2 8 3 2 4 5 2 4 4 t y p e N S 4 A M 5 0 0 . 5 5 0 1 9 8 N F 1 9 4 N C 4 A M 5 0 0 . 5 5 0 2 5 3 N F 2 4 9 N S l A S 5 0 0 . 5 5 0 2 0 0 N F 1 9 4 S p u ' t w e p t h N S l A M 5 0 0 . 5 5 0 1 1 0 N F 1 0 6 r a t i o n N S l A L 5 0 0 . 5 5 0 7 5 7 4 7 0 N S ] 8 3 2 5 0 0 . 5 0 1 3 5 1 2 8 1 1 5 N S l A S 5 0 0 . 5 5 0 2 0 0 N F 1 9 4 D e g r e e o f N S l A S l 5 0 0 . 5 1 0 0 2 1 0 N F 2 0 6 a x i a l r e s t r a i n t N S l S L l 5 0 0 . 5 0 1 3 5 1 1 7 1 1 5 N S l A L 5 0 0 . 5 5 0 7 5 7 4 7 0 N S l A L 3 5 0 0 . 5 1 0 0 6 3 6 1 5 6 N S l A S l 5 0 0 . 3 5 0 1 2 3 N F 1 1 5 N S l A s z 5 0 0 . 4 5 0 1 4 3 N F 1 3 7 N S l A S 5 0 0 . 5 5 0 2 0 0 N F 1 9 4 N S l A S 4 5 0 0 . 6 5 0 3 7 8 N F 3 7 3 m u m . o f N S l A S S 5 0 0 . 7 5 0 5 8 8 N F 5 8 2 a x i a l r e s t r a i n t N S l A L ] 5 0 0 . 3 5 0 9 8 9 6 9 1 N S l A L 2 5 0 0 . 4 5 0 9 0 8 8 8 3 N S l A L 5 0 0 . 5 5 0 7 5 7 4 7 0 N S l A L 4 5 0 0 . 6 5 0 8 0 N F 7 7 N S ] A L S 5 0 0 . 7 5 0 1 1 0 N F 1 0 6 s t s M 5 0 0 . 5 0 2 1 5 1 9 2 1 8 9 R o t a t i o n . ) N S Z R M 5 0 0 . 5 0 3 6 3 N F N F r e s t r a i n t N S 4 A M 5 0 0 . 5 5 0 1 9 8 N F 1 9 4 N S 4 A R M 5 0 0 . 5 5 0 4 9 8 N F N F 2 4 6 T a b l e 6 . 2 ( C o n t i n u e d ) - S u m m a r y o f t h e F i r e R e s i s t a n c e V a l u e s f o r t h e A n a l y z e d B e a m s F i r e r e s i s t a n c e b a s e d o n f a i l u r e c r i t e r i o n ( i n S t u d i e d B e a m L R k m i n u t c S ) . . - Y / H ' p a r a m e t e r d e s i g n a t i o n ( % ) ( k N / m m ) R a t e o f S t r e n g t h D e f l e c t i o n d e fl e c t i o n N C ] S L 1 5 0 0 . 5 O 1 7 0 1 4 6 1 4 9 N C l S L 2 5 0 0 . 5 0 1 3 3 1 1 3 1 1 3 N C ] S L 3 5 0 0 . 5 0 N F 1 0 5 1 0 5 N C ] S L 4 5 0 0 . 5 0 N F N F N F N C l S L S 5 0 0 . 5 0 N F N F N F F i r e s c e n a r i o N C l A S I 3 0 0 . 5 2 0 0 4 2 8 N F 4 2 5 N C ] A S 2 3 0 0 . 5 2 0 0 4 2 5 N F 4 2 3 N C l A S 3 3 0 0 . 5 2 0 0 N F N F N F N C ] A 8 4 3 0 0 . 5 2 0 0 N F N F N F N C ] A S S 3 0 0 . 5 2 0 0 N F N F N F N S l S M 5 0 0 . 5 O 1 3 5 1 2 3 1 1 3 H S l S M 5 0 0 . 5 0 1 3 0 1 1 8 1 0 5 0 m m “ N S l A M ] 5 0 0 . 5 2 0 0 9 8 N F 9 5 t y p e a n d s p a l l i n g H S l A M 5 0 0 . 5 2 0 0 8 0 N F 7 5 N S ] R M 5 0 0 . 5 0 3 1 8 3 0 7 2 9 8 H S 1 R M 5 0 0 . 5 0 1 2 0 N F N F N / H — H S C / N S C S / C — s i l i c e o u s / c a r b o n a t e a g g r e g a t e s e c t i o n a l s i z e s ) r e s t r a i n e d l / 2 / 3 / 4 — c r o s s - s e c t i o n a l s i z e ( r e f e r t o T a b l e 6 . 1 f o r c r o s s - S / A / R / A R — s i m p l y s u p p u r a t e d / a x i a l l y r e s t r a i n e d / r o t a t i o n a l l y r e s t r a i n e d / a x i a l l y a n d r o t a t i o n a l l y S / M / L — s m a l l / m e d i u m / l a r g e s p a n - t o — d e p t h r a t i o . T a b l e 6 . 3 - C o m p a r t m e n t C h a r a c t e r i s t i c s u s e d t o G e n e r a t e D e s i g n F i r e S c e n a r i o s T h e r m a l “ P R “ ! o r l i n i n g O p e n i n g d i m e n s i o n F i r e l o a d ( M J / m 2 D e s i g n F i r e L i n i n g m a t e r i a l 0 5 2 m a t e r i a l ( W . s ' / m . K ) ( m ) fl o o r fl e a ) F i r e ] G y p s u m b o a r d 4 8 8 2 . 2 5 x 1 . 5 1 2 0 0 F i r e 1 1 C o n c r e t e 1 9 0 0 2 . 8 5 X l 4 0 0 C o n c r e t e + F i r e I I I 1 2 0 0 2 . 1 5 x l 1 0 0 0 g y p s u m b o a r d 2 4 7 1 0 0 0 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3 ’ 5 , _ - , , : — — A S T M E 1 1 9 6 r e l E 8 0 0 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + H y d r o c a r b o n fi r e - - - - - - 3 ‘ ' ' + D e s i g n F i r e I E 6 0 0 i E “ ‘ 5 ‘ + D e s i g n F i r e I ] o - l — e — D e s i n F i r e l l l ' - 4 0 0 . 7 - 1 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 9 . . . . . . . . . . . . . . i ' 5 ‘ 0 6 0 1 2 0 1 8 0 2 4 0 3 0 0 T i m e ( m i n ) F i g u r e 6 . 1 — T i m e - t e m p e r a t u r e C u r v e s f o r F i r e S c e n a r i o s u s e d i n t h e A n a l y s i s 2 4 8 U n i f o r m m e s h s i z e i s u s e d w i t h a n u m b e r ” b a g g y , O O o f e l e m e n t s w i t h i n t h e c r o s s s e c t i o n o f 0 . 5 . 3 - 3 . ; e a c h b e a m a s f o l l o w s : 5 - - - - ‘ - + " + * + 1 “ 0 C S ' 1 : 1 5 x 4 5 a n d 3 0 x 9 0 e l e m e n t s f o r ‘ N S C a n d H S C b e a m s , r e s p e c t i v e l y . 0 C S 2 : 2 0 x 4 0 a n d 4 0 x 8 0 e l e m e n t s f o r N S C a n d H S C b e a m s , r e s p e c t i v e l y . 0 C S 3 : 3 5 x 2 0 a n d 7 0 x 4 0 e l e m e n t s f o r N S C a n d H S C b e a m s , r e s p e c t i v e l y . , . 5 L Q g . c s 4 : 3 0 x 3 0 a n d 6 0 x 6 0 e l e m e n t s f o r " 5 . 5 ; 5 . 1 . 5 ; N S C a n d H S C b e a m s , r e s p e c t i v e l y . ' ' ‘ C r o s s - s e c t i o n ( a ) C r o s s S e c t i o n a l D e t a i l s ( b ) C r o s s S e c t i o n a l D i s c r e t i z a t i o n A x i s o f s y m m e t r y f o r d i s c r e t i z a t i o n | C r i t i c a l I i / / s e c t i o n k , _ A _ i _ D _ H l l l I U 2 i U 2 ' ( c ) E l e v a t i o n o f a R o t a t i o n a l l y U n r e s t r a i n e d B e a m L e n g t h o f s e g m e n t s d e c r e a s e s i n A x i s o f s y m m e t r y f o r a r i t h m e t i c s e q u e n c e , L 5 - L 5 - 1 = c o n s t a n t d i s c r e t i z a t i o n L r 5 I 5 2 5 5 5 . 5 2 . ) l — — — l L i / L z o = 4 ‘ l — i L 1 L z o j * — U 2 ( d ) S t r u c t u r a l D i s c r e t i z a t i o n o f R o t a t i o n a l l y U n r e s t r a i n e d B e a m s C r i t i c a l A x i s o f s y m m e t r y f o r s e c t i o n s \ d i s c r e t i z a t i o n I U 2 I U 2 ( e ) E l e v a t i o n o f a R o t a t i o n a l l y R e s t r a i n e d B e a m L e n g t h o f s e g m e n t s d e c r e a s e s i n A x i s o f s y m m e t r y f o r a r i t h m e t i c s e q u e n c e , L 5 - L 5 4 = d i s c r e t i z a t i o n i n h a l f c o n s t a n t o f t h e b e a m I I 1 ] 2 T I 1 9 ? 2 0 1 2 1 — 1 z z l l a g p c i H L g o / L 1 = 4 H i L . 1 L 1 2 0 i 1 [ l ' I U 4 U 4 A x i s o f s y m m e t r y f o r d i s c r e t i z a t i o n ( f ) S t r u c t u r a l D i s c r e t i z a t i o n o f R o t a t i o n a l l y R e s t r a i n e d B e a m s F i g u r e 6 . 2 - - S t r u c t u r a l a n d C r o s s - s e c t i o n a l D i s c r e t i z a t i o n o f t h e A n a l y z e d B e a m s 2 4 9 T i m e ( m i n ) 0 3 0 6 0 9 0 1 2 0 1 5 0 1 8 0 2 1 0 2 4 0 0 1 I 1 L I 1 I 1 I D e f l e c t i o n ( m m ) - 2 0 0 0 « 4 7 - 2 5 0 0 A F i g u r e 6 . 3 — — E f f e c t o f S e c t i o n C h a r a c t e r i s t i c s o n t h e D e fl e c t i o n o f S i m p l y S u p p o r t e d R C B e a m s E x p o s e d t o F i r e T i m e ( m i n ) 0 6 0 1 2 0 1 8 0 2 4 0 3 0 0 0 ‘ f ' f ‘ - 1 o o ‘ - 2 0 0 5 - 3 0 0 : 7 7 7 f " ” ” D e f l e c t i o n ( m m ) - 4 0 0 ‘ - 5 0 0 ‘ 7 u n u - Y w 7 7 ' 7 4 - 6 0 0 ] F i g u r e 6 . 4 — E f f e c t o f S e c t i o n C h a r a c t e r i s t i c s o n t h e D e fl e c t i o n o f A x i a l l y R e s t r a i n e d R C B e a m s E x p o s e d t o F i r e 2 5 0 T i m e ( m i n ) — 4 0 0 D e fl e c t i o n ( m m ) — 6 0 0 - 8 0 0 F i g u r e 6 . 5 — E f f e c t o f L o a d R a t i o o n t h e D e fl e c t i o n o f S i m p l y S u p p o r t e d R C B e a m s E x p o s e d t o F i r e T i m e ( m i n ) 0 6 0 1 2 0 1 8 0 2 4 0 3 0 0 D e f l e c t i o n ( m m ) ‘ o ‘ O - 2 o o ‘ F i g u r e 6 . 6 — E f f e c t o f L o a d R a t i o o n t h e D e fl e c t i o n o f A x i a l l y R e s t r a i n e d R C B e a m s E x p o s e d t o F i r e 2 5 1 ' l ' l m e ( m i n ) O 6 0 1 2 0 1 8 0 2 4 0 3 0 0 o l 1 1 1 1 1 1 1 . 1 1 1 1 A 1 i : : § : - 5 0 0 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — g — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — g — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — : — — — — — — — — — — — — — — — — — i n _ . 1 1 , . 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E ; c _ g - 2 0 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o _ _ _ _ — ' ‘ . é ’ { — S i l i c e o u s o 1 . D 4 l — o — C a r b o n a t e g ' : - 3 0 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - 4 0 0 A 3 i F i g u r e 6 . 8 — E f f e c t o f A g g r e g a t e T y p e o n t h e D e fl e c t i o n o f A x i a l l y R e s t r a i n e d R C B e a m s E x p o s e d t o F i r e 2 5 2 T i m e ( m i n ) o 3 0 6 0 9 0 1 2 0 1 5 0 1 8 0 2 1 0 - 2 0 0 E g — 4 0 0 C 2 , ‘ 6 ' O a 4 3 0 0 , e e e e e e e e , , W — , 7 8 q ' ‘ — S p a n / d e p t h = 8 l ‘ 1 1 + S p a n / d e p t h = 1 3 l ' 8 0 0 ' ' i ' " " " " " ‘ i o S p a n / d e p t h = 1 8 ; " " " " - 1 o o o ' ' - ‘ 9 F i g u r e 6 . 9 — E f f e c t o f S p a n - t o - d e p t h R a t i o o n t h e D e fl e c t i o n o f A x i a l l y R e s t r a i n e d R C B e a m s E x p o s e d t o F i r e T i m e ( m i n ) 0 6 0 1 2 0 1 8 0 2 4 0 i 2 - , j ‘ O . - 2 0 0 1 . . . . . . . . . . l — k = 0 l ” ' 1 ‘ 7 7 7 7 7 7 7 7 E ‘ ‘ — s — k = 5 0 ( k N / m m ) ‘ é + k = 2 0 0 ( k N / m m ) J c _ _ _ , , , 7 , 1 , , . g - 4 0 0 7 . . . . . . . . . . . . . , r r r r r r r r r r r r r r r r r Q _ ' 1 o n = w o - 6 0 0 1 r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r r - 8 0 0 F i g u r e 6 . 1 0 — E f f e c t o f A x i a l R e s t r a i n t S t i f f n e s s o n t h e D e fl e c t i o n o f R C B e a m s E x p o s e d t o F i r e ( S p a n - t o - d e p t h R a t i o = 8 ) 2 5 3 T i m e ( m i n ) 1 5 0 0 1 - 1 0 0 0 j . . . . . . . . . . f 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , 1 E E , , c * E g - 2 0 0 0 < » » » » » » » . . . . . . l _ , 3 4 . + k = 5 0 ( k N / m m ) i E . l + _ k = 2 0 0 ( k N / m m ) 1 § - 3 0 0 0 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 4 0 0 0 1 F i g u r e 6 . 1 1 — E f f e c t o f A x i a l R e s t r a i n t S t i f f n e s s o n t h e D e fl e c t i o n o f R C B e a m s E x p o s e d t o F i r e ( S p a n - t o - d e p t h R a t i o = 1 8 ) T i m e ( m i n ) 0 1 2 0 2 4 0 3 6 0 4 8 0 6 0 0 D e fl e c t i o n ( m m ) F i g u r e 6 . 1 2 — E f f e c t o f L o c a t i o n o f A x i a l R e s t r a i n e d o n t h e D e fl e c t i o n o f R C B e a m s E x p o s e d t o F i r e ( S p a n - t o - d e p t h R a t i o = 8 ) 2 5 4 T i m e ( m i n ) - 3 0 0 ‘ E ? g - 6 0 0 c 1 O ' 5 0 e - 9 0 0 d ) D - 1 2 0 0 ‘ - 1 5 0 0 ‘ F i g u r e 6 . 1 3 — E f f e c t o f L o c a t i o n o f A x i a l R e s t r a i n e d o n t h e D e fl e c t i o n o f R C B e a m s E x p o s e d t o F i r e ( S p a n - t o - d e p t h R a t i o = 1 8 ) T i m e ( m i n ) 0 6 0 1 2 0 1 8 0 2 4 0 3 0 0 3 6 0 4 2 0 0 » 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 — 4 0 0 , E g — 8 0 0 C . 2 ‘ 6 . . - “ : ’ - 1 2 0 0 , 0 1 D 1 1 i i i . , , 1 , , , 7 m i _ 1 6 0 0 7 , , l — S l m p l y s u w o r t e d _ V V V V V V V V V V V V V V V V V V ‘ — - — — R o t a t i o n a | l y r e s t r a i n e d — 2 0 0 0 ‘ F i g u r e 6 . 1 4 — E f f e c t o f R o t a t i o n a l R e s t r a i n t o n t h e D e fl e c t i o n o f S i m p l y S u p p o r t e d R C B e a m s E x p o s e d t o F i r e 2 5 5 T i m e ( m i n ) 0 6 0 1 2 0 1 8 0 2 4 0 3 0 0 3 6 0 4 2 0 4 8 0 5 4 0 0 1 - 1 0 0 5 . . . . . . . . . . . . . . . . E E 1 c i f ; 7 1 7 7 7 1 . g - 2 0 0 ~ , 1 ! — A x i a | | y r e s t r a i n e d g 4 8 — - — A x i a l | y a n d r o t a t i o n a l l y ‘ - 3 0 0 , 1 1 1 1 3 ? ” “ " 9 9 1 - 4 0 0 F i g u r e 6 . 1 5 — E f f e c t o f R o t a t i o n a l R e s t r a i n t o n t h e D e fl e c t i o n o f A x i a l l y R e s t r a i n e d R C B e a m s E x p o s e d t o F i r e T i m e ( m i n ) 0 3 0 6 0 9 0 1 2 0 1 5 0 1 8 0 2 1 0 2 4 0 o I 1 . 1 1 1 1 1 1 1 1 1 - v 1 1 1 1 1 1 1 1 . ; . . . - . . ; _ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - 8 0 0 , _ » » » » » r r r r r r r r r r r g . 7 7 7 7 7 i r r r r r r r 1 E * s 3 ; 1 3 ? E ' i 2 1 1 i g - 1 6 0 0 ‘ . . . . . . ‘ — A S T M E 1 1 9 7 fi m 7 7 7 7 7 7 7 , 7 , , , , , , , , , , , , 3 ‘ l — a — H y d r o c a r b o n fi r e ' E 3 I E « ‘ 7 9 , D e s i g n F i r e l ; I ; - 2 4 0 0 d _ _ _ _ _ _ _ _ + D e s i g n F i r e H l _ _ _ _ _ _ _ m 1 ‘ t i m i ‘ g n fl ‘ i ' l J 1 ‘ - 3 2 0 0 I F i g u r e 6 . 1 6 — E f f e c t o f F i r e S c e n a r i o o n t h e D e fl e c t i o n o f S i m p l y S u p p o r t e d R C B e a m s E x p o s e d t o F i r e 2 5 6 T i m e ( m i n ) 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 O 1 1 n 1 m m 4 ) . # 1 L 1 1 1 : . “ ‘ ~ n g e : - - = : “ ' = = " L “ ' _ - 5 0 . . . . . . . . . . . . _ ~ a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a 1 1 g - 1 0 0 § . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 f ; I r — A S T M E 1 1 9 fi r e E i ' - — s — H y d r o c a r b o n fi r e § , 3 - 1 5 0 a . . . . _ : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . . . . o 1 1 — + ~ D e s n g n F i r e I g 5 a 4 Q + D e s i g n F i r e 1 1 . j - 2 0 0 ; _ , _ _ _ _ _ , f — B — D e s i g n F i r e l l l _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - 2 5 0 ' i F i g u r e 6 . 1 7 - E f f e c t o f F i r e S c e n a r i o o n t h e D e fl e c t i o n o f A x i a l l y R e s t r a i n e d R C B e a m s E x p o s e d t o F i r e T i m e ( m i n ) 0 3 0 6 0 9 0 1 2 0 1 5 0 0 1 1 1 1 n 1 1 1 1 1 n - 5 0 0 ; _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ E i 2 : s i g - 1 0 0 0 - 1 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - g - - - - - - - - - - 1 - - - - - - - - - - 3 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - g - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - g - - - - - - - - - - - - - - - - - - c ‘ I I ' ' o 3 ‘ l : r : 8 - a 2 . - — — _ 1 1 2 3 E 4 5 0 0 : - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E l l — N S C - - - - - - - - - - * - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4 § + H S C J . 1 3 E H " E E - 2 0 0 0 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . g . . . . . . . . _ . . . . . . . . . . . . g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . g . . . . . . . . . . . . . . . . . - 2 5 0 0 F i g u r e 6 . 1 8 — E f f e c t o f C o n c r e t e S t r e n g t h o n t h e D e fl e c t i o n o f S i m p l y S u p p o r t e d R C B e a m s E x p o s e d t o F i r e 2 5 7 T i m e ( m i n ) o 3 0 6 0 9 0 1 2 0 0 . - 1 0 0 l i ? S i 5 ‘ ; ? _ _ _ . - z e g - 2 0 0 . . . . . . . . N S C ? " . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a 1 I . . a O O - 3 0 0 . . . . . . . . . . . - 4 0 0 1 F i g u r e 6 . 1 9 — E f f e c t o f C o n c r e t e S t r e n g t h o n t h e D e fl e c t i o n o f A x i a l l y R e s t r a i n e d R C B e a m s E x p o s e d t o F i r e T i m e ( m i n ) 0 6 0 1 2 0 1 8 0 2 4 0 3 0 0 3 6 0 0 ‘ g m ' L 1 L - L ' L L ' L H 1 1 1 1 - 1 1 1 1 1 1 4 1 - 3 o o ‘ i ? g ; - 6 0 0 C O ' 5 O a ? - 9 0 0 O 1 o - 1 2 0 0 . i - 1 5 0 0 ‘ F i g u r e 6 . 2 0 — E f f e c t o f C o n c r e t e S t r e n g t h o n t h e D e fl e c t i o n o f R o t a t i o n a l l y R e s t r a i n e d R C B e a m s E x p o s e d t o F i r e 2 5 8 C h a p t e r 7 7 . D e s i g n A p p r o a c h 7 . 1 G e n e r a l A s i l l u s t r a t e d i n C h a p t e r 2 , t h e c u r r e n t a p p r o a c h e s f o r e v a l u a t i n g fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s a r e p r e s c r i p t i v e a n d d o n o t a c c o u n t f o r c r i t i c a l f a c t o r s t h a t g o v e r n t h e r e s p o n s e . T o o v e r c o m e s o m e o f t h e s e d r a w b a c k s , a r a t i o n a l a p p r o a c h i s d e v e l o p e d f o r p r e d i c t i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . T h e a p p r o a c h c o m p r i s e s t w o m a i n s t e p s , n a m e l y , a n e m p i r i c a l e q u a t i o n f o r e v a l u a t i n g fi r e r e s i s t a n c e o f a n R C b e a m u n d e r s t a n d a r d fi r e e x p o s u r e a n d e s t a b l i s h i n g t i m e e q u i v a l e n c y b e t w e e n s t a n d a r d a n d d e s i g n fi r e e x p o s u r e . T h e p r o p o s e d a p p r o a c h i s d e r i v e d b a s e d o n r e s u l t s f r o m t h e p a r a m e t r i c s t u d i e s p r e s e n t e d i n C h a p t e r 6 . T h e d e v e l o p m e n t o f t h e s i m p l i fi e d e q u a t i o n a n d t i m e e q u i v a l e n c y a p p r o a c h i s i l l u s t r a t e d i n t h i s C h a p t e r . T h e v a l i d i t y o f t h e p r o p o s e d a p p r o a c h i s e s t a b l i s h e d b y c o m p a r i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e p r e d i c t i o n s w i t h v a l u e s f r o m n u m e r i c a l s t u d i e s a s w e l l a s f r o m fi r e r e s i s t a n c e t e s t s . P r e d i c t i o n s f r o m t h e p r o p o s e d e q u a t i o n a r e a l s o c o m p a r e d w i t h 2 5 9 fi r e r e s i s t a n c e e s t i m a t e s f r o m c u r r e n t c o d e s o f p r a c t i c e . T h e a p p l i c a b i l i t y o f t h e a p p r o a c h t o d e s i g n s i t u a t i o n s i s i l l u s t r a t e d t h r o u g h a n u m e r i c a l e x a m p l e . 7 . 2 M e t h o d o l o g y f o r E v a l u a t i n g F i r e R e s i s t a n c e 7 . 2 . 1 F a c t o r s G o v e r n i n g F i r e R e s i s t a n c e D a t a fi ' o m p a r a m e t r i c s t u d i e s p r e s e n t e d i n C h a p t e r 6 i n d i c a t e t h a t t h e m a i n f a c t o r s t h a t s t r o n g l y i n fl u e n c e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s a r e fi r e s c e n a r i o , l o a d r a t i o , s p a n - t o - d e p t h r a t i o , l o c a t i o n o f a x i a l r e s t r a i n t , a n d r o t a t i o n a l r e s t r a i n t . F a c t o r s t h a t h a v e a m o d e r a t e i n fl u e n c e o n t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s a r e s e c t i o n a l d i m e n s i o n s ( c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s a n d b e a m w i d t h ) , a g g r e g a t e t y p e ( c a r b o n a t e o r s i l i c e o u s a g g r e g a t e ) , d e g r e e o f a x i a l r e s t r a i n t , c o n c r e t e s t r e n g t h a n d s p a l l i n g , a n d f a i l u r e c r i t e r i a . A n e m p i r i c a l e q u a t i o n , w h i c h a c c o u n t s f o r v a r i o u s s i g n i fi c a n t p a r a m e t e r s , i s d e v e l o p e d f o r p r e d i c t i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . F o r d e r i v i n g s u c h a n e q u a t i o n , r e s u l t s f r o m t h e p a r a m e t r i c s t u d i e s p r e s e n t e d i n C h a p t e r 6 a r e u t i l i z e d . D e v e l o p m e n t o f a n e m p i r i c a l e q u a t i o n f o r fi r e r e s i s t a n c e i s q u i t e i n v o l v e d d u e t o t h e l a r g e n u m b e r o f p a r a m e t e r s a n d t h e i n t e r d e p e n d e n c y a m o n g t h e m . D e t a i l s o n t h e d e v e l o p m e n t o f t h e e m p i r i c a l e q u a t i o n a r e p r e s e n t e d i n t h e f o l l o w i n g s e c t i o n s . 7 . 2 . 2 G e n e r a l A p p r o a c h A n a p p r o a c h f o r e v a l u a t i n g fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s i s o u t l i n e d . C o n t r a r y t o t h e c u r r e n t p r e s c r i p t i v e a p p r o a c h e s , t h e g o a l o f t h e p r o p o s e d m e t h o d i s n o t t o d e t e r m i n e t h e fi r e r e s i s t a n c e o f a n R C b e a m u n d e r d e s i g n fi r e e x p o s u r e , b u t t o d e t e r m i n e i f a n R C b e a m c a n s u r v i v e i n a d e s i g n fi r e s c e n a r i o . I n g e n e r a l , t h e d e s i g n a p p r o a c h i n v o l v e s t w o s t e p s , n a m e l y : 2 6 0 0 E v a l u a t i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e o f t h e R C b e a m ( R ) u n d e r s t a n d a r d fi r e e x p o s u r e s , u s i n g a s i m p l i fi e d e q u a t i o n , 0 D e t e r m i n i n g t h e t i m e e q u i v a l e n t ( t e ) u n d e r a d e s i g n fi r e s c e n a r i o u t i l i z i n g e q u i v a l e n t e n e r g y c o n c e p t , a n d t h e n c h e c k i n g f a i l u r e o f t h e b e a m ( u n d e r a d e s i g n fi r e e x p o s u r e ) w h i c h i s s a i d t o o c c u r w h e n : t e > R : > F a i l u r e [ 7 . 1 ] w h e r e : R = fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m , a n d r e = t i m e e q u i v a l e n t . T h e p r o p o s e d a p p r o a c h i s c a r r i e d o u t b y g i v i n g f u l l c o n s i d e r a t i o n t o c r i t i c a l p a r a m e t e r s , i n c l u d i n g fi r e s c e n a r i o , l o a d r a t i o , r e s t r a i n t e f f e c t s , a n d f a i l u r e c r i t e r i a ( k e y p a r a m e t e r s f o r p e r f o r m a n c e - b a s e d fi r e s a f e t y d e s i g n a s d i s c u s s e d i n C h a p t e r 2 ) , t h a t i n fl u e n c e t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . C r i t i c a l p a r a m e t e r s ( s u c h a s s e c t i o n c h a r a c t e r i s t i c s , l o a d r a t i o , a x i a l r e s t r a i n t , r o t a t i o n a l r e s t r a i n t , s p a n - t o — d e p t h r a t i o , a n d a g g r e g a t e t y p e ) a r e a c c o u n t e d f o r i n d e r i v i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e e q u a t i o n u n d e r s t a n d a r d fi r e e x p o s u r e . I n t h e s e c o n d s t e p fi r e s c e n a r i o i s a c c o u n t e d f o r i n e v a l u a t i n g t h e t i m e e q u i v a l e n t . 7 . 3 E q u a t i o n f o r F i r e R e s i s t a n c e u n d e r S t a n d a r d F i r e I n t h e p r o p o s e d d e s i g n a p p r o a c h , t h e fi r s t s t e p i s t o e v a l u a t e t h e fi r e r e s i s t a n c e o f a n R C b e a m u n d e r s t a n d a r d fi r e e x p o s u r e . T h i s i s a c h i e v e d i n a t w o s u b - s t e p p r o c e s s w h e r e i n fi r e r e s i s t a n c e i s fi r s t e s t i m a t e d b a s e d o n t h e r m a l c o n s i d e r a t i o n s a n d t h e n c o r r e c t i o n f a c t o r s a r e a p p l i e d t o a c c o u n t f o r a l l r e l e v a n t f a c t o r s i n fl u e n c i n g fi r e r e s i s t a n c e . 2 6 1 T h e fi r s t s t e p i s t o e s t i m a t e a n i n i t i a l v a l u e o f t h e fi r e r e s i s t a n c e , R 0 . A n i n i t i a l v a l u e o f fi r e r e s i s t a n c e c a n b e c o m p u t e d b a s e d o n t h e t h e r m a l r e s p o n s e o f t h e b e a m b y a p p l y i n g r e b a r t e m p e r a t u r e f a i l u r e c r i t e r i a . H o w e v e r , s i n c e fi r e r e s i s t a n c e p r o v i s i o n s i n c u r r e n t c o d e s a n d s t a n d a r d s ( s u c h a s A C I 2 1 6 . 1 , E u r o c o d e 2 a n d A S 3 6 0 0 ) a r e m a i n l y d e r i v e d b a s e d o n r e b a r t e m p e r a t u r e f a i l u r e c r i t e r i a , i t i s r e a s o n a b l e t o e s t i m a t e R 0 b a s e d o n t h e t a b u l a t e d fi r e r e s i s t a n c e i n t h e s e c o d e s . T o d e v e l o p a b a s e v a l u e f o r e s t i m a t i n g R 0 , t w e n t y s i m p l y s u p p o r t e d R C b e a m s w e r e a n a l y z e d . T h e b e a m s w e r e a s s u m e d t o b e m a d e o f f o u r c r o s s - s e c t i o n s g i v e n i n T a b l e 6 . 1 . F o r e a c h c r o s s - s e c t i o n , fi v e v a l u e s o f c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s t o r e b a r , n a m e l y , 3 0 , 4 0 , 5 0 , 6 0 a n d 7 0 m m , w e r e a s s u m e d i n t h e a n a l y s i s . T h e fi r e r e s i s t a n c e f o r t h e a n a l y z e d b e a m s i s c o m p u t e d b a s e d o n r e b a r t e m p e r a t u r e f a i l u r e c r i t e r i a a s w e l l a s u s i n g t h e p r e s c r i p t i v e p r o v i s i o n s i n t h r e e c o d e s o f p r a c t i c e ( A C I 2 1 6 . 1 , E u o c o d e 2 a n d A S 3 6 0 0 ) . T h e r e s u l t s a r e p l o t t e d i n F i g u r e 7 . 1 . I t c a n b e s e e n f r o m t h e fi g u r e t h a t t h e fi r e r e s i s t a n c e c o m p u t e d b a s e d o n A C 1 2 1 6 . 1 i s h i g h e r t h a n t h e p r e d i c t e d v a l u e ( f r o m t h e n u m e r i c a l m o d e l ) f o r m o s t o f t h e a n a l y z e d b e a m s . I t c a n a l s o b e s e e n t h a t A C I 2 1 6 . 1 p r e d i c t s t h e s a m e fi r e r e s i s t a n c e f o r m a n y o f t h e b e a m s h a v i n g d i f f e r e n t c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s a n d c r o s s - s e c t i o n a l d i m e n s i o n s . I t s h o u l d a l s o b e n o t e d t h a t A C I 2 1 6 . 1 s p e c i fi e s a fi r e r e s i s t a n c e r a t i n g a t a l a r g e t i m e i n c r e m e n t ( 1 , 2 , 3 , a n d 4 h o u r s ) a n d m a y n o t p r o v i d e r e l i a b l e fi r e r e s i s t a n c e w i t h fi n e r t i m e i n c r e m e n t s . T h u s , A C I 2 1 6 . 1 m a y n o t p r o v i d e a r e a s o n a b l e e s t i m a t e f o r R 0 . 2 6 2 F i g u r e 7 . 1 a l s o s h o w s t h a t t h e E u r o c o d e 2 a n d A u s t r a l i a n c o d e p r e d i c t i o n s a r e s i m i l a r . H o w e v e r , t h e A u s t r a l i a n c o d e p r o v i s i o n s s p e c i f y d i f f e r e n t c o m b i n a t i o n s o f c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s a n d b e a m w i d t h s t o o b t a i n a r e q u i r e d fi r e r e s i s t a n c e r a t i n g . F u r t h e r , s i m i l a r t o A C 1 2 1 6 . 1 , E u r o c o d e 2 p r o v i s i o n s s p e c i f y fi r e r e s i s t a n c e r a t i n g a t r e l a t i v e l y l a r g e t i m e i n c r e m e n t ( 3 0 m i n u t e s ) c o m p a r e d t o t h e A u s t r a l i a n c o d e . T h u s , t h e g r a p h i n t h e A u s t r a l i a n c o d e , r e p r o d u c e d i n F i g u r e 7 . 2 , i s s e l e c t e d t o o b t a i n a n i n i t i a l e s t i m a t e o f fi r e r e s i s t a n c e , R 0 . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t R 0 i s a n e s t i m a t e a n d a n y g r a p h s i m i l a r t o t h a t i n F i g u r e 7 . 2 c a n b e a p p l i e d . 0 T h e s e c o n d s t e p i n c o m p u t i n g fi r e r e s i s t a n c e i s t o a p p l y m o d i fi c a t i o n f a c t o r s t o e s t i m a t e d R 0 v a l u e s t o a c c o u n t f o r o t h e r c r i t i c a l f a c t o r s t h a t i n fl u e n c e fi r e r e s i s t a n c e o f t h e b e a m . T h r e e m o d i fi c a t i o n f a c t o r s a r e t o b e a p p l i e d , n a m e l y : . A ‘ s t r u c t u r a l f a c t o r ’ t o a c c o u n t f o r t h e i n fl u e n c e o f s u p p o r t c o n d i t i o n s ( s i m p l y s u p p o r t e d ( S S ) , a x i a l l y r e s t r a i n e d ( A R ) , e c c e n t r i c a l l y a x i a l l y r e s t r a i n e d ( E R ) , r o t a t i o n a l l y r e s t r a i n e d ( R R ) , a n d r o t a t i o n a l l y a n d a x i a l l y r e s t r a i n e d ( F R ) ) , l o a d r a t i o , l o c a t i o n o f a x i a l r e s t r a i n t , a n d s p a n - t o - d e p t h r a t i o . I A n ‘ a g g r e g a t e f a c t o r ’ t o a c c o u n t f o r t h e i n fl u e n c e o f a g g r e g a t e ( s i l i c e o u s o r c a r b o n a t e ) i n c o n c r e t e . ' A ‘ s t r e n g t h f a c t o r ’ t o a c c o u n t f o r t h e i n fl u e n c e o f c o n c r e t e s t r e n g t h a n d s p a l l i n g . D a t a f r o m t h e p a r a m e t r i c s t u d i e s p r e s e n t e d i n C h a p t e r 6 a r e u s e d t o e s t a b l i s h t h e s e m o d i fi c a t i o n f a c t o r s . I n t h e s e p a r a m e t r i c s t u d i e s , a b o u t 9 0 0 N S C b e a m s w i t h f o u r R C 2 6 3 c r o s s - s e c t i o n s , a n d t w o a g g r e g a t e t y p e s w e r e a n a l y z e d . T h i s p r o d u c e d 8 s e c t i o n - a g g r e g a t e c o m b i n a t i o n s . T h r e e v a l u e s o f s p a n - t o - d e p t h r a t i o ( 8 , 1 3 , a n d 1 8 ) , t h r e e v a l u e s o f l o a d r a t i o ( 3 0 % , 5 0 % a n d 7 0 % ) , t h r e e v a l u e s o f a x i a l r e s t r a i n t s t i f f n e s s ( 0 , 5 0 k N / m m a n d 2 0 0 k N / m m ) , a n d fi v e v a l u e s o f t h e l o c a t i o n o f t h e a x i a l r e s t r a i n t ( 0 . 3 , 0 . 4 , 0 . 5 , 0 . 6 a n d 0 . 7 ) w e r e u s e d i n t h e a n a l y s i s . I n a d d i t i o n , a n u m b e r o f H S C b e a m s w e r e a n a l y z e d t o e s t i m a t e t h e m o d i fi c a t i o n f a c t o r s t h a t a c c o u n t f o r c o n c r e t e t y p e a n d s p a l l i n g . T h e H S C b e a m s h a d t h e s a m e c h a r a c t e r i s t i c s a s N S C b e a m s e x c e p t f o r c o n c r e t e s t r e n g t h . R e s u l t s f r o m t h e a n a l y s i s a r e u s e d t o d e r i v e t h e fi r e r e s i s t a n c e o f b e a m s b a s e d o n s t r e n g t h , d e fl e c t i o n , a n d r a t e o f d e fl e c t i o n l i m i t s t a t e s . T h e m i n i m u m f a i l u r e t i m e s c o m p u t e d b a s e d o n t h e s e t h r e e l i m i t s t a t e s i s c o n s i d e r e d t o b e t h e fi r e r e s i s t a n c e o f t h e b e a m . T h e c o m p u t e d fi r e r e s i s t a n c e v a l u e s o f t h e a n a l y z e d b e a m s a r e u t i l i z e d t o d e v e l o p a r e l a t i o n s h i p f o r t h e t h r e e m o d i fi c a t i o n f a c t o r s u s i n g r e g r e s s i o n a n a l y s i s . T h e fi r e r e s i s t a n c e d a t a f o r t h e a n a l y z e d N S C b e a m s , m a d e o f s i l i c e o u s a g g r e g a t e c o n c r e t e , i s u s e d t o e s t a b l i s h r e l a t i o n s h i p s f o r t h e s t r u c t u r a l f a c t o r . T h e r e s t o f t h e d a t a i s u s e d t o c o m p u t e t h e a g g r e g a t e a n d s t r e n g t h f a c t o r s . A n a l y s i s r e s u l t s o f t h e b e a m s w e r e r a n d o m l y d i v i d e d i n t o t w o s e t s o f w h i c h o n e s e t i s u s e d f o r r e g r e s s i o n a n a l y s i s ( c a l i b r a t i o n ) a n d t h e o t h e r s e t i s u s e d f o r v e r i fi c a t i o n ( v a l i d a t i o n ) . R e s u l t s f r o m t h e r e g r e s s i o n a n a l y s i s i n d i c a t e t h a t t h e fi r e r e s i s t a n c e o f a n R C b e a m c a n b e e x p r e s s e d a s : R = ¢ s t ¢ a g ¢ c s R o [ 7 . 2 ] w h e r e : R = fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m , 2 6 4 R 0 = i n i t i a l e s t i m a t e o f fi r e r e s i s t a n c e o b t a i n e d f r o m F i g u r e 7 . 2 , ¢ s t = s t r u c t u r a l m o d i fi c a t i o n f a c t o r , ¢ a g = a g g r e g a t e m o d i fi c a t i o n f a c t o r , a n d ¢ c s = S t r e n g t h m o d i fi c a t i o n f a c t o r . P r e l i m i n a r y r e g r e s s i o n a n a l y s i s i n d i c a t e s t h a t ( 2 2 , , m a i n l y d e p e n d s o n s u p p o r t c o n d i t i o n s , l o a d r a t i o , a x i a l r e s t r a i n t s t i f f n e s s , l o c a t i o n o f a x i a l r e s t r a i n t , s p a n - t o - d e p t h r a t i o , a n d s e c t i o n c h a r a c t e r i s t i c s . B a s e d o n t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n 9 1 , , a n d t h e s e p a r a m e t e r s , fi v e e m p i r i c a l r e l a t i o n s h i p s w e r e d e v e l o p e d f o r t h e fi v e s u p p o r t c o n d i t i o n s ( S S , A R , E R , R R a n d F R ) . F o r e a c h s u p p o r t c o n d i t i o n , t h e e m p i r i c a l r e l a t i o n s h i p s w e r e d e v e l o p e d s u c h t h a t i t s p r e d i c t i o n s h a d m i n i m a l v a r i a t i o n f r o m t h e v a l u e s p r e d i c t e d b y t h e fi n i t e e l e m e n t m o d e l . R e g r e s s i o n a n a l y s i s w a s c a r r i e d o u t u s i n g s t a t i s t i c a l s o f t w a r e ‘ S P S S ’ t o fi n d f u n c t i o n s t h a t a c c u r a t e l y fi t t h e d a t a f o r d i f f e r e n t s u p p o r t c o n d i t i o n s . I t w a s f o u n d t h a t t h e r e s i d u a l s f r o m t h e r e g r e s s i o n a n a l y s i s a r e n o t u n i f o r m l y d i s t r i b u t e d f o r A R a n d E R b e a m s . T h u s , t r a n s f o r m a t i o n ( l o g a r i t h m i c ) i s u s e d f o r p r e d i c t e d a n d s i m u l a t e d v a l u e s t o r e d u c e t h e n o n - u n i f o r m i t y o f t h e r e s i d u a l s f o r t h e s e t w o c a s e s ( A R a n d E R ) . T h e r e g r e s s i o n a n a l y s i s i s r e p e a t e d f o r A R a n d E R w i t h t h e t r a n s f o r m e d v a l u e s t o fi n d t h e f u n c t i o n s t h a t b e s t fi t t h e d a t a . T h e o b t a i n e d f u n c t i o n s f o r t h e fi v e s u p p o r t c o n d i t i o n s w e r e t h e n s i m p l i fi e d t o a r r i v e a t t h e f o l l o w i n g e q u a t i o n s : ¢ S S = 1 . 4 — L R 4 . 0 2 1 1 0 [ 7 . 3 ] ¢ A R = 0 . 9 ¢ S S — O . . 2 ( 7 I _ } - — 1 4 } 0 1 + C I X ) [ 7 . 4 ] 2 6 5 1 1 5 . m W 0 : f Y W W 0 = s e c t i o n c h a r a c t e r i s t i c f a c t o r = — Z — , 0 ' 8 ¢ A R + 0 . 2 , 2 1 7 - ( 0 . 6 ¢ + £ 1 8 — £ ] ( £ — 0 6 ) { > 0 6 \ A R H H - H _ . 1 M e = ¢ s s + 3 - 3 - 7 L R [ 7 . 6 ] m = m + 0 . 5 ¢ 3 1 R [ 7 . 7 1 w h e r e : ¢ S S = s t r u c t u r a l f a c t o r f o r S S b e a m s , ¢ A R = s t r u c t u r a l f a c t o r f o r A R b e a m s , ¢ E R = s t r u c t u r a l f a c t o r f o r E R b e a m s , ¢ R R = s t r u c t u r a l f a c t o r f o r R b e a m s , ¢ F R = s t r u c t u r a l f a c t o r f o r F R b e a m s , S F p p = s t e e l r a t i o = a r e a o f t e n s i o n s t e e l / e f f e c t i v e a r e a o f c r o s s - s e c t i o n , S F = s e c t i o n f a c t o r ( l / m ) = h e a t e d p a r a m e t e r / c r o s s - s e c t i o n a l a r e a , x = n u m b e r o f c o m e r b a r s / t o t a l n u m b e r o f b a r s , L R = l o a d r a t i o , L = s p a n o f t h e b e a m , H = t o t a l d e p t h o f t h e b e a m , Y = l o c a t i o n o f a x i a l r e s t r a i n t m e a s u r e d f r o m t h e t o p m o s t fi b e r s o f t h e b e a m c r o s s - s e c t i o n , 2 6 6 k , = a x i a l r e s t r a i n t s t i f f n e s s , b = b e a m w i d t h , a n d E C = m o d u l u s o f e l a s t i c i t y o f c o n c r e t e . T h e s i m u l a t e d v a l u e s o f t h e s t r u c t u r a l f a c t o r ( c o m p u t e d f r o m t h e a c t u a l d a t a a s s u m i n g ¢ a g a n d ¢ C s t o b e 1 . 0 f o r s i l i c e o u s a g g r e g a t e a n d N S C , r e s p e c t i v e l y ) a r e p l o t t e d a g a i n s t t h e p r e d i c t e d v a l u e s f r o m t h e b e s t fi t e q u a t i o n s i n F i g u r e s 7 . 3 t o 7 . 7 . T h e t r e n d s i n t h e s e fi g u r e s s h o w t h a t t h e b e s t fi t e q u a t i o n i s s u f fi c i e n t l y a c c u r a t e i n p r e d i c t i n g t h e s t r u c t u r a l p a r a m e t e r s . T h e c o e f fi c i e n t o f d e t e r m i n a t i o n w a s f o u n d t o b e 0 . 9 5 , 0 . 7 2 , 0 . 7 9 , 0 . 9 2 a n d . 0 . 7 3 f o r t h e fi v e e q u a t i o n s , s e e F i g u r e s 7 . 3 t o 7 . 7 . T h e l o w c o e f fi c i e n t o f d e t e r m i n a t i o n s f o r A R , E R a n d F R s u p p o r t c o n d i t i o n s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e l a r g e n u m b e r o f i n fl u e n c i n g p a r a m e t e r s a n d t h e i n t e r a c t i o n s a m o n g t h e s e p a r a m e t e r s . A c c o u n t i n g f o r s u c h a l a r g e n u m b e r o f p a r a m e t e r s w i l l m a k e t h e e q u a t i o n v e r y c o m p l e x a n d u n s u i t a b l e f o r d e s i g n p u r p o s e s . T h e r e s i d u a l s ( d i f f e r e n c e b e t w e e n s t r u c t u r a l m o d i fi c a t i o n f a c t o r s c o m p u t e d f r o m t h e n u m e r i c a l m o d e l a n d p r e d i c t e d v a l u e s ) a r e p l o t t e d v e r s u s p r e d i c t e d v a l u e s i n F i g u r e s 7 . 8 t o 7 . 1 2 f o r t h e fi v e s u p p o r t c o n d i t i o n s . I t c a n b e s e e n t h a t t h e r e s i d u a l s a r e a l m o s t u n i f o r m l y d i s t r i b u t e d t h r o u g h o u t t h e p r e d i c t e d r a n g e o f s t r u c t u r a l p a r a m e t e r s . T h i s i n d i c a t e s t h a t t h e e q u a t i o n s f o r m o d i fi c a t i o n f a c t o r s a r e n o t b i a s e d i n p r e d i c t i n g t h e v a l u e s o f fi r e r e s i s t a n c e . 2 6 7 T h e s e c o n d m o d i fi c a t i o n f a c t o r ( ¢ a g ) i s d e r i v e d t o t a k e i n t o a c c o u n t t h e i n fl u e n c e o f a g g r e g a t e t y p e . I n p r a c t i c e , t w o t y p e s o f a g g r e g a t e a r e m o s t c o m m o n l y u s e d i n t h e c o n c r e t e m i x , n a m e l y , s i l i c e o u s a n d c a r b o n a t e . I n t h e r e g r e s s i o n a n a l y s i s , s i l i c e o u s a g g r e g a t e c o n c r e t e i s t a k e n a s t h e b a s e l i n e a n d h e n c e i t s a g g r e g a t e f a c t o r i s 1 . 0 . R e s u l t s f r o m p a r a m e t r i c s t u d i e s p r e s e n t e d i n C h a p t e r 6 i n d i c a t e t h a t b e a m s m a d e o f c a r b o n a t e a g g r e g a t e c o n c r e t e h a v e 2 0 - 3 0 % h i g h e r fi r e r e s i s t a n c e t h a n t h o s e m a d e o f s i l i c e o u s a g g r e g a t e c o n c r e t e . F u r t h e r , p r e v i o u s s t u d i e s o n R C s t r u c t u r a l m e m b e r s h a v e s h o w n t h a t m e m b e r s m a d e o f c a r b o n a t e a g g r e g a t e c o n c r e t e h a v e 1 0 - 2 0 % h i g h e r fi r e r e s i s t a n c e t h a n t h o s e m a d e o f s i l i c e o u s a g g r e g a t e c o n c r e t e ( K o d u r 2 0 0 3 a ) . T h u s , f o r c a r b o n a t e a g g r e g a t e c o n c r e t e , t h e a g g r e g a t e f a c t o r i s s e l e c t e d t o b e 1 . 2 . T h e s i m u l a t e d fi r e r e s i s t a n c e v a l u e s f o r c a r b o n a t e a g g r e g a t e R C b e a m s a r e p l o t t e d v e r s u s t h e p r e d i c t e d v a l u e s i n F i g u r e 7 . 1 3 . I t c a n b e s e e n f r o m t h e fi g u r e t h a t t h e p r e d i c t e d fi r e r e s i s t a n c e v a l u e s m a t c h w e l l w i t h t h e s i m u l a t e d v a l u e s , a n d a r e c o n s e r v a t i v e f o r m o s t o f t h e c a r b o n a t e a g g r e g a t e c o n c r e t e b e a m s . T h e p r e d i c t e d fi r e r e s i s t a n c e v a l u e s a r e u n c o n s e r v a t i v e f o r o n l y a f e w b e a m s w h i c h g e n e r a l l y h a v e fi r e r e s i s t a n c e v a l u e s t h a t a r e v e r y c l o s e t o t h e s i m u l a t e d v a l u e s . T h i s i n d i c a t e s t h a t t h e p r o p o s e d a p p r o a c h i s c a p a b l e o f p r e d i c t i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e o f c a r b o n a t e a g g r e g a t e R C b e a m s w i t h s u f fi c i e n t a c c u r a c y f o r p r a c t i c a l p u r p o s e s . T h e t h i r d m o d i fi c a t i o n f a c t o r ( g r i m ) i n t h e fi r e r e s i s t a n c e e q u a t i o n i s t o a c c o u n t f o r t h e i n fl u e n c e o f c o n c r e t e s t r e n g t h a n d fi r e i n d u c e d s p a l l i n g . I n t h e r e g r e s s i o n a n a l y s i s , t h e v a l u e o f t h e m a t e r i a l m o d i fi c a t i o n f a c t o r i s a s s u m e d t o b e 1 . 0 f o r N S C b e a m s . R e s u l t s f r o m p a r a m e t r i c s t u d i e s p r e s e n t e d i n C h a p t e r 6 i n d i c a t e t h a t r o t a t i o n a l l y u n r e s t r a i n e d ( S S , A R a n d E R ) H S C b e a m s h a v e 5 - 2 5 % l o w e r fi r e r e s i s t a n c e t h a n N S C b e a m s . T h e r e s u l t s 2 6 8 a l s o s h o w t h a t r o t a t i o n a l l y r e s t r a i n e d ( R R a n d F R ) H S C b e a m s h a v e 4 0 - 6 0 % l o w e r fi r e r e s i s t a n c e t h a n N S C b e a m s . P r e v i o u s s t u d i e s o f R C b e a m s a n d c o l u m n s h a v e s h o w n t h a t H S C m e m b e r s h a v e 2 0 - 3 0 % l o w e r fi r e r e s i s t a n c e t h a n t h o s e m a d e o f N S C ( K o d u r a n d M c G r a t h 2 0 0 3 , D w a i k a t a n d K o d u r 2 0 0 9 ) . T h u s , f o r H S C b e a m s ( w i t h c o m p r e s s i v e s t r e n g t h h i g h e r t h a n 7 0 M P a a s d i s c u s s e d i n C h a p t e r 1 ) t h e v a l u e s 0 . 8 a n d 0 . 5 w e r e s e l e c t e d f o r r o t a t i o n a l l y u n r e s t r a i n e d a n d r e s t r a i n e d b e a m s , r e s p e c t i v e l y . T h e r e a s o n f o r s e l e c t i n g t w o d i f f e r e n t v a l u e s i s t h a t c o n c r e t e s t r e n g t h ( a n d s p a l l i n g ) h a s a l a r g e i n fl u e n c e o n t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R R a n d F R b e a m s a s d i s c u s s e d i n C h a p t e r 6 . T h e v a l u e s a r e s e l e c t e d i n s u c h a w a y t h a t t h e fi r e r e s i s t a n c e p r e d i c t i o n s f o r m o s t o f t h e a n a l y z e d H S C b e a m s i s c o n s e r v a t i v e . T h e s i m u l a t e d fi r e r e s i s t a n c e v a l u e s ( u s i n g t h e c o m p u t e r p r o g r a m ) f o r H S C b e a m s a r e p l o t t e d a g a i n s t t h e p r e d i c t e d v a l u e s ( b a s e d o n E q . [ 7 . 2 ] ) i n F i g u r e 7 . 1 4 . T h e p r e d i c t e d fi r e r e s i s t a n c e v a l u e s a r e i n g o o d a g r e e m e n t w i t h t h e s i m u l a t e d v a l u e s a n d a r e c o n s e r v a t i v e f o r m o s t o f t h e a n a l y z e d b e a m s . A l s o , t h e fi r e r e s i s t a n c e p r e d i c t i o n s a r e u n c o n s e r v a t i v e f o r o n l y f e w H S C b e a m s a n d t h e p r e d i c t e d fi r e r e s i s t a n c e v a l u e s f o r t h e s e b e a m s a r e v e r y c l o s e t o t h e s i m u l a t e d v a l u e s . T h i s i n d i c a t e s t h a t t h e p r o p o s e d a p p r o a c h g e n e r a l l y r e s u l t s i n s u f fi c i e n t l y a c c u r a t e fi r e r e s i s t a n c e p r e d i c t i o n s o f H S C b e a m s . 7 . 4 E s t a b l i s h i n g F i r e R e s i s t a n c e u n d e r D e s i g n F i r e s 7 . 4 . 1 T i m e E q u i v a l e n t T h e fi r e r e s i s t a n c e p e r f o r m a n c e o f a b e a m u n d e r a d e s i g n fi r e e x p o s u r e c a n b e r e l a t e d t o i t s fi r e r e s i s t a n c e u n d e r s t a n d a r d fi r e e x p o s u r e ( R ) p r o v i d e d a t i m e e q u i v a l e n c y i s e s t a b l i s h e d b e t w e e n s t a n d a r d a n d d e s i g n fi r e s c e n a r i o s . T h e s t a t e - o f - t h e - a r t r e v i e w 2 6 9 p r e s e n t e d i n C h a p t e r 2 i l l u s t r a t e d t h a t t h e r e a r e f e w t i m e e q u i v a l e n t m e t h o d s a n d e m p i r i c a l f o r m u l a f o r R C m e m b e r s ( b e a m s ) . I t w a s a l s o s h o w n i n C h a p t e r 2 t h a t t h e t i m e e q u i v a l e n t v a l u e s p r e d i c t e d b y e x i s t i n g m e t h o d s a n d e m p i r i c a l f o r m u l a e a r e g e n e r a l l y u n c o n s e r v a t i v e a n d h a v e a n a p p r e c i a b l e v a r i a t i o n f o r t h e c a s e o f R C b e a m s . T h u s , t h e c u r r e n t m e t h o d s f o r e v a l u a t i n g t i m e e q u i v a l e n c y f o r R C b e a m s m a y n o t b e f u l l y r e l i a b l e . T o o v e r c o m e t h i s p r o b l e m , a r e l i a b l e , c o n s e r v a t i v e s e m i - e m p i r i c a l a p p r o a c h f o r e s t a b l i s h i n g t i m e e q u i v a l e n c y i s p r e s e n t e d ( K o d u r e t a l . 2 0 0 9 b ) . 7 . 4 . 2 D e v e l o p m e n t o f T i m e E q u i v a l e n t M e t h o d o l o g y 7 . 4 . 2 . 1 A p p r o a c h T h e p r o p o s e d m e t h o d o l o g y f o r e s t a b l i s h i n g t i m e e q u i v a l e n c y b e t w e e n s t a n d e a n d d e s i g n fi r e s c e n a r i o s i s b a s e d o n t h e c o n c e p t o f e q u i v a l e n t e n e r g y . T h e e n e r g y b a s e d . c o n c e p t i s b e t t e r s u i t e d t h a n t h e e q u i v a l e n t a r e a o r e q u i v a l e n t ( m a x i m u m ) t e m p e r a t u r e a p p r o a c h s i n c e t h e e q u a l e n e r g y c o n c e p t a s s u m e s t h a t t h e fi r e s e v e r i t y , a n d t h u s t h e fi r e r e s i s t a n c e , d e p e n d s o n t h e a m o u n t o f e n e r g y t r a n s f e r r e d t o t h e b e a m . A c c o r d i n g l y , t w o fi r e s w i l l h a v e t h e s a m e fi r e s e v e r i t y i f t h e y t r a n s f e r t h e s a m e a m o u n t o f e n e r g y t o a n R C b e a m . T h e a m o u n t o f e n e r g y t r a n s f e r r e d t o a n R C b e a m e x p o s e d t o fi r e i s r e l a t e d t o t h e h e a t fl u x o n t h e fi r e e x p o s e d b o u n d a r i e s o f t h e b e a m , w h i c h i n v o l v e s h e a t t r a n s f e r t h r o u g h c o n v e c t i o n a n d r a d i a t i o n . T h e c o n v e c t i o n a n d r a d i a t i o n h e a t fl u x o n t h e b o u n d a r y o f a n R C b e a m e x p o s e d t o fi r e c a n b e g i v e n b y t h e f o l l o w i n g t w o f o r m u l a e , r e s p e c t i v e l y ( B u c h a n a n 2 0 0 2 ) : q c o n : h c o n ( T f — T c ) [ 7 - 8 ] _ 4 4 q r a d — 0 ' 8 ( T f _ T c ) [ 7 . 9 ] 2 7 0 w h e r e : q w n = c o n v e c t i v e h e a t fl u x ( W / m z ) , q r a d = r a d i a t i v e h e a t fl u x ( W / m z ) , h e m , = c o n v e c t i v e h e a t t r a n s f e r c o e f fi c i e n t ( W / m Z K ) , T f = fi r e t e m p e r a t u r e ( K ) , T c = t e m p e r a t u r e o n s u r f a c e o f b o u n d a r y ( K ) , a = S t e f a n - B o l t z m a n n c o n s t a n t ( 5 . 6 7 > < 1 0 ' 8 W / m 2 K 4 ) a n d a = e m i s s i v i t y . E q u a t i o n [ 7 . 9 ] c a n b e w r i t t e n a s : q m d = 0 3 ( 7 f 2 + 7 , 2 ) ( T f + T C 1 7 } — T c ) [ 7 . 1 0 ] S i n c e t h e t e m p e r a t u r e o n t h e e x p o s e d s u r f a c e ( T C ) i s g e n e r a l l y c l o s e t o t h e fi r e t e m p e r a t u r e ( T j ) , t h e r a d i a t i o n h e a t fl u x c a n b e a p p r o x i m a t e d a s : q m d z 4 a £ T f 3 ( T f — T c ) [ 7 . 1 1 ] T h u s , t h e t o t a l h e a t fl u x c a n b e w r i t t e n a s : q = q . . . + q . . . z h m a f — T . ) + 4 0 - 8 0 3 1 0 — T . ) [ 7 1 2 1 A s s u m i n g T f — T c = a T f , ( w h e r e a i s a d i m e n s i o n a l c o n s t a n t ) , E q . [ 7 . 1 2 ] c a n b e w r i t t e n a s : q z 6 1 ( 4 0 n g 4 + h c o a n ) ' [ 7 . 1 3 ] 2 7 1 T h e e r r o r i n v o l v e d i n t h e a b o v e a s s u m p t i o n i s g e n e r a l l y s m a l l d u e t o t h e f a c t t h a t t h e e x p o s e d s u r f a c e t e m p e r a t u r e ( T c ) i s c l o s e t o t h e fi r e t e m p e r a t u r e ( T j ) a n d c a n b e a s s u m e d 9 0 % o f i t ( A S C E M a n u a l 1 9 9 2 ) . T h u s , t h e a m o u n t o f e n e r g y t r a n s f e r t o a n R C b e a m u n d e r fi r e e x p o s u r e c a n b e a p p r o x i m a t e d b y t h e f o l l o w i n g f o r m u l a : E , = q u d t z ] A a ( 4 0 ' 8 T , 4 + 1 1 ¢ . . a n ) d t [ 7 . 1 4 ] w h e r e : A = a r e a o f b o u n d a r y e x p o s e d t o fi r e , a n d E , = t o t a l e n e r g y . S i n c e b o t h A a n d a a r e a s s u m e d t o b e c o n s t a n t , t h e y c a n b e t a k e n o u t s i d e t h e i n t e g r a l i n E q . [ 7 . 1 4 ] a n d h e n c e : E , = a A ] ( 4 o - g T f " + 1 7 . 0 a n ) d t ‘ [ 7 . 1 5 ] T h e t o t a l e n e r g y , E , , r e p r e s e n t s t h e e n e r g y b o u n d b y t h e t i m e - t e m p e r a t u r e c u r v e o f a g i v e n fi r e e x p o s u r e . T h e t o t a l e n e r g y i n E q . [ 7 . 1 5 ] c a n a l s o b e c o m p u t e d b y t h e f o l l o w i n g e q u a t i o n : E , = 0 1 A ( A r e a u n d e r h e a t fl u x c u r v e ( 1 ) i n t e g r a l o v e r t i m e ) [ 7 . 1 6 ] 0 : T h u s , u s i n g t h e e q u i v a l e n t e n e r g y p r i n c i p l e , a d e s i g n fi r e w i l l h a v e t h e s a m e s e v e r i t y a s t h a t o f t h e s t a n d a r d fi r e i f : E d = E , [ 7 . 1 7 ] w h e r e : 2 7 2 E , = t o t a l e n e r g y u n d e r t h e h e a t fl u x ( — q — ) c u r v e o f t h e s t a n d a r d fi r e , a n d a E d = t o t a l e n e r g y u n d e r t h e h e a t fl u x ( — q — ) c u r v e o f t h e d e s i g n fi r e . a T h e e q u i v a l e n t t i m e c a n b e c o m p u t e d b y e q u a t i n g t h e t o t a l a r e a u n d e r t h e h e a t fl u x ( 1 ) a c u r v e f o r t h e d e s i g n fi r e w i t h t h e a r e a u n d e r t h e h e a t fl u x ( 1 ) c u r v e f o r t h e s t a n d a r d fi r e a a s s h o w n i n F i g u r e 7 . 1 5 ( f o r t h e A S T M E 1 1 9 s t a n d a r d a n d d e s i g n fi r e s ) . T o a r r i v e a t e q u i v a l e n c y , fi r s t t h e t o t a l a r e a u n d e r t h e h e a t fl u x c u r v e f o r t h e d e s i g n fi r e ( a r e a B i n F i g u r e 7 . 1 5 ) i s c o m p u t e d . T h e a r e a u n d e r t h e h e a t fl u x o f a s t a n d a r d fi r e ( a r e a A i n F i g u r e 7 . 1 5 ) i s c o m p u t e d a t v a r i o u s t i m e s t e p s . A c c o r d i n g t o t h e p r o p o s e d t i m e e q u i v a l e n t m e t h o d , t h e t i m e a t w h i c h a r e a A ( w h i c h v a r i e s a s a f u n c t i o n o f t i m e ) e q u a l s a r e a B i s t h e t i m e e q u i v a l e n t o f t h e d e s i g n fi r e . 7 . 4 . 2 . 2 S i m p l i fi c a t i o n T h e a r e a u n d e r t h e h e a t fl u x c u r v e f o r b o t h s t a n d a r d a n d d e s i g n fi r e s c a n b e c o m p u t e d b y a p p l y i n g t h e t r a p e z o i d a l r u l e ( a n y s p r e a d s h e e t s o f t w a r e s u c h a s E x c e l c a n b e u s e d ) . H o w e v e r , f o r d e s i g n fi r e s w h o s e t i m e - t e m p e r a t u r e c u r v e s a r e e s t a b l i s h e d b a s e d o n E u r o c o d e 1 ( 2 0 0 2 ) , a m o r e s i m p l i fi e d a p p r o a c h c a n b e u s e d t o c o m p u t e t h e a r e a u n d e r t h e h e a t fl u x c u r v e . T h e a r e a u n d e r t h e h e a t fl u x c u r v e c a n b e d i v i d e d i n t o t w o p a r t s ( A 1 a n d A 2 ) w h i c h r e p r e s e n t s t h e a r e a u n d e r t h e a s c e n d i n g h e a t fl u x c u r v e a n d t h e a r e a u n d e r t h e d e s c e n d i n g h e a t fl u x c u r v e a s s h o w n i n F i g u r e 7 . 1 6 , r e s p e c t i v e l y . A c c o r d i n g t o E u r o c o d e l , t h e fi r e t e m p e r a t u r e i n t h e a s c e n d i n g b r a n c h ( h e a t i n g p h a s e ) c a n b e g i v e n b y t h e f o l l o w i n g e x p r e s s i o n : 2 7 3 F t v = = v e n t i l a t i o n f a c t i m e ( h o u r s ) , a n o r ( m o ' s ) , t d T f = 1 3 2 5 ( 1 — - 0 . 3 2 4 e — 0 ' 2 ' — 0 . 2 0 4 e _ 1 ‘ 7 t 4 1 4 7 2 1 . ? ” t j + 2 9 3 [ 7 . 1 8 ] w h e r e : * t = F t , F : t i m e m o d i fi c a t i o n f a c t o r , F : F , / 0 . 0 4 b / 1 9 0 0 ’ b = t h e r m a l i n e r t i a ( J / m 2 . K . s o ' 5 ) , T f : fi r e t e m p e r a t u r e ( K ) . T h u s , t h e h e a t fl u x ( 1 ) i n t h e h e a t i n g p h a s e o f a E u r o c o d e d e s i g n fi r e c a n b e w r i t t e n a s : a % = ( 4 a g r f 4 + h c r f ) = c z > ( z * ) [ 7 . 1 9 ] i n w h i c h ¢ ( t * ) r e p r e s e n t s a f u n c t i o n o f 1 * . H e n c e , A 1 c a n b e c o m p u t e d b y t h e f o l l o w i n g e x p r e s s i o n : ’ 4 ’ 4 A I = j 1 d t = j ( 4 0 8 T , ‘ + t h f ) d t [ 7 . 2 0 ] a o o w h e r e t d = b u r n i n g d u r a t i o n o f fi r e ( h o u r s ) . E q u a t i o n [ 7 . 2 0 ] c a n b e w r i t t e n a s : 1 I ‘ t d * * A , = — ] d > ( t ) d t [ 7 . 2 1 ] F 0 2 7 4 T h e i n t e g r a t i o n i n E q . [ 7 . 2 1 ] c a n b e e s t i m a t e d b y u s i n g t h e f o l l o w i n g e m p i r i c a l e x p r e s s i o n ( w h i c h i s d e r i v e d b a s e d o n r e g r e s s i o n a n a l y s i s a s s h o w n i n F i g u r e 7 . 1 7 ) : 0 4 8 . 6 ( F t d ) — 1 7 5 r i d 2 1 0 S u b s t i t u t i n g E q . [ 7 . 2 2 ] i n E q . [ 7 . 2 1 ] l e a d s t o t h e f o l l o w i n g e x p r e s s i o n : ’ 1 . 5 ‘ 1 M F t d < 1 0 A 1 3 4 r > 1 7 5 4 8 . 6 1 — — F 2 1 0 k ( d ) 1 - t d J F o r t h e c o o l i n g p h a s e , t h e fi r e t e m p e r a t u r e ( K ) c a n b e w r i t t e n a s : w h e r e T m a x = m a x i m u m fi r e t e m p e r a t u r e ( K ) , a n d r = c o o l i n g r a t e ( K / m i n u t e ) . T h u s , A 2 c a n b e c o m p u t e d a s f o l l o w s : T f ) d t C O " A 2 = i g d t = : ] ( 4 0 ' £ T f 4 + h ’ d ’ 0 ' w h e r e t , = t o t a l d u r a t i o n o f t h e fi r e . d e H o w e v e r , d e = — r d t o r d t = _ _ _ . H e n c e , E q . [ 7 . 2 5 ] c a n b e w r i t t e n a s : 1 T ” A = : — 4 a g T 4 + h 2 r ] ( f T m a x 0 ) d e C O " ! 0 1 ' A 2 = % ( T r fi a x _ T 0 5 ) + % _ : n _ ( T r £ a x _ T O Z ) 2 7 5 ’ i d $ 0 1 ) d ; z { 1 0 ( F t d ) I ' 5 F t d < 1 0 [ 7 . 2 2 ] [ 7 . 2 3 ] [ 7 . 2 4 ] [ 7 . 2 5 ] [ 7 . 2 6 ] [ 7 . 2 7 ] s u b s t i t u t i n g a : 0 . 5 a n d h a m = 2 5 W / m 2 . K , a n d c h a n g i n g u n i t s f r o m W a t t s ( W ) i n t o M e g a W a t t s ( M W ) , E q . [ 7 . 2 7 ] c a n b e w r i t t e n a s : = 0 4 0 1 7 1 3 . . . . — T 0 5 ) + 1 2 . 5 ( T n § & , — T 0 2 ) x 1 o - 6 A 2 [ 7 . 2 8 ] r T h u s , t h e t o t a l a r e a ( A d ) u n d e r t h e h e a t fl u x c u r v e f o r a E u r o c o d e d e s i g n fi r e c a n b e c o m p u t e d b y t h e f o l l o w i n g f o r m u l a : A d = A 1 + A 2 [ 7 . 2 9 ] T h e a r e a u n d e r t h e h e a t fl u x o f t h e A S T M E 1 1 9 ( o r I S O 8 3 4 ) s t a n d a r d fi r e c u r v e c a n a l s o b e e s t i m a t e d e m p i r i c a l l y u s i n g t h e f o l l o w i n g e x p r e s s i o n ( s e e F i g u r e 7 . 1 8 ) : t 1 . 4 1 A z 3 7 . 3 0 S [ 1 1 . 5 ] [ ] w h e r e A S = t h e a r e a u n d e r t h e h e a t fl u x c u r v e o f A S T M E 1 1 9 s t a n d a r d fi r e , a n d I , = t i m e a t w h i c h t h e a r e a u n d e r t h e h e a t fl u x c u r v e i s b e i n g e v a l u a t e d ( m i n ) . H e n c e , t o e s t i m a t e t h e t i m e e q u i v a l e n c y , t h e f o l l o w i n g e x p r e s s i o n h a s t o b e s a t i s fi e d : A , = A d [ 7 3 1 ] S u b s t i t u t i n g E q . [ 7 . 3 0 ] i n E q . [ 7 . 3 1 ] , t h e t i m e e q u i v a l e n c y ( i n m i n u t e s ) c a n b e e s t i m a t e d b y t h e f o l l o w i n g f o r m u l a : r e “ 1 . 5 . 4 3 7 [ 7 . 3 2 ] w h e r e A d i s c o m p u t e d f r o m E q . [ 7 . 2 9 ] . I n s u m m a r y , e s t i m a t i n g t h e t i m e e q u i v a l e n c y f o r a E u r o c o d e d e s i g n fi r e i n v o l v e s t h e f o l l o w i n g t h r e e s t e p s : 0 C o m p u t e A ; u s i n g E q . [ 7 . 2 3 ] . 2 7 6 0 C a l c u l a t e A 2 u s i n g E q . [ 7 . 2 8 ] a n d t h e n c o m p u t e A d t h r o u g h s u b s t i t u t i o n i n E q . [ 7 . 2 9 ] . 0 E s t i m a t e t h e t i m e e q u i v a l e n c y ( i n m i n u t e s ) u s i n g E q . [ 7 . 3 2 ] . F o r o t h e r d e s i g n fi r e c u r v e s , e s t i m a t i n g t h e t i m e e q u i v a l e n c y i n v o l v e s t h e f o l l o w i n g t w o s t e p s : 0 C o m p u t e t h e a r e a u n d e r t h e h e a t fl u x c u r v e o f t h e d e s i g n fi r e u s i n g a n y o f t h e n u m e r i c a l i n t e g r a t i o n p r o c e d u r e s s u c h a s t h e t r a p e z o i d a l r u l e . 0 E s t i m a t e t h e t i m e e q u i v a l e n c y ( i n m i n u t e s ) u s i n g E q . [ 7 . 3 2 ] . 7 . 4 . 2 . 3 C a l i b r a t i o n T o i m p r o v e t h e a c c u r a c y o f t h e p r o p o s e d m e t h o d i n p r e d i c t i n g t h e t i m e e q u i v a l e n t , t h e t i m e e q u i v a l e n t p r e d i c t i o n s w e r e c a l i b r a t e d a g a i n s t t i m e g e n e r a t e d b y K o d u r e t a l . ( 2 0 0 9 b ) . I t w a s f o u n d t h a t t h e r e e x i s t s a l i n e a r c o r r e l a t i o n b e t w e e n t h e r a t i o o f t h e t w o t i m e e q u i v a l e n t v a l u e s , p r e d i c t e d b y t h e fi n i t e e l e m e n t m e t h o d a n d t h e e q u a l e n e r g y m e t h o d ( t e ( p g ) / t e ( e n e , g y ) ) , a n d F t ; o f t h e d e s i g n fi r e . B a s e d o n t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n ( t e ( F E ) / t e ( e n e r g y ) ) a n d F 1 6 2 , , a n e q u a t i o n w a s d e v e l o p e d w h o s e p r e d i c t i o n s h a d a m i n i m a l v a r i a t i o n f r o m t h e v a l u e s p r e d i c t e d b y t h e fi n i t e e l e m e n t m o d e l . L i n e a r r e g r e s s i o n a n a l y s i s w a s c a r r i e d o u t u s i n g s t a t i s t i c a l s o f t w a r e ‘ S P S S ’ ( 2 0 0 7 ) t o fi n d t h e f u n c t i o n t h a t a c c u r a t e l y fi t t h e d a t a . I t w a s f o u n d t h a t t h e r e s i d u a l s f o r t h e r e g r e s s i o n a r e n o t u n i f o r m l y d i s t r i b u t e d . T h e r e f o r e , a l o g a r i t h m i c t r a n s f o r m a t i o n i s u s e d f o r t h e t i m e e q u i v a l e n t v a l u e s f r o m fi n i t e e l e m e n t a n a l y s i s a n d f r o m t h e e q u a l e n e r g y m e t h o d t o r e d u c e t h e n o n - u n i f o r m i t y o f t h e r e s i d u a l s . T h e r e g r e s s i o n a n a l y s i s i s r e p e a t e d w i t h t h e t r a n s f o r m e d 2 7 7 v a l u e s t o fi n d t h e f u n c t i o n t h a t b e s t fi t t h e d a t a . T h i s f u n c t i o n w a s t h e n s i m p l i fi e d t o a r r i v e a t t h e f o l l o w i n g e x p r e s s i o n : 2 t e ( F E ) = ( 1 . 2 — 0 . 0 1 F t d ) t e ( e n e r g y ) [ 7 . 3 3 ] w h e r e : t e m g ) = t i m e e q u i v a l e n t c o m p u t e d f r o m fi n i t e e l e m e n t a n a l y s i s u s i n g m a x i m u m d e fl e c t i o n m e t h o d , t e ( e n e , g y ) = t i m e e q u i v a l e n t c o m p u t e d f r o m e q u i v a l e n t e n e r g y m e t h o d , a n d t d = b u r n i n g d u r a t i o n o f d e s i g n fi r e ( h o u r s ) . F i g u r e 7 . 1 9 s h o w s t h e s i m u l a t e d v a l u e s o f t h e t r a n s f o r m e d t i m e e q u i v a l e n t , t e , ( c o m p u t e d f r o m n u m e r i c a l m o d e l ) v e r s u s t h e p r e d i c t e d t e v a l u e s f r o m t h e b e s t fi t e q u a t i o n . T h e fi g u r e s h o w s t h a t t h e e q u a t i o n i s s u f fi c i e n t l y a c c u r a t e i n p r e d i c t i n g t h e v a l u e s o f t e . T h e c o e f fi c i e n t o f d e t e r m i n a t i o n w a s f o u n d t o b e 0 . 9 7 . T h e r e s i d u a l s ( d i f f e r e n c e o f t r a n s f o r m e d s i m u l a t e d a n d p r e d i c t e d t e v a l u e s ) a r e p l o t t e d v e r s u s p r e d i c t e d t r a n s f o r m e d t e i n F i g u r e 7 . 2 0 . I t c a n b e s e e n t h a t t h e r e s i d u a l s a r e u n i f o r m l y d i s t r i b u t e d t h r o u g h o u t t h e p r e d i c t e d r a n g e o f I . . . T h i s s u g g e s t s t h a t t h e e q u a t i o n i s n o t b i a s e d i n p r e d i c t i n g t h e v a l u e o f t e . T h u s , t h e a c t u a l t i m e e q u i v a l e n t o f a d e s i g n fi r e c a n b e e s t i m a t e d u s i n g E q . [ 7 . 3 3 ] . 7 . 5 V a l i d a t i o n o f P r o p o s e d A p p r o a c h T h e v a l i d i t y o f t h e p r o p o s e d a p p r o a c h i n e v a l u a t i n g fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s i s e s t a b l i s h e d b y c o m p a r i n g t h e p r e d i c t i o n s f r o m t h e p r o p o s e d a p p r o a c h w i t h r e s u l t s f r o m 2 7 8 n u m e r i c a l s t u d i e s ( u s i n g t h e c o m p u t e r m o d e l d e v e l o p e d i n C h a p t e r 4 ) a n d f r o m fi r e r e s i s t a n c e t e s t s f o r b o t h s t a n d a r d a n d d e s i g n fi r e s c e n a r i o s . 7 . 5 . 1 S t a n d a r d F i r e T h e p r o p o s e d fi r e r e s i s t a n c e e q u a t i o n i s v a l i d a t e d b y c o m p a r i n g p r e d i c t i o n s f r o m t h e p r o p o s e d e q u a t i o n w i t h s i m u l a t e d v a l u e s f r o m t h e d e t a i l e d a n a l y s i s u s i n g t h e n u m e r i c a l m o d e l p r e s e n t e d i n C h a p t e r 4 . F o r t h i s v a l i d a t i o n , r e s u l t s f o r t h e s e c o n d s e t o f b e a m s ( d i f f e r e n t t h a n t h e o n e u s e d f o r r e g r e s s i o n a n a l y s i s ) w a s u s e d . T h e c o m p a r i s o n i s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 7 . 2 1 f o r b e a m s w i t h d i f f e r e n t s u p p o r t c o n d i t i o n s ( S S , A R , E R , R R a n d F R ) . I n t h e fi g u r e , t h e ‘ s a f e t y l i m i t ’ l i n e r e p r e s e n t s t h e b o u n d a r y w h e r e t h e p r e d i c t i o n s f r o m p r o p o s e d e q u a t i o n c o i n c i d e w i t h t h e s i m u l a t e d v a l u e s . A n y p r e d i c t i o n a b o v e t h e ‘ s a f e t y l i m i t ’ l i n e i n d i c a t e s t h a t t h e p r o p o s e d e x p r e s s i o n o v e r e s t i m a t e s t h e fi r e r e s i s t a n c e a n d h e n c e i s u n c o n s e r v a t i v e . I t c a n b e s e e n i n F i g u r e 7 . 2 1 t h a t t h e p r e d i c t i o n s f r o m t h e p r o p o s e d e q u a t i o n c o m p a r e w e l l w i t h t h e s i m u l a t e d v a l u e s ( u s i n g t h e n u m e r i c a l m o d e l ) , a n d a r e c o n s e r v a t i v e f o r m o s t o f t h e b e a m s . T h e p r e d i c t e d fi r e r e s i s t a n c e v a l u e s a r e u n c o n s e r v a t i v e f o r o n l y f e w b e a m s , m o s t o f w h i c h h a v e fi r e r e s i s t a n c e h i g h e r t h a n 3 h o u r s . A l s o , s o m e p r e d i c t i o n s f r o m t h e e q u a t i o n a r e h i g h l y c o n s e r v a t i v e m o s t l y f o r fi r e r e s i s t a n c e b e y o n d 3 h o u r s . T h i s m a y n o t b e a m a j o r d r a w b a c k s i n c e i n m o s t p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n s fi r e r e s i s t a n c e r a t i n g s o f 1 t o 3 h o u r s i s r e q u i r e d f o r R C b e a m s . T h e r e f o r e , i t i s d e e m e d t h a t t h e p r o p o s e d e q u a t i o n i s c a p a b l e o f p r e d i c t i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s w i t h a s u f fi c i e n t d e g r e e o f a c c u r a c y . T h e v a l i d i t y o f t h e e q u a t i o n i s a l s o e s t a b l i s h e d b y c o m p a r i n g t h e p r e d i c t i o n s f r o m t h e p r o p o s e d e q u a t i o n w i t h m e a s u r e d fi r e r e s i s t a n c e f r o m t e s t s . S e v e n b e a m s ( fi v e o f w h i c h 2 7 9 a r e s e l e c t e d f r o m t h e l i t e r a t u r e ; t h e r e m a i n i n g t w o a r e b e a m s B l a n d B 3 w e r e u s e d i n t h e v a l i d a t i o n . T h e s e v e n b e a m s i n c l u d e f o u r s i m p l y s u p p o r t e d a n d t h r e e r o t a t i o n a l l y r e s t r a i n e d b e a m s . T h e p r o p e r t i e s o f t h e R C b e a m s t o g e t h e r w i t h m e a s u r e d v a l u e s o f fi r e r e s i s t a n c e ( a s r e p o r t e d f r o m fi r e t e s t s ) , a r e p r o v i d e d i n T a b l e 7 . 1 . F i g u r e 7 . 2 2 s h o w s t h e c o m p a r i s o n o f t h e p r e d i c t e d a n d m e a s u r e d fi r e r e s i s t a n c e ( u s i n g t h e p r o p o s e d e x p r e s s i o n ) t o t h e m e a s u r e d fi r e r e s i s t a n c e v a l u e s . A s b e f o r e , t h e ‘ s a f e t y l i m i t ’ l i n e i n t h i s fi g u r e r e p r e s e n t s t h e b o u n d a r y w h e r e t h e p r e d i c t i o n s f r o m p r o p o s e d e q u a t i o n c o i n c i d e w i t h t h e t e s t m e a s u r e m e n t s . I t c a n b e s e e n i n F i g u r e 7 . 2 2 t h a t t h e p r e d i c t i o n s f r o m t h e p r o p o s e d e q u a t i o n c o m p a r e w e l l w i t h t h e t e s t r e s u l t s , a n d a r e c o n s e r v a t i v e f o r m o s t o f t h e b e a m s . A l s o , t h e p r e d i c t i o n s f r o m t h e e q u a t i o n a r e h i g h l y c o n s e r v a t i v e f o r b e a m s B 1 a n d B 3 t e s t e d a s p a r t o f t h i s s t u d y . T h i s i s m a i n l y b e c a u s e t h e a c t u a l h i g h t e m p e r a t u r e m a t e r i a l p r o p e r t i e s f o r t h e s e t w o b e a m s a r e c l o s e t o t h e b e s t c a s e s c e n a r i o , w h i l e t h e a v e r a g e h i g h t e m p e r a t u r e m a t e r i a l p r o p e r t i e s a r e u s e d f o r d e v e l o p i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e e q u a t i o n . T h i s m a y n o t b e a m a j o r d r a w b a c k s i n c e i n m a n y p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n s , d u e t o t h e l a c k o f i n f o r m a t i o n o n h i g h t e m p e r a t u r e m a t e r i a l p r o p e r t i e s , fi r e r e s i s t a n c e e q u a t i o n s t h a t w e r e d e v e l o p e d b a s e d o n a v e r a g e m a t e r i a l p r o p e r t i e s a r e g e n e r a l l y u s e d . O v e r a l l , t h e fi r e r e s i s t a n c e e q u a t i o n s , d e r i v e d i n t h i s t h e s i s , s e e m t o p r o d u c e r e a s o n a b l e fi r e r e s i s t a n c e p r e d i c t i o n s f o r t h e s e v e n t e s t e d b e a m s . 7 . 5 . 2 D e s i g n F i r e T h e v a l i d i t y o f t h e p r o p o s e d e n e r g y - b a s e d t i m e e q u i v a l e n t a p p r o a c h i s e s t a b l i s h e d b y c o m p a r i n g t h e t i m e e q u i v a l e n t p r e d i c t i o n s f r o m t h i s a p p r o a c h w i t h t h o s e o b t a i n e d f r o m fi n i t e e l e m e n t a n a l y s i s f o r 9 0 b e a m - fi r e c o m b i n a t i o n s . D a t a f o r t h i s v a l i d a t i o n a r e 2 8 0 g e n e r a t e d b y a n a l y z i n g b e a m s w i t h f o u r d i f f e r e n t c o n c r e t e c r o s s - s e c t i o n s ( d e s c r i b e d i n T a b l e 6 . 1 ) , t h r e e l o a d l e v e l s , f o u r t e e n d e s i g n fi r e s c e n a r i o s ( w h i c h r e p r e s e n t t y p i c a l fi r e e x p o s u r e s i n a b u i l d i n g c o m p a r t m e n t ) , t h r e e s p a n - t o - d e p t h r a t i o s , a n d t h r e e v a l u e s o f a x i a l r e s t r a i n t s t i f f n e s s . A l l b e a m s , e x c e p t b e a m s B 7 8 t h r o u g h B 9 0 , w e r e a s s u m e d t o b e m a d e o f N S C . B e a m s B 7 8 t o B 9 0 w e r e a s s u m e d t o b e m a d e o f H S C w i t h c o m p r e s s i v e s t r e n g t h 1 0 0 M P a . M o r e d e t a i l s o n t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e a n a l y z e d b e a m s a r e g i v e n i n T a b l e 7 . 2 . T h e t i m e - t e m p e r a t u r e c u r v e s f o r t h e fi r e s c e n a r i o s u s e d i n t h e a n a l y s e s a r e s h o w n i n F i g u r e 7 . 2 3 . T h e m a i n r e s u l t s f r o m t h e a n a l y s i s a r e s u m m a r i z e d i n T a b l e 7 . 2 a n d F i g u r e 7 . 2 4 . F i g u r e 7 . 2 4 s h o w s t h e c o m p a r i s o n o f t h e p r e d i c t e d t i m e e q u i v a l e n t ( u s i n g t h e p r o p o s e d m e t h o d ) w i t h t h e s i m u l a t e d v a l u e s f r o m fi n i t e e l e m e n t a n a l y s i s . A s b e f o r e , t h e ‘ s a f e t y l i m i t ’ l i n e i n t h i s fi g u r e r e p r e s e n t s t h e b o u n d a r y w h e r e t h e p r e d i c t i o n s f r o m t h e p r o p o s e d m e t h o d c o i n c i d e w i t h t h e s i m u l a t e d v a l u e s . D a t a p o i n t s a b o v e t h e ‘ s a f e t y l i m i t ’ l i n e i n d i c a t e u n c o n s e r v a t i v e p r e d i c t i o n s . I t c a n b e s e e n i n F i g u r e 7 . 2 4 t h a t t h e p r e d i c t i o n s f r o m t h e p r o p o s e d m e t h o d c o m p a r e w e l l w i t h t h e s i m u l a t e d v a l u e s , a n d a r e c o n s e r v a t i v e f o r m o s t o f t h e b e a m s . T h e p r e d i c t e d t i m e e q u i v a l e n t v a l u e s a r e u n c o n s e r v a t i v e f o r a f e w b e a m s . I n t h e s e c a s e s t h e p r e d i c t e d v a l u e s a r e c l o s e t o t h e s i m u l a t e d v a l u e s . C o m p a r i n g F i g u r e 7 . 2 4 w i t h F i g u r e 2 . 9 , i t c a n b e s e e n t h a t t h e t i m e e q u i v a l e n t s c o m p u t e d f o r t h e p r o p o s e d m e t h o d s h o w l e s s v a r i a t i o n t h a n t h o s e p r e d i c t e d b y o t h e r m e t h o d s . T h u s , t h e p r o p o s e d e q u a l e n e r g y m e t h o d c a n b e c o n s i d e r e d a s a r e l i a b l e t o o l f o r t h e e s t i m a t i o n o f t h e t i m e e q u i v a l e n t f o r d e s i g n fi r e s . 2 8 1 7 . 5 . 3 C o m p a r i s o n w i t h C u r r e n t C o d e s T o f u r t h e r e v a l u a t e t h e p r o p o s e d a p p r o a c h , fi r e r e s i s t a n c e p r e d i c t i o n s f r o m E q . [ 7 . 2 ] a r e c o m p a r e d t o t h o s e o b t a i n e d f r o m c o d e p r o v i s i o n s f o r e l e v e n R C b e a m s . S e v e n o f t h e s e l e c t e d b e a m s a r e t h e o n e s u s e d i n t h e v a l i d a t i o n a g a i n s t fi r e t e s t s r e s u l t s , a n d t h e r e m a i n i n g f o u r r e p r e s e n t t y p i c a l R C b e a m s u s e d i n p r a c t i c e . D e t a i l s o n t h e p r o p e r t i e s o f t h e e l e v e n b e a m s a r e g i v e n i n T a b l e 7 . 1 . F i g u r e 7 . 2 5 s h o w s a c o m p a r i s o n o f t h e fi r e r e s i s t a n c e o b t a i n e d f r o m c u r r e n t p r o v i s i o n s i n A C I 2 1 6 . 1 ( 2 0 0 7 ) , E u r o c o d e 2 ( 2 0 0 4 ) a n d A S 3 6 0 0 ( 2 0 0 1 ) , w i t h t h o s e p r e d i c t e d b y t h e p r o p o s e d e q u a t i o n ( E q . [ 7 . 2 ] ) . T h e A C I c o d e o v e r e s t i m a t e s t h e fi r e r e s i s t a n c e ( s i g n i fi c a n t l y ) f o r m o s t o f t h e R C b e a m s . T h i s i s m a i n l y d u e t o t h e f a c t t h a t A C I p r o v i s i o n s e m p l o y l a r g e t i m e i n c r e m e n t s f o r fi r e r e s i s t a n c e r a t i n g s . T h e s e r a t i n g s a r e m o s t l y b a s e d o n c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s r e q u i r e m e n t s a n d m i n i m u m s e c t i o n d i m e n s i o n s , b u t d o n o t f u l l y a c c o u n t f o r i m p o r t a n t f a c t o r s s u c h a s l o a d r a t i o , s p a n - t o - d e p t h r a t i o , a n d a x i a l r e s t r a i n t e f f e c t s . H o w e v e r , A C I 2 1 6 . 1 u n d e r e s t i m a t e s t h e fi r e r e s i s t a n c e f o r t h e t w o r o t a t i o n a l l y r e s t r a i n t b e a m s . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e f a c t t h a t t h e t a b u l a t e d fi r e r e s i s t a n c e i n A C I 2 1 6 . 1 d o e s n o t p r o p e r l y a c c o u n t f o r t h e r o t a t i o n a l r e s t r a i n t e f f e c t s i n c e t h e d e fi n i t i o n o f s u p p o r t c o n d i t i o n s ( r e s t r a i n e d o r u n r e s t r a i n e d ) i s n o t c l e a r l y a d d r e s s e d i n t h e c o d e p r o v i s i o n s . T h u s , i t i s n o t c l e a r w i t h e r t h e r e s t r a i n e d c a s e r e f e r s t o r o t a t i o n a l l y r e s t r a i n e d , a x i a l l y r e s t r a i n e d o r b o t h r o t a t i o n a l l y a n d a x i a l l y r e s t r a i n e d . I t c a n b e s e e n f r o m F i g u r e 7 . 2 5 t h a t t h e E u r o c o d e p r e d i c t i o n s a r e a l s o u n c o n s e r v a t i v e f o r m o s t o f t h e b e a m s , p a r t i c u l a r l y a x i a l l y r e s t r a i n e d s l e n d e r b e a m s ( w i t h h i g h s p a n - t o - d e p t h r a t i o ) a n d b e a m s w i t h h i g h l o a d r a t i o s b e c a u s e t h e s e i m p o r t a n t p a r a m e t e r s a r e n o t a c c o u n t e d f o r i n t h e E u r o c o d e . H o w e v e r , d e s p i t e t h e f a c t t h a t E u r o c o d e s p e c i fi c a t i o n s 2 8 2 a c c o u n t f o r r o t a t i o n a l r e s t r a i n t , t h e fi r e r e s i s t a n c e p r e d i c t i o n s b a s e d o n t h a t c o d e a r e o v e r l y c o n s e r v a t i v e f o r s o m e c a s e s ( p a r t i c u l a r l y r o t a t i o n a l l y r e s t r a i n e d b e a m s ) . T h i s c a n b e m a i n l y a t t r i b u t e d t o t h e f a c t t h a t E u r o c o d e 2 d o e s n o t a c c o u n t f o r t h e i n t e r d e p e n d e n t i n fl u e n c e o f l o a d r a t i o a n d r o t a t i o n a l r e s t r a i n t o n t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . F i g u r e 7 . 2 5 a l s o s h o w s t h a t t h e A u s t r a l i a n c o d e p r e d i c t i o n s a r e s i m i l a r t o t h o s e f r o m E u r o c o d e 2 f o r a l l b e a m s . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e f a c t t h e fi r e r e s i s t a n c e p r o v i s i o n s i n b o t h A S 3 6 0 0 a n d E u r o c o d e 2 a r e d e r i v e d b a s e d o n c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s a n d b e a m w i d t h , a n d d o n o t a c c o u n t f o r o t h e r g o v e r n i n g p a r a m e t e r s s u c h a s l o a d r a t i o , r e s t r a i n t a n d s p a n - t o - d e p t h r a t i o . O v e r a l l , t h e p r o p o s e d e q u a t i o n p r o v i d e s b e t t e r p r e d i c t i o n s o f fi r e r e s i s t a n c e t h a n t h e c u r r e n t c o d e e s t i m a t e s s i n c e i t a c c o u n t s f o r c r i t i c a l g o v e r n i n g p a r a m e t e r s . 7 . 6 D e s i g n A p p l i c a b i l i t y 7 . 6 . 1 D e s i g n P r o c e d u r e T h e p r o p o s e d a p p r o a c h c a n b e c o n v e n i e n t l y a p p l i e d f o r e v a l u a t i n g t h e fi r e p e r f o r m a n c e o f R C b e a m s i n d e s i g n s i t u a t i o n s u s i n g t h e f o l l o w i n g p r o c e d u r e : D e v e l o p a n i n i t i a l e s t i m a t e o f fi r e r e s i s t a n c e ( R 0 ) b a s e d o n t h e c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s a n d b e a m w i d t h . 0 C o m p u t e t h e s t r u c t u r a l m o d i fi c a t i o n f a c t o r u s i n g E q s . [ 7 . 3 ] , [ 7 . 4 ] , [ 7 . 5 ] , [ 7 . 6 ] o r [ 7 . 7 ] b a s e d o n t h e b o u n d a r y c o n d i t i o n s o f t h e b e a m . 0 D e t e r m i n e t h e a g g r e g a t e a n d m a t e r i a l m o d i fi c a t i o n f a c t o r s . 0 A p p l y m o d i fi c a t i o n f a c t o r s t o R 0 a n d c o m p u t e fi r e r e s i s t a n c e ( R ) o f t h e b e a m u s i n g E q . [ 7 . 2 ] , f o r a s t a n d a r d fi r e e x p o s u r e . 2 8 3 0 C o m p u t e t h e t i m e e q u i v a l e n t ( b y e q u a t i n g t h e a r e a u n d e r t h e h e a t fl u x c u r v e o f a d e s i g n fi r e w i t h t h a t o f a s t a n d a r d fi r e ) t o e s t i m a t e fi r e r e s i s t a n c e u n d e r t h e d e s i g n fi r e . T h i s m a y r e q u i r e t h e u s e o f a s p r e a d s h e e t c o m p u t e r p r o g r a m . 0 F o r E u r o c o d e d e s i g n fi r e s , t h e t i m e e q u i v a l e n t c a n b e o b t a i n e d a s f o l l o w s : " C o m p u t e t h e a r e a u n d e r t h e h e a t fl u x c u r v e o f t h e d e s i g n fi r e u s i n g t h o s e e x p r e s s i o n s : A d = A 1 + A 2 [ 7 . 2 9 ] ' 1 1 0 f t " 5 _ _ ( _ _ _ _ ‘ _ 1 ) _ r t d < 1 0 A , z < F f [ 7 . 2 3 ] 1 7 5 4 8 . 6 ( t d — — F t d 2 1 0 k r J = 0 . 4 0 0 3 , , — T O S ) + 1 2 . 5 ( T , , ‘ 3 a x — 7 0 2 ) r A 2 x 1 0 ‘ 6 [ 7 . 2 8 ] I C o m p u t e t h e t i m e e q u i v a l e n t u s i n g t h e f o l l o w i n g e q u a t i o n : t , 2 . 1 1 . 5 4 3 7 [ 7 . 3 2 ] 0 O n c e t h e t i m e e q u i v a l e n t i s e v a l u a t e d e i t h e r u s i n g a s p r e a d s h e e t c o m p u t e r p r o g r a m o r t h e s i m p l i fi e d a p p r o a c h ( f o r E u r o c o d e fi r e s ) , a p p l y t h e m o d i fi c a t i o n f a c t o r f o r t h e c o m p u t e d t i m e e q u i v a l e n t ( b a s e d o n t h e e n e r g y m e t h o d ) : 2 t 4 ” ) = ( 1 . 2 — 0 . 0 1 F t d ) t e ( e n e r g y ) [ 7 . 3 3 ] 0 C h e c k t h e f a i l u r e o f t h e b e a m u s i n g t h e f o l l o w i n g e x p r e s s i o n : t i m e e q u i v e l a n t > F i r e r e s i s t a n c e : > F a i l u r e A p p l i c a t i o n o f t h e s e s t e p s f o r e v a l u a t i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s i s i l l u s t r a t e d t h r o u g h a w o r k e d e x a m p l e i n t h e f o l l o w i n g s e c t i o n . 2 8 4 7 . 6 . 2 D e s i g n E x a m p l e T o i l l u s t r a t e t h e a p p l i c a b i l i t y o f t h e p r o p o s e d a p p r o a c h i n a d e s i g n s i t u a t i o n , t h e p r o c e d u r e i s a p p l i e d t o e v a l u a t e t h e fi r e r e s i s t a n c e o f a n R C b e a m . D e t a i l s o n t h e p r o p e r t i e s o f t h e b e a m a r e s h o w n i n F i g u r e 7 . 2 6 . T h e fi r e r e s i s t a n c e c a l c u l a t i o n s f r o m t h e p r o p o s e d e q u a t i o n a r e c a r r i e d o u t f o r t w o s u p p o r t c o n d i t i o n s , n a m e l y , s i m p l y s u p p o r t e d a n d a x i a l l y r e s t r a i n e d w i t h a x i a l r e s t r a i n t s t i f f n e s s 3 0 0 k N / m m ( 3 0 0 , 0 0 0 k N / m ) . T h e r e s u l t s f r o m t h e p r o p o s e d e q u a t i o n a r e c o m p a r e d w i t h fi r e r e s i s t a n c e v a l u e s f r o m c u r r e n t c o d e s a n d s t a n d a r d s . T h e b e a m i s a l s o c h e c k e d ( u s i n g t h e p r o p o s e d m e t h o d ) f o r s u s t a i n i n g f a i l u r e u n d e r d e s i g n fi r e , F i r e 1 , s h o w n i n F i g u r e 7 . 2 3 ( T m a x = 1 3 1 4 ° C , t d = 0 . 8 6 7 h o u r s , d e c a y r a t e = 1 7 . 5 4 ° C / m i n , a n d F = 1 5 . 1 6 ) . D e t a i l s o f t h e c a l c u l a t i o n s a r e g i v e n i n A p p e n d i x D . T h e fi r e r e s i s t a c e o f t h i s b e a m u n d e r s t a n d a r d fi r e e x p o s u r e w a s e v a l u a t e d b a s e d o n t h e p r o p o s e d e q u a t i o n u s i n g t h e f o l l o w i n g s t e p s : 0 B a s e d o n t h e c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s a n d b e a m w i d t h , t h e i n i t i a l s t a n d a r d fi r e r e s i s t a n c e ( R 0 ) w a s f o u n d f r o m F i g u r e 7 . 2 t o b e 1 5 7 m i n u t e s . 0 T h e fi r e r e s i s t a n c e f o r s i m p l y s u p p o r t e d a n d a x i a l l y r e s t r a i n e d b e a m s w a s c o m p u t e d u s i n g t h e f o l l o w i n g t w o e q u a t i o n s , r e s p e c t i v e l y : F o r s i m p l y s u p p o r t e d b e a m , R = ¢ S S ¢ a g ¢ c s R 0 F o r a x i a l l y r e s t r a i n e d b e a m , R = ¢ A R ¢ a g c s R o w h e r e : ( # 5 5 a n d ¢ A R c a n b e c o m p u t e d f r o m E q s . [ 7 . 3 ] a n d [ 7 . 4 ] , r e s p e c t i v e l y , a n d ¢ a g a n d ( 1 5 c , w e r e s e l e c t e d t o b e 1 . 2 a n d 1 . 0 f o r t h e c a r b o n a t e a g g r e g a t e N S C . 2 8 5 0 T h e fi r e r e s i s t a n c e w a s f o u n d t o b e 1 5 3 m i n u t e a n d 2 0 4 m i n u t e s f o r s i m p l y s u p p o r t e d a n d a x i a l l y r e s t r a i n e d b e a m s , r e s p e c t i v e l y . T h e fi r e r e s i s t a n c e i s a l s o e v a l u a t e d b a s e d t h r e e w i d e l y u s e d c o d e s o f p r a c t i c e , n a m e l y , A C I 2 1 6 . 1 , E u r o c o d e 2 a n d A u s t r a l i a n c o d e ( A S 3 6 0 0 ) . D e t a i l e d c a l c u l a t i o n s o f fi r e r e s i s t a n c e a r e g i v e n i n A p p e n d i x D . A s u m m a r y o f t h e r e s u l t s i s g i v e n i n T a b l e 7 . 3 . I t c a n b e s e e n f r o m t h e t a b l e t h a t t h e r e i s a l a r g e v a r i a t i o n i n t h e fi r e r e s i s t a n c e c o m p u t e d a s p e r c u r r e n t c o d e p r o v i s i o n s . I t c a n a l s o b e s e e n t h a t t h e p r o p o s e d e q u a t i o n p r e d i c t s a c o n s e r v a t i v e fi r e r e s i s t a n c e f o r t h e s i m p l y s u p p o r t e d b e a m c o m p a r e d t o t h e t h r e e c o d e s o f p r a c t i c e . T h i s r e v e a l s t h a t c u r r e n t c o d e s m a y n o t b e f u l l y c o n s e r v a t i v e u n d e r s o m e s c e n a r i o s . H o w e v e r , u n d e r a d e s i g n fi r e e x p o s u r e ( F i r e I i n F i g u r e 7 . 2 3 ) , t h e t i m e e q u i v a l e n t ( t e ) o f t h e d e s i g n fi r e c o m p u t e d u s i n g E q s . [ 7 . 2 3 ] , [ 7 . 2 8 ] , [ 7 . 2 9 ] , [ 7 . 3 2 ] a n d [ 7 . 3 3 ] w a s f o u n d t o b e 1 8 2 m i n u t e s . T h i s v a l u e o f t h e t i m e e q u i v a l e n t i s h i g h e r b y a b o u t 1 6 % t h a n t h e fi r e r e s i s t a n c e o f t h e s i m p l y s u p p o r t e d b e a m ( u n d e r s t a n d a r d fi r e e x p o s u r e ) w h i c h i m p l i e s f a i l u r e o f t h e s i m p l y s u p p o r t e d b e a m u n d e r t h e g i v e n d e s i g n fi r e s c e n a r i o . H o w e v e r , t h e t i m e e q u i v a l e n t i s l e s s t h a n t h e fi r e r e s i s t a n c e o f a x i a l l y r e s t r a i n e d b e a m s a n d t h u s f a i l u r e d o e s n o t o c c u r i n t h a t b e a m u n d e r t h e g i v e n d e s i g n fi r e s c e n a r i o . D e t a i l e d c a l c u l a t i o n s o f t h e t i m e e q u i v a l e n t a r e g i v e n i n A p p e n d i x D . 7 . 6 . 3 L i m i t a t i o n s T h e p r o p o s e d e q u a t i o n e x p r e s s e s fi r e r e s i s t a n c e a s a f u n c t i o n o f s t r u c t u r a l a n d m a t e r i a l p a r a m e t e r s , a n d t h u s o f f e r s a c o n v e n i e n t w a y f o r e v a l u a t i n g fi r e r e s i s t a n c e . S i n c e t h e p r o p o s e d e q u a t i o n i s b a s e d o n r e s u l t s f r o m n u m e r i c a l s t u d i e s , i t i s n e c e s s a r y t o s e t l i m i t s o f a p p l i c a b i l i t y o n t h e p a r a m e t e r s s u c h t h a t t h e y a r e w i t h i n t h e r a n g e o f v a l u e s u s e d f o r 2 8 6 d e v e l o p i n g t h e e q u a t i o n . O v e r a l l , t h e p r o p o s e d e q u a t i o n i s v a l i d f o r t h e f o l l o w i n g r a n g e o f v a r i a b l e s : 0 F i r e r e s i s t a n c e ( R ) d u r a t i o n : 1 — 5 h o u r s . T y p e o f fi r e e x p o s u r e : A S T M E 1 1 9 s t a n d a r d fi r e , e q u i v a l e n t s t a n d a r d fi r e s c e n a r i o s s u c h a s I S O 8 3 4 s t a n d a r d fi r e , o r a n y d e s i g n fi r e t h a t f o l l o w s t h e s p e c i fi c a t i o n s o f E u r o c o d e 1 ( 2 0 0 2 ) ( o r S F P E ( 2 0 0 4 ) ) . o S p a n - t o - d e p t h r a t i o : 8 — 1 8 . o S p e c i fi e d 2 8 d a y c o m p r e s s i v e s t r e n g t h ( f ’ c ) : 3 0 — 1 0 0 M P a . 0 A x i a l r e s t r a i n t r a t i o ( a x ) : 0 — 5 0 % . o T e n s i o n s t e e l r a t i o ( , 0 ) : 0 . 7 — 1 . 7 % 0 L o c a t i o n o f a x i a l r e s t r a i n t ( Y / H ) : 0 . 3 — 0 . 7 . 0 A g g r e g a t e t y p e : S i l i c e o u s a n d c a r b o n a t e a g g r e g a t e 0 S e c t i o n c h a r a c t e r i s t i c s f a c t o r ( 1 , 1 1 0 ) : 2 . 8 — 1 0 . 5 7 . 7 S u m m a r y T h e d e v e l o p m e n t o f a n a p p r o a c h f o r e v a l u a t i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s i s p r e s e n t e d i n t h i s c h a p t e r . T h e a p p r o a c h i s d e r i v e d b a s e d o n d e t a i l e d p a r a m e t r i c s t u d i e s p r e s e n t e d i n C h a p t e r 6 a n d c o m p r i s e s t w o m a i n s t e p s : e v a l u a t i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e u n d e r s t a n d a r d fi r e e x p o s u r e a n d e s t a b l i s h i n g t i m e e q u i v a l e n c y b e t w e e n s t a n d a r d a n d d e s i g n fi r e s c e n a r i o s . T h e a p p r o a c h a c c o u n t s f o r v a r i o u s p a r a m e t e r s t h a t h a v e a s i g n i fi c a n t i n fl u e n c e o n t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s s u c h a s fi r e s c e n a r i o , l o a d r a t i o , s u p p o r t c o n d i t i o n s a n d s p a n - t o - d e p t h r a t i o . T h e v a l i d i t y o f t h e p r o p o s e d a p p r o a c h i s e s t a b l i s h e d b y c o m p a r i n g p r e d i c t i o n s w i t h r e s u l t s f r o m d e t a i l e d fi n i t e e l e m e n t a n a l y s i s a n d fi r e t e s t s . 2 8 7 T h e p r o p o s e d m e t h o d p r o v i d e s a s i m p l e , r a t i o n a l a p p r o a c h f o r c o m p u t i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e o f a n R C b e a m e x p o s e d t o s t a n d a r d o r d e s i g n fi r e s c e n a r i o s . T h e a p p r o a c h f a c i l i t a t e s a r a t i o n a l m e t h o d o l o g y f o r a c h i e v i n g d e s i r e d fi r e r e s i s t a n c e b y v a r y i n g p a r a m e t e r s s u c h a s b e a m d i m e n s i o n s , l e n g t h a n d l o a d . T h e a p p l i c a b i l i t y o f t h e p r o p o s e d e q u a t i o n i n a d e s i g n s i m u l a t i o n i s i l l u s t r a t e d t h r o u g h a s o l v e d n u m e r i c a l e x a m p l e . T h e p r o p o s e d e q u a t i o n p r o v i d e s a b e t t e r e s t i m a t e o f fi r e r e s i s t a n c e t h a n t h o s e p r e d i c t e d b y c u r r e n t c o d e s o f p r a c t i c e . ~ 2 8 8 L V S a e M r A t C R g o h e L C S c s l e D i o L r u i o a c a e f o e g n f i . . = s n S r c n e s s t e r d n d u f ‘ k 2 ] s s n , s c s a u i g i g p e e ( ( - r o 3 i b n r n t t t a “ p s i r s M M m a c e t e o s c e p i g h " p e P P s o 3 l e y d r e e c t ( t i n ( . c a ( r a t m a ) d t ) s o m m i o m fl i r . y ) v o n t e s m i o . n p e n u e o n n ) t p ) e r p c o o r r t e d r e 4 0 5 a t e n 1 M 3 4 s , 8 s . 2 5 0 - 5 b d t 1 p R o n d e R = 0 e C 2 0 l 3 4 2 0 a r b o 1 5 K d i 1 o 4 b a ” m . 1 , 3 d y 6 x u n , r 9 n r D r c o e a w [ m t 0 4 m a 0 ( s m 6 4 t 1 a 6 ( e 4 9 m 6 . m 0 5 1 5 0 p 2 B i 0 k 3 0 0 4 9 a ) t t F i r o a n n a s l s l y e n e d n D r e 2 S 0 i t 2 0 F t t 2 3 o b s 0 t 0 r 6 S l o S i p 1 2 6 t . 1 e 3 a 4 1 , 0 a 0 s 0 ( r r ¢ 3 e a c 8 0 2 i 0 e 0 2 6 0 ) 5 b “ 2 s m 5 p d . x 9 e n p o 3 ' a 6 e s ' a ‘ e r m m b ) b u s s a 0 m m n a y n , r 0 . A d s R = a x 2 ¢ i 1 a l 0 b 9 B l y r e s t r a i n 1 2 0 . a m L 4 r 2 s m l t 0 p 4 e t s e | I < t 1 1 9 e d b d , a x C 2 = 2 3 6 a 3 r ( 8 5 m 3 y B 0 L 4 m 6 5 L i 2 r ( 3 b b 3 6 . a s b t n i t . ° 1 o o 5 ¢ . x n i o a t e o d t 8 9 t t 3 5 t 1 e o ) I a I m 5 o e ) m o 1 f a 1 x 8 R m m ( B b L 1 b 9 i a 3 3 R a r l r e s t r a i n 2 7 1 t s t i f f n e s s t o I s ° u o m b m 2 ¢ b 8 1 ) I B L 4 t 5 h e o l t ¢ 4 t 3 0 0 a a 2 c 0 4 b 1 x i a l s S 4 4 o . 1 0 x a m 1 S 0 0 r m s 7 3 s m . 7 b m 9 r a t n 0 a o r 0 m a l t s p y i f f n e s s o 2 3 4 e z e d b I 2 t 0 a ¢ ¢ b f n o t N 0 . 6 6 t a h . 1 4 x s c o 6 0 0 4 5 r t . b s e 5 3 t a s o 4 u 0 S 8 z 7 0 m 4 p 1 1 3 b o b i m r m m s a s r . % 0 e l p i m m 0 n a m . p g l c e i I ' o c a A u s b l e R 9 3 6 b o t o ¢ t ¢ t I h e n 7 0 u B . w 4 p 0 3 2 C 1 m 4 o 3 1 r 1 . . x 0 0 4 b m S 0 m 0 t h 5 2 3 a r m b m 4 3 c % . t 0 a x = 1 9 . 8 0 % s a m m r 0 l 0 a s 3 8 b o l 6 t o ¢ t o 0 t 0 m o d e I B 5 5 o 0 2 C 4 1 p 1 0 0 4 S . 1 b m 0 0 x 3 3 a . 8 r m b m 6 4 s a 0 m m r 0 s T a b l e 7 . 1 — P r o p e r t i e s o f B e a m s u s e d i n E q u a t i o n V a l i d a t i o n a n d C o m p a r i s o n w i t h C u r r e n t C o d e s 2 8 9 T a b l e 7 . 2 — S u m m a r y o f t h e T i m e E q u i v e l a n t V a l u e s f o r t h e A n a l y z e d B e a m s C r o s s — a x . r e ( m i n ) B e a m s e c z o n L R L H 1 7 ! ! ( % ) S u p p o r t A g g r e g a t e F i r e F E P r o p o s e d A n a l y s i s M e t h o d 3 1 1 0 . 5 1 8 0 . 5 0 . 0 A R C F i r e 1 1 5 6 1 6 1 3 2 1 0 . 3 1 3 0 . 3 7 . 8 A R C F i r e 1 1 4 6 1 6 1 3 3 1 0 . 3 1 3 0 . 5 0 . 0 F R C F i r e 1 1 4 3 1 6 1 3 4 1 0 . 5 1 8 0 . 5 1 0 . 8 F R C F i r e 1 1 4 7 1 6 1 3 5 1 0 . 7 8 0 . 5 1 9 . 1 F R C F i r e 1 1 4 8 1 6 1 3 6 1 0 . 5 1 8 0 . 5 0 . 0 A R C F i r e 1 1 5 1 4 8 3 7 1 0 . 7 8 0 . 7 4 . 8 A R C F i r e 1 1 4 5 4 8 3 8 1 0 . 3 1 3 0 . 3 7 . 8 A R C F i r e 1 1 4 2 4 8 3 9 1 0 . 3 8 0 . 5 1 9 . 1 A R C F i r e 1 1 4 6 4 8 3 1 0 1 0 . 3 1 3 0 . 5 0 . 0 F R C F i r e 1 1 3 4 4 8 3 1 1 1 0 . 5 1 8 0 . 5 1 0 . 8 R R C F i r e 1 1 3 7 4 8 3 1 2 1 0 . 7 8 0 . 5 1 9 . 1 F R C F i r e 1 1 4 2 4 8 3 1 3 2 0 . 5 1 8 0 . 5 0 . 0 A R C F i r e 1 1 1 1 2 1 1 2 8 3 1 4 2 0 . 7 8 0 . 7 3 . 1 A R C F i r e 1 1 1 1 1 9 1 2 8 3 1 5 2 0 . 3 1 3 0 . 3 5 . 0 A R C F i r e 1 1 1 1 1 8 1 2 8 3 1 6 2 0 . 3 8 0 . 5 1 2 . 3 A R C F i r e 1 1 1 1 2 1 1 2 8 3 1 7 2 0 . 3 1 3 0 . 5 0 . 0 F R C F i r e 1 1 1 1 1 0 1 2 8 3 1 8 2 0 . 5 1 8 0 . 5 6 . 9 F R C F i r e 1 1 1 1 1 3 1 2 8 3 1 9 2 0 . 7 8 0 . 5 1 2 . 3 F R C F i r e 1 1 1 1 1 7 1 2 8 3 2 0 2 0 . 7 8 0 . 7 3 . 1 A R C F i r e I V 1 6 9 1 6 7 3 2 1 2 0 . 3 1 3 0 . 3 5 . 0 A R C F i r e 1 v 1 6 7 1 6 7 3 2 2 2 0 . 3 8 0 . 5 1 2 . 3 A R C F i r e I V 1 7 1 1 6 7 3 2 3 2 0 . 3 1 3 0 . 5 0 . 0 F R C F i r e I V 1 5 6 1 6 7 3 2 4 2 0 . 5 1 8 0 . 5 6 . 9 F R C F i r e I V 1 5 6 1 6 7 3 2 5 2 0 . 7 8 0 . 5 1 2 . 3 F R C F i r e 1 v 1 5 1 1 6 7 3 2 6 3 0 . 3 1 8 0 . 5 0 . 0 A R C F i r e v 2 3 8 2 4 6 3 2 7 3 0 . 5 8 0 . 7 2 . 3 A R C F i r e v 2 2 4 2 4 6 3 2 8 3 0 . 3 1 3 0 . 3 3 . 7 A R C F i r e v 2 3 7 2 4 6 3 2 9 3 0 . 5 1 8 0 . 5 5 . 1 F R C F i r e v 2 2 7 2 4 6 3 3 0 3 0 . 7 8 0 . 5 9 . 1 F R C F i r e v 2 3 2 2 4 6 3 3 1 3 0 . 5 1 8 0 . 5 0 . 0 A R C F i r e v 1 1 1 9 1 2 7 3 3 2 3 0 . 7 8 0 . 7 2 . 3 A R C F i r e v 1 1 1 6 1 2 7 3 3 3 3 0 . 3 1 3 0 . 3 3 . 7 A R C F i r e v 1 1 0 9 1 2 7 3 3 4 3 0 . 3 8 0 . 5 9 . 1 A R C F i r e v 1 1 1 2 1 2 7 3 3 5 3 0 . 3 1 3 0 . 5 0 . 0 F R C F i r e v 1 1 1 6 1 2 7 3 3 6 3 0 . 5 1 8 0 . 5 5 . 1 F R C F i r e v 1 1 1 2 1 2 7 3 3 7 3 0 . 7 8 0 . 5 9 . 1 F R C F i r e v 1 1 1 4 1 2 7 3 3 8 4 0 . 5 1 8 0 . 5 0 . 0 A R C E } : 1 1 5 1 0 7 3 3 9 4 0 . 7 8 0 . 7 2 . 2 A R C ' 3 3 " 1 1 7 1 0 7 3 4 0 4 0 . 3 1 3 0 . 3 3 . 6 A R C ' 3 : 1 1 3 1 0 7 2 9 0 C s r e o c s g s o - n B e a m L R L H Y / H B B B B B B B B B B 8 3 B B B 3 B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B 4 6 4 4 4 4 4 4 4 4 S S 5 S S S 5 5 S S 6 6 6 6 6 6 6 7 6 6 7 7 7 7 7 7 7 7 7 8 1 1 1 1 2 4 6 7 3 5 8 9 O 2 3 5 8 4 6 7 9 0 2 3 4 5 6 7 8 9 0 2 3 5 7 8 4 6 9 0 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 3 3 3 3 3 3 2 3 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 5 5 3 3 3 5 5 3 5 5 3 3 3 5 5 3 3 3 5 5 3 3 5 3 5 3 3 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 3 8 8 3 3 8 8 3 8 8 3 3 8 8 3 3 8 8 3 3 8 8 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 7 7 7 7 5 5 5 5 5 3 5 5 5 5 5 3 5 5 5 3 5 5 5 5 5 3 5 5 5 5 5 3 5 5 5 5 5 3 5 x a % ) ( 8 8 8 8 0 4 0 2 3 0 0 4 4 7 3 0 2 9 0 5 0 3 5 9 0 6 0 2 3 8 4 0 0 8 7 1 1 1 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0 9 2 2 8 0 9 8 0 2 8 0 9 8 6 0 8 8 3 0 7 0 0 0 0 9 0 2 6 8 8 0 9 0 8 . . . . 1 1 1 1 8 1 3 3 1 9 . 1 S u p p o r t A g g r e g a t e F F F F F F F F F F F F F F F F F A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R C C C C C C C C C C C C C C C C C C S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S . e e e e e e e e e e e e r r r r r r r i i i i i i i i i i i i F r r r r i i i i i i i r r r r r r r e e e e e e e r r r r r r r r r r r r i e e e e r r r r r r r e e e e e e e F F F F F F F F F F F i i i i i i i F F F F F F F F F F F F i i i i F F F F F F F i i i i i i i F F F F F F F F F F i i i r r r e e e X X X 1 1 1 A n a r e V V V V I I l 1 I I l 1 V V V V V V V e e e e e e e I I I I I I I I I I I I X X X X X X X X X X X X X X I I I I I I I X X X X X X X I I I I I I I X X X X X I 1 I I I I 1 1 1 1 I I I I I I I 1 1 1 I I ] I I I ] 1 e ( m i n ) P s i s r M o e p t o h s o d e d 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 3 3 3 3 3 3 3 7 7 7 7 8 8 8 8 8 8 8 9 9 9 9 9 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 8 8 8 8 8 8 8 9 9 9 9 9 9 9 9 3 3 3 3 3 3 3 7 7 7 7 7 7 7 3 3 3 3 3 3 3 1 1 1 5 5 6 9 4 4 3 3 4 1 1 3 4 1 1 1 1 F 1 1 1 1 1 1 1 1 1 l 9 7 8 5 5 5 5 5 5 5 6 6 6 6 5 6 5 8 8 8 8 7 7 8 8 7 8 1 0 2 2 0 2 0 2 2 2 2 0 0 E y 1 2 7 9 5 5 3 3 6 6 2 0 5 3 1 1 0 7 0 2 2 3 6 9 0 6 4 T a b l e 7 . 2 ( C o n t i n u e d ) — S u m m a r y o f t h e T i m e E q u i v e l a n t V a l u e s f o r t h e A n a l y z e d B e a m s 2 9 1 T a b l e 7 . 2 ( C o n t i n u e d ) — S u m m a r y o f t h e T i m e E q u i v e l a n t V a l u e s f o r t h e A n a l y z e d B e a m s C r o s s - a x r e ( m i n ) B e a m s e c g o n L R L H Y / H ( % ) S u p p o r t A g g r e g a t e F i r e F E ‘ P r o p o s e d A n a l y s i s M e t h o d B 8 1 1 0 . 3 1 3 0 . 5 0 . 0 F R S F i r e X I I I 7 1 9 1 8 8 2 1 0 . 5 1 8 0 . 5 1 0 . 8 F R S F i r e X I I I 7 3 9 1 B 8 3 1 0 . 7 8 0 . 5 1 9 . ] F R S F i r e X 1 1 1 8 2 9 1 B S 4 4 0 . 5 1 8 0 . 5 0 . 0 A R C F i r e X I V 6 5 5 6 B 8 5 4 0 . 7 8 0 . 7 2 . 2 A R C F i r e X I V 6 2 5 6 B 8 6 4 0 . 3 1 3 0 . 3 3 . 6 A R C F i r e X I V 6 2 5 6 B 8 7 4 0 . 3 8 0 . 5 8 . 8 A R C F i r e X I V 6 3 5 6 B 8 8 4 0 . 3 1 3 0 . 5 0 . 0 F R C F i r e X I V 4 9 5 6 B 8 9 4 0 . 5 1 8 0 . 5 4 . 9 F R C F i r e X I V 4 3 5 6 B 9 0 4 0 . 7 8 0 . 5 8 . 8 F R C F i r e X I V 4 6 5 6 T h e s y m b o l s a n d a b b r e v i a t i o n i n T a b l e 7 . 2 a r e d e fi n e d a s : L R = l o a d r a t i o , L H = s p a n - t o - d e p t h r a t i o , Y / H = r a t i o n o f l o c a t i o n o f a x i a l r e s t r a i n t ( f r o m t h e t o p m o s t fi b e r s ) t o t h e f u l l d e p t h o f t h e b e a m , a x = a x i a l r e s t r a i n t s t i f f n e s s r a t i o , F R = a x i a l l y a n d r o t a t i o n a l l y r e s t r a i n t , A R = a x i a l l y r e s t r a i n t , S = s i l i c e o u s a g g r e g a t e c o n c r e t e , a n d C = c a r b o n a t e a g g r e g a t e c o n c r e t e . ' F i n i t e e l e m e n t T a b l e 7 . 3 — P r e d i c t i o n o f F i r e R e s i s t a n c e V a l u e s f o r A n a l y z e d B e a m u s i n g P r o p o s e d M e t h o d a n d D i f f e r e n t C o d e s F i r e R e s i s t a n c e ( m i n ) S u p p o r t C o n d i t i o n s P r o p o s e d E q u a t i o n A C l E u r o c o d e A u s t r a l i a n C o d e S i m p l y s u p p o r t e d 1 5 3 2 4 0 1 5 6 1 5 7 A x i a l l y r e s t r a i n e d 2 0 4 > 2 4 0 N A ' N A * N o t a p p l i c a b l e 2 9 2 .1 F l r e r e s i s t a n c e a s p e r c o d e s ( m i n ) 3 0 0 g 2 4 0 ‘ 1 8 0 . 1 2 0 . 6 0 ‘ I R A C 1 2 1 6 . 1 1 ‘ i A s 3 & 7 " l I o E u r o c o d e 2 ‘ 6 0 1 2 0 1 8 0 F i r e r e s i s t a n c e f r o m n u m e r i c a l m o d e l 2 4 0 3 0 0 F i g u r e 7 . 1 — I n i t i a l E s t i m a t e s o f F i r e R e s i s t a n c e ( i n M i n u t e s ) b a s e d o n B e a m W i d t h C o n c r e t e c o v e r ( m m ) a n d C o n c r e t e C o v e r T h i c k n e s s ( R 0 ) 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 B e a m w i d t h ( m m ) 6 0 0 7 0 0 8 0 0 F i g u r e 7 . 2 — I n i t i a l E s t i m a t e s o f F i r e R e s i s t a n c e ( m i n u t e s ) b a s e d o n B e a m W i d t h a n d C o n c r e t e C o v e r T h i c k n e s s ( R 0 ) ( R e p r o d u c e d f r o m A S 3 6 0 0 ( 2 0 0 1 ) ) 2 9 3 l e d o m l a c i r e m u N l e d o m l a c i r e m u N 1 . 2 4 1 . 1 ~ - 0 . 8 1 0 . 7 ; 0 . 6 5 _ l r l l 0 : 5 1 Y . T fi r T " Y I T V I f T I F T 1 1 ' T T T l 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1 1 . 1 1 . 2 P r e d i c t e d ( E q . ) F i g u r e 7 . 3 — S i m u l a t e d v e r s u s P r e d i c t e d V a l u e s o f S t r u c t u r a l F a c t o r ( ¢ s s ) 0 . 5 - O . 5 - 0 . 2 5 O 0 . 2 5 0 . 5 P r e d i c t e d ( E q . ) F i g u r e 7 . 4 — S i m u l a t e d v e r s u s P r e d i c t e d V a l u e s o f S t r u c t u r a l F a c t o r ( L N ( ¢ A R ) ) 2 9 4 2 . 0 0 . 0 N u m e r i c a l m o d e l P r e d i c t e d ( E q . ) F i g u r e 7 . 5 — S i m u l a t e d v e r s u s P r e d i c t e d V a l u e s o f S t r u c t u r a l F a c t o r ( L N ( ¢ E R ) ) 2 . 5 N u m e r i c a l m o d e l _ L U 1 0 . 5 i . 0 . 5 1 . 0 1 . 5 2 . 0 2 . 5 P r e d i c t e d ( E q . ) F i g u r e 7 . 6 — S i m u l a t e d v e r s u s P r e d i c t e d V a l u e s o f S t r u c t u r a l F a c t o r ( ¢ R R ) 2 9 5 4 i . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 . ' 5 1 2 3 - ' 5 . . 2 8 2 r r r r r r 1 3 z 1 < , , , , , , , 0 ‘ , 3 0 1 2 3 4 5 P r e d i c t e d ( E q . ) F i g u r e 7 . 7 — S i m u l a t e d v e r s u s P r e d i c t e d V a l u e s o f S t r u c t u r a l F a c t o r M F R ) 0 . 0 8 0 . 0 6 ‘ . . . . . . 4 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 s I 0 . 0 4 . . . . . . . . . . . ” . 1 . . . . . . . . . . . . . . a 0 . 0 2 . . . . . - 1 , j . . . . . I ; . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 5 ’ I 1 o 1 2 o . . . . . ' . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . w ' 3 I l ‘ 1 ’ i I ° ‘ - 0 . 0 2 g . . . . . . . . . . . . ' . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I : I I - 0 0 4 ; . . . . . . . . . . ' . ' . . . . . . . . . . N , . . . . . . . . . . . . . - 0 . 0 6 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . j . . . . . . . - 3 E - 0 . 0 8 ' . 1 . 1 . . 1 . I . 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1 1 . 1 1 . 2 P r e d i c t e d ( E q . ) F i g u r e 7 . 8 — R e s i d u a l v e r s u s P r e d i c t e d V a l u e s o f S t r u c t u r a l F a c t o r ( ¢ S S ) 2 9 6 0 . 5 I 0 2 5 . . . . . . . . . . . . I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I I I _ I I i s - i 1 I g 0 . . . . . . . . . . . . . I . I I I . . . . . . . i . . . . . . . . . o . I I m I I . I I I I I ' 1 I I I I I 0 . 2 5 . . . . . . . . I . . . . . . . . . . . . . F . 9 ' u . I . I — 0 . 5 A j . . . . . - 0 . 5 - 0 . 2 5 0 0 . 2 5 0 . 5 P r e d i c t e d ( E q . ) F i g u r e 7 . 9 — R e s i d u a l v e r s u s P r e d i c t e d V a l u e s o f S t r u c t u r a l F a c t o r ( L N ( ¢ A R 1 ) 1 . 0 0 . 5 - 0 . 0 . R e s i d u a l 0 5 2 . 0 P r e d i c t e d ( E q . ) F i g u r e 7 . 1 0 — R e s i d u a l v e r s u s P r e d i c t e d V a l u e s o f S t r u c t u r a l F a c t o r ( L N ( ¢ E R ) ) 2 9 7 l a u d i s e R l a u d i s e R F i g u r e 7 . 1 1 — R e s i d u a l v e r s u s P r e d i c t e d V a l u e s o f S t r u c t u r a l F a c t o r ( ¢ R R ) 0 . 4 0 , 2 - _ _ _ _ _ _ _ _ . . " . _ é - 0 _ 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 " ! " " . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I . . . . . l f - I - 0 2 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ' . . . . . . - O . 4 . . . . , . . , . 0 . 5 1 . 0 1 . 5 2 . 0 P r e d i c t e d ( E q . ) 1 . 5 . , ‘ u 1 . 0 . _ _ . . _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ I . I 0 . 5 i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ' - . . . . . . . . . . . ! _ . . . . . . . . I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 E ' . ‘ I I . i . . . I - ~ . - . ‘ 0 . 0 i - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - I - - - - - - - - - . - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - I - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5 - - - - - - - - - - - - I I I E E I I g l . I ; E I 4 5 l . E I . I - . I 3 - 0 , 5 — 1 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ; - - - - - - - - - - - - i - u - n - f - - - - - - - - - - - - - - - - l - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4 . 5 ” - - - i . . - 0 1 2 3 4 5 P r e d i c t e d ( E q . ) F i g u r e 7 . 1 2 — R e s i d u a l v e r s u s P r e d i c t e d V a l u e s o f S t r u c t u r a l F a c t o r ( ¢ F R ) 2 9 8 3 0 0 W , _ U n s a f e E . . ' 3 3 I S f I . ' t ‘ ‘ l I : A . . . . . . . . . . . . . . . a e " T i l . , 2 4 0 O A R E t y 1 O " A - A A ‘ A A E R I E A fi fl ‘ A ‘ 0 E 1 8 0 u R R ’ r r r r r r r r r r r r r r o ‘ 3 g o F R l A ' A A 2 . ? , , I ; . * 3 1 2 0 r r r r r r r r r r r r r r r r r r A A A A A ‘ - - - - - - - - - 1 r r r r r r r r r r L A A ‘ “ . 4 ‘ “ c ’ ~ 1 A Q * A ’ j 6 0 ' " " " " " 3 ' ' 0 “ ; ‘ A ' g S a f e " " " " " " " " " " " ‘ 9 O : : 0 f l 0 6 0 1 2 0 1 8 0 2 4 0 3 0 0 N u m e r i c a l m o d e l F i g u r e 7 . 1 3 — S i m u l a t e d v e r s u s P r e d i c t e d F i r e R e s i s t a n c e ( i n M i n u t e s ) f o r R C B e a m s M a d e o f C a r b o n a t e A g g r e g a t e C o n c r e t e 3 0 0 N 0 1 O U n s a f e N O O I 6 ' 3 i E S a f e t y l i m i t i ‘ u 7 B 1 5 0 . 7 . . . . . . . . . . _ , i , , 9 . 4 ° A ‘ I 3 3 ‘ 9 ' i i n ‘ A ‘ E i : 9 ' ’ 0 O A R n . 1 0 0 r r r r r r r r r r r ~ A A i I l A A E R 5 0 n , , , , , , A a A 0 3 . . , , . 7 D R R i n . . — A S a f e 1 o F R ‘ o l , a , , ‘ 7 , . ‘ § v ' 7 0 6 0 1 2 0 1 8 0 2 4 0 3 0 0 N u m e r i c a l m o d e l F i g u r e 7 . 1 4 — S i m u l a t e d v e r s u s P r e d i c t e d F i r e R e s i s t a n c e ( i n M i n u t e s ) f o r H S C B e a m s 2 9 9 1 8 0 1 6 0 7 , , , , , , , , , , 1 4 o ‘ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 0 7 ‘ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . g 1 0 0 ‘ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E 8 0 g , , H ” I i — S t a n d a r d fi r ? ‘ _ I E — s — D e s i g n fi r e 4 0 : A r e a A i r r r r r r r r r r 2 0 < t _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ e a 0 Y , W e e 2 5 5 0 7 5 1 0 0 1 2 5 1 5 0 1 7 5 2 0 0 T i m e ( m i n ) F i g u r e 7 . 1 5 - — E q u i v a l e n t E n e r g y C o n c e p t f o r S t a n d a r d a n d D e s i g n F i r e s 1 4 o , , , H e a t f l u x T i m e ( m i n ) F i g u r e 7 . 1 6 — T h e A r e a s u n d e r t h e A s c e n d i n g a n d t h e D e s c e n d i n g H e a t F l u x c u r v e f o r a D e s i g n F i r e 3 0 0 ) n i m ( , t r m ( M W m i n / m ’ ) F i g u r e 7 . 1 7 — B e s t F i t t i n g f o r t h e A r e a s u n d e r t h e A s c e n d i n g H e a t F l u x c u r v e f o r a F i g u r e 7 . 1 8 — B e s t F i t t i n g f o r t h e A r e a s u n d e r t h e H e a t F l u x c u r v e f o r A S T M E 1 1 9 1 4 0 0 4 1 2 0 0 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . j i ( ” / W 1 0 0 0 , _ A - . . . . . . . . . . . . [ 1 - 7 . 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - S , / i 8 0 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 ; . . . 1 ' 7 . - . . . . , . - § . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 0 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . “ _ _ _ — . 5 _ , , E x a c t i 4 0 0 ' _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ — - E s t i m a t e v _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 2 0 0 i 0 * T T e T _ , Y . , j , , a j . , l T 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 r u m o u r s ) D e s i g n F i r e 2 5 0 2 0 0 l . » . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 0 l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . _ — — E x a c t _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ‘ L — E s t i m a t e j 5 0 o 4 5 - l , . . , . . . . _ O 1 5 3 0 4 5 6 0 7 5 9 0 A d ( M W . m i n I m 2 ) S t a n d a r d F i r e 3 0 1 N u m e r i c a l m o d e l R e s i d u a l 5 . 5 , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 , 3 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 4 . 5 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - a 4 3 ‘ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 , 5 l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - . . . 3 f 3 j r 3 3 T . . 3 . 3 3 3 . 5 4 4 . 5 5 5 . 5 6 P r e d i c t e d ( p r o p o s e d a p p r o a c h ) F i g u r e 7 . 1 9 — S i m u l a t e d v e r s u s P r e d i c t e d V a l u e s o f L N ( t e ) 0 . 2 3 ' i , I I I i I 3 ‘ E I . 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A A , , 1 5 0 k A ? t A g ‘ A A A A 2 ‘ ‘ A A A . s s \ : 1 . I f . , , , , , 1 0 0 A A A . A . ‘ ‘ e A R ‘ l A : A “ A E R 5 0 e A S a f e n R R ‘ ‘ A i o F R O 3 , j 3 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 N u m e r i c a l m o d e l F i g u r e 7 . 2 1 - S i m u l a t e d v e r s u s P r e d i c t e d F i r e R e s i s t a n c e ( i n M i n u t e s ) f o r R C B e a m s 3 0 0 2 5 0 , ‘ I S S : , , , 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . O R R ‘ ° , r 2 0 0 . . . . . , , . ‘ . . . . . . . 6 . . . . . . . . . . . . . . 0 ' g ‘ U n s a f e 3 3 1 5 0 ' 3 ‘ ‘ § ’ 3 ’ ” ’ 3 ’ 0 ‘ S a f e t y l i m i t . u 3 2 ' 3 ' I ‘ 0 - 1 0 0 r r r r r r r , , , , I ‘ r r r r r r , , 7 7 7 7 7 7 7 7 . . . . . 5 0 ‘ , , , , , A , A . . . . . . . . . . . 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L — A S T M E 1 1 9 3 2 0 0 ' . j 3 3 3 . 3 . . . . . . » 3 ‘ 3 . . . . . . . . . . 3 3 3 3 3 3 3 3 3 o 3 3 . 3 - A a E 3 o 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 T i m e ( m i n ) ( a ) F i r e s I t o V I I a n d A S T M E 1 1 9 1 4 0 0 1 2 0 0 A 1 0 0 0 3 3 3 3 3 3 3 3 3 L a w " 9 ' — I — F i r e I X E 8 0 0 ' 3 3 3 3 3 3 3 — A — F i r e x * 3 ' 3 3 _ 3 3 3 j — e — F i r e X l i 6 0 0 3 1 ' , , , , , , , , , i , , , , , , , , , , , — E i — - F i r e X I I E ‘ ‘ - : 3 — A — F i r e X I I I 3 ' - 4 0 0 I . _ 3 3 3 3 3 3 3 3 l — x — F i r e X l V 3 3 ‘ — — A S T M E 1 1 9 2 0 0 3 3 . 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 0 3 3 3 3 . . 3 ‘ 3 3 3 . ; 3 3 o 6 0 1 2 0 1 8 0 2 4 0 3 0 0 T i m e ( m i n ) ( b ) F i r e s V I I I a n d X I V a n d A S T M E 1 1 9 F i g u r e 7 . 2 3 — T i m e — t e m p e r a t u r e C u r v e s f o r D e s i g n F i r e S c e n a r i o s u s e d i n t h e A n a l y s i s 3 0 4 3 0 0 4 E E 3 3 2 4 0 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - I - - - - - - - - - - - - - - - - - ~ « _ 3 U n s a f e § 5 . E E 1 8 0 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : - - - - - 3 . . . . . . . . . . . . . . 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 E i s 5 E ' 5 . I = ' g 3 5 § I ; S a f e t y l i n e § 1 2 ° 3 a a I a 2 7 : : . E I E 3 ' I . : E i 6 0 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 , S a f e . . . . . . . . . o i 3 3 3 3 i . i 3 3 3 3 3 . 3 3 3 . 3 3 3 0 6 0 1 2 0 1 8 0 2 4 0 3 0 0 P r e d i c t e d ( p r o p o s e d a p p r o a c h ) F i g u r e 7 . 2 4 - S i m u l a t e d v e r s u s P r e d i c t e d T i m e E q u i v a l e n t ( i n M i n u t e s ) 3 0 0 E 2 5 0 ; 3 3 3 3 3 3 3 E . . . . . . . . . . . 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ’ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ E s 1 - A s A a I A 1 s 3 ' i ' g 2 0 0 ‘ U n s a f e ‘ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ O a I i I . A l A ! A 3 1 5 0 3 ‘ : 2 s s a O - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - L - - - - - - - - - - - - - - - - ' - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - — — — — — - - - - - - - - - - - - - - - - z ' ' I I 5 I . I : I i ‘ c ’ ; ? ° 3 ' 1 ' * 3 0 2 3 1 0 0 3 . . . . . . . . . . . . . . . . L . . . . . . . . . . . . . . . . ' . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . ' 3 : 5 ; 3 5 2 3 3 3 _ l - A s s e o o g 5 0 Z " " " " " " " " 5 " " " " " " " " " § " " " " " " " " " " " " " o E u r o c o d e Z S a f e 5 S a f e t y l i n e [ A A C I 2 1 6 . 1 0 I r ‘ r v . 1 r . r . 1 W Y . T - i I i I 1 . . . . . 3 o 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 F i r e r e s i s t a n c e f r o m E q . ( m i n . ) F i g u r e 7 . 2 5 — C o m p a r i s o n o f F i r e R e s i s t a n c e P r e d i c t e d f r o m P r o p o s e d E q u a t i o n w i t h P r o v i s i o n s i n C u r r e n t C o d e s 3 0 5 ( b ) A x i a l l y R e s t r a i n e d D L = 4 0 k N / m 2 ¢ 1 4 m m L L = 2 0 k N / m 5 ° 1 " " / [ i f f v v v V I 5 0 m m I _ L _ ( l l 1 I 5 m i ( a ) S i m p l y S u p p o r t e d D L = 3 5 k N / m k r = 3 0 0 r l l ‘ V * * * m _ A . 3 . i i 4 0 0 m m 6 m ( c ) C r o s s - s e c t i o n { ’ 0 = 4 0 M P a - - f y = 4 0 0 M P a E C = 3 0 G P a ¢ 1 0 m m ‘ fl ’ w ’ s t i r r u o s 6 0 0 m m / 6 ¢ 2 0 m m F i g u r e 7 . 2 6 — C r o s s - s e c t i o n a n d E l e v a t i o n o f R C B e a m u s e d i n t h e W o r k e d E x a m p l e 3 0 6 C h a p t e r 8 8 . C o n c l u s i o n s a n d R e c o m m e n d a t i o n s 8 . 1 G e n e r a l T h e s t r u c t u r a l r e s p o n s e o f R C b e a m s u n d e r fi r e c o n d i t i o n s w a s i n v e s t i g a t e d i n t h i s s t u d y . A n u m e r i c a l m o d e l w a s d e v e l o p e d f o r t r a c i n g t h e r e s p o n s e o f R C b e a m s u n d e r r e a l i s t i c fi r e , l o a d i n g a n d r e s t r a i n t c o n d i t i o n s . T h e m o d e l i s b a s e d o n a m a c r o s c o p i c fi n i t e e l e m e n t a p p r o a c h a n d u s e s t i m e - d e p e n d e n t m o m e n t - c u r v a t u r e r e l a t i o n s h i p s t o t r a c e t h e r e s p o n s e o f t h e b e a m f r o m t h e p r e - fi r e s t a g e t o f a i l u r e u n d e r fi r e c o n d i t i o n s . A l l o f t h e c r i t i c a l f a c t o r s , n a m e l y , h i g h t e m p e r a t u r e m a t e r i a l p r o p e r t i e s , fi r e i n d u c e d s p a l l i n g , d i f f e r e n t s t r a i n c o m p o n e n t s , a n d t h e fi r e i n d u c e d r e s t r a i n t e f f e c t t h a t h a v e s i g n i fi c a n t i n fl u e n c e o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s a r e i n c o r p o r a t e d i n t h e m o d e l . F o r v a l i d a t i n g t h e n u m e r i c a l m o d e l , fi r e t e s t s o n s i x R C b e a m s w e r e c o n d u c t e d u n d e r v a r y i n g fi r e , c o n c r e t e s t r e n g t h , l o a d l e v e l , a n d r e s t r a i n t c o n d i t i o n s . D a t a f r o m fi r e t e s t s w a s u s e d t o v a l i d a t e t h e n u m e r i c a l m o d e l f o r v a r i o u s p a r a m e t e r s s u c h a s t e m p e r a t u r e s , d e fl e c t i o n s , s p a l l i n g , a n d fi r e r e s i s t a n c e . T h e n u m e r i c a l m o d e l w a s a p p l i e d t o c o n d u c t p a r a m e t r i c s t u d i e s t o 3 0 7 q u a n t i f y t h e i n fl u e n c e o f v a r i o u s f a c t o r s o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s . F i n a l l y , d a t a f r o m p a r a m e t r i c s t u d i e s w a s u t i l i z e d t o d e v e l o p a t w o - s t e p r a t i o n a l d e s i g n a p p r o a c h f o r e v a l u a t i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . I n t h e fi r s t s t e p , t h e fi r e r e s i s t a n c e o f t h e b e a m u n d e r s t a n d e fi r e e x p o s u r e i s e v a l u a t e d . I n t h e s e c o n d s t e p , a n e w e q u i v a l e n c y a p p r o a c h i s d e r i v e d b a s e d o n t h e e q u a l e n e r g y c o n c e p t a n d u s e d t o e v a l u a t e t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s u n d e r d e s i g n fi r e e x p o s u r e . T h e p r o p o s e d d e s i g n a p p r o a c h a c c o u n t s f o r s i g n i fi c a n t p a r a m e t e r s t h a t g o v e r n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s , a n d t h u s p r o v i d e s b e t t e r fi r e r e s i s t a n c e e s t i m a t e s a s c o m p a r e d t o c u r r e n t c o d e p r o v i s i o n s . 8 . 2 K e y F i n d i n g s B a s e d o n t h e i n f o r m a t i o n p r e s e n t e d i n t h i s t h e s i s , t h e f o l l o w i n g a r e t h e k e y c o n c l u s i o n s : T h e r e i s v e r y l i m i t e d i n f o r m a t i o n o n t h e fi r e p e r f o r m a n c e o f R C b e a m s , e s p e c i a l l y u n d e r d e s i g n fi r e s a n d r e a l i s t i c l o a d i n g s c e n a r i o s . T h e c u r r e n t fi r e r e s i s t a n c e p r o v i s i o n s , d e v e l o p e d b a s e d o n l i m i t e d fi r e t e s t s u n d e r " s t a n d a r d fi r e s c e n a r i o s " , a r e p r e s c r i p t i v e a n d d o n o t f a c i l i t a t e a r a t i o n a l a p p r o a c h f o r e v a l u a t i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e . T h e m o m e n t — c u r v a t u r e b a s e d m a c r o s c o p i c fi n i t e e l e m e n t m o d e l i s c a p a b l e o f p r e d i c t i n g t h e r e s p o n s e o f R C b e a m s , i n t h e e n t i r e r a n g e f r o m t h e p r e - fi r e s t a g e t o c o l l a p s e u n d e r fi r e c o n d i t i o n s . T h e m o d e l a c c o u n t s f o r a l l c r i t i c a l f a c t o r s g o v e r n i n g t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s . I n a d d i t i o n , t h e m o d e l i s c a p a b l e o f s i m u l a t i n g t h e r e s p o n s e o f b e a m s u n d e r a n y g i v e n fi r e , l o a d i n g a n d r e s t r a i n t s c e n a r i o s . F i r e r e s i s t a n c e t e s t s o n s i x R C b e a m s p r o v i d e u n i q u e d a t a o n t h e b e h a v i o r o f N S C a n d H S C b e a m s u n d e r r e a l i s t i c fi r e , l o a d , a n d r e s t r a i n t s c e n a r i o s . 3 0 8 R e s u l t s f r o m p a r a m e t r i c s t u d i e s , a s w e l l a s d a t a f r o m fi r e r e s i s t a n c e t e s t s , i n d i c a t e t h a t fi r e s c e n a r i o , l o a d r a t i o , s p a n - t o - d e p t h r a t i o , l o c a t i o n o f a x i a l r e s t r a i n t a n d r o t a t i o n a l r e s t r a i n t h a v e a s i g n i fi c a n t i n fl u e n c e o n t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s . C o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s , b e a m w i d t h , a g g r e g a t e t y p e , a x i a l r e s t r a i n t s t i f f n e s s , a n d c o n c r e t e s t r e n g t h a n d s p a l l i n g h a v e a m o d e r a t e i n fl u e n c e o n t h e fi r e r e s p o n s e o f b e a m s . S t r e n g t h o f r e i n f o r c e m e n t a n d r a t i o o f t e n s i o n s t e e l d o n o t s i g n i fi c a n t l y i n fl u e n c e t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . S p e c i fi c a l l y : H i g h e r l o a d l e v e l , h i g h e r s p a n - t o - d e p t h r a t i o , o r i n c r e a s e d e x t e n t o f s p a l l i n g r e d u c e s t h e fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s . I n c r e a s e d b e a m w i d t h , i n c r e a s e d c o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s , a n d i n c r e a s e d r o t a t i o n a l r e s t r a i n t l e a d t o h i g h e r fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . T h e e f f e c t o f t h e d e g r e e o f r e s t r a i n t a n d l o c a t i o n o f a x i a l r e s t r a i n t o n t h e fi r e r e s i s t a n c e i s d e p e n d e n t o n t h e s p a n - t o - d e p t h r a t i o o f t h e b e a m . G e n e r a l l y , fi r e r e s i s t a n c e i s h i g h e r w h e n t h e a x i a l r e s t r a i n t i s s h i f t e d d o w n w a r d b e l o w t h e c e n t r o i d a l a x i s o f t h e b e a m . T h e t y p e o f fi r e e x p o s u r e h a s a s i g n i fi c a n t e f f e c t o n t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s a n d n o f a i l u r e o c c u r s i n R C b e a m s u n d e r m o s t d e s i g n fi r e s c e n a r i o s . T h e fi r e r e s i s t a n c e o f H S C b e a m s i s l o w e r t h a n t h a t o f N S C b e a m s w i t h b r i t t l e f a i l u r e o c c u r r i n g i n H S C b e a m s . C o n c r e t e p e r m e a b i l i t y h a s a s i g n i fi c a n t i n fl u e n c e o n fi r e i n d u c e d s p a l l i n g a n d t h u s t h e fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s . H S C , d u e t o l o w p e r m e a b i l i t y , i s m o r e p r o n e t o fi r e i n d u c e d s p a l l i n g t h a n N S C a n d t h e e x t e n t o f s p a l l i n g 3 0 9 i n c r e a s e s w i t h h i g h e r l o a d l e v e l s a n d u n d e r a n i n c r e a s e d d e g r e e o f a x i a l r e s t r a i n t . 0 R C b e a m s m a d e w i t h c a r b o n a t e a g g r e g a t e h a v e h i g h e r fi r e r e s i s t a n c e t h a n t h o s e m a d e w i t h s i l i c e o u s a g g r e g a t e . 0 T h e s t r e n g t h a n d t h e d e fl e c t i o n l i m i t s t a t e s p r o v i d e a r e a l i s t i c f a i l u r e a s s e s s m e n t i n R C b e a m s u n d e r fi r e c o n d i t i o n s . T h e r e b a r t e m p e r a t u r e l i m i t s t a t e , o f t e n u s e d d u e t o i t s e a s e o f a p p l i c a t i o n , m a y n o t p r o v i d e a r e a l i s t i c a s s e s s m e n t o f f a i l u r e . 0 T h e p r o p o s e d fi r e r e s i s t a n c e e q u a t i o n f o r s t a n d a r d fi r e e x p o s u r e a n d t h e e n e r g y - b a s e d a p p r o a c h f o r e s t a b l i s h i n g e q u i v a l e n c y u n d e r d e s i g n fi r e e x p o s u r e a c c o u n t f o r c r i t i c a l g o v e r n i n g p a r a m e t e r s a n d t h u s i s c a p a b l e o f p r e d i c t i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e o f N S C a n d H S C b e a m s u n d e r r e a l i s t i c fi r e , l o a d i n g a n d s u p p o r t c o n d i t i o n s . 0 I n t h e p r o p o s e d a p p r o a c h , t h e fi r e r e s i s t a n c e i s e x p r e s s e d i n t e r m s o f c o m m o n l y u s e d d e s i g n p a r a m e t e r s a n d t h e r e f o r e t h e fi r e r e s i s t a n c e c a l c u l a t i o n s c a n b e g e n e r a l l y i n t e g r a t e d i n t o s t r u c t u r a l d e s i g n . 0 T h e p r o p o s e d a p p r o a c h p r o v i d e s b e t t e r fi r e r e s i s t a n c e p r e d i c t i o n s t h a n t h o s e o b t a i n e d f r o m c u r r e n t c o d e p r o v i s i o n s . 8 . 3 R e c o m m e n d a t i o n s f o r F u t u r e R e s e a r c h W h i l e t h i s s t u d y h a s a d v a n c e d t h e s t a t e - o f - t h e - a r t w i t h r e s p e c t t o fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s , f u r t h e r r e s e a r c h i s r e q u i r e d t o fi r l l y c h a r a c t e r i z e t h e c o m p l e x b e h a v i o r o f c o n c r e t e m e m b e r s u n d e r fi r e e x p o s u r e . T h e f o l l o w i n g a r e s o m e o f t h e k e y r e c o m m e n d a t i o n s f o r f u r t h e r r e s e a r c h i n t h i s a r e a : 3 1 0 T h e m o m e n t - c u r v a t u r e b a s e d m i c r o s c o p i c fi n i t e e l e m e n t n u m e r i c a l m o d e l , p r e s e n t e d h e r e , c a n b e e x t e n d e d t o o t h e r c o n c r e t e s t r u c t u r e s s u c h a s b e a m s w i t h d i f f e r e n t c r o s s - s e c t i o n a l s h a p e s ( T , I , a n d i n v e r s e d - T c o n c r e t e s e c t i o n s ) , p r e s t r e s s i n g e f f e c t s , a n d F R P - s t r e n g t h e n i n g . T h i s c a n b e a c h i e v e d b y e x t e n d i n g t h e r m a l a n d s t r u c t u r a l s u b - m o d e l s t o a c c o u n t f o r d i f f e r e n t c r o s s - s e c t i o n a l t y p e s , p r e s t r e s s i n g e f f e c t , a n d h i g h t e m p e r a t u r e p r o p e r t i e s o f F R P a n d i n s u l a t i o n m a t e r i a l . T h e n u m e r i c a l p r o c e d u r e s s h o u l d b e e n h a n c e d t o a c c o u n t f o r s h e a r a n d b o n d e f f e c t s , s i n c e t h e s e f a c t o r s m a y b e c r i t i c a l f o r p r e s t r e s s e d a n d F R P - s t r e n g t h e n e d c o n c r e t e b e a m s . T h e m a c r o s c o p i c fi n i t e e l e m e n t m o d e l c a n b e f u r t h e r a d v a n c e d b y i n c o r p o r a t i n g c o u p l i n g b e t w e e n h y d r o - t h e r m a l a n d s t r u c t u r a l m o d e l s . S u c h a d v a n c e m e n t e n a b l e s t h e m o d e l t o c o n s i d e r t h e i n fl u e n c e o f m e c h a n i c a l r e s p o n s e ( s u c h a s s t r e s s e s , a n d c r a c k i n g ) o n t h e h y d r o - t h e r m a l a n a l y s i s a n d s p a l l i n g p r e d i c t i o n s i n c o n c r e t e . T h e c u r r e n t c o n s t i t u t i v e m o d e l s f o r h i g h t e m p e r a t u r e m a t e r i a l p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e a n d s t e e l ( i n c l u d i n g h i g h t e m p e r a t u r e c r e e p s t r a i n i n c o n c r e t e a n d r e i n f o r c i n g s t e e l , a n d a l s o t r a n s i e n t s t r a i n i n c o n c r e t e ) , p a r t i c u l a r l y i n t h e c o o l i n g p h a s e , a r e n o t s u f fi c i e n t l y a c c u r a t e . I m p r o v e m e n t s i n s u c h c o n s t i t u t i v e m o d e l s w i l l h e l p t o e n h a n c e t h e a c c u r a c y o f t h e m o d e l p r e d i c t i o n s u n d e r d e s i g n fi r e s c e n a r i o s . T h e c u r r e n t l y a v a i l a b l e c o n s t i t u t i v e r e l a t i o n s h i p s f o r h i g h t e m p e r a t u r e p e r m e a b i l i t y a n d p o r o s i t y o f c o n c r e t e a r e n o t s u f fi c i e n t l y r e l i a b l e . S u c h 3 1 1 c o n s t i t u t i v e r e l a t i o n s h i p s a r e c r u c i a l t o i m p r o v e t h e a c c u r a c y o f s p a l l i n g p r e d i c t i o n s , w h i c h c a n b e c r i t i c a l i n H S C b e a m s . 0 S t r a i n g a g e m e a s u r e m e n t s w o u l d h a v e b e e n a u s e fi r l s o u r c e o f d a t a t o f u l l y v a l i d a t e t h e m o d e l u n d e r c o m b i n e d e f f e c t s o f a p p l i e d l o a d a n d fi r e , a n d t o q u a n t i f y t h e d i f f e r e n t s t r a i n c o m p o n e n t s u n d e r fi r e e x p o s u r e . T h e h i g h t e m p e r a t u r e s t r a i n g a g e s c u r r e n t l y a v a i l a b l e i n t h e m a r k e t d o n o t p r o v i d e r e l i a b l e m e a s u r e m e n t s u n d e r fi r e e x p o s u r e , a n d t h u s t h e r e i s a n e e d f o r d e v e l o p i n g r e l i a b l e h i g h t e m p e r a t u r e s t r a i n g a g e s . 8 . 4 R e s e a r c h I m p a c t T h e c u r r e n t a p p r o a c h o f e v a l u a t i n g fi r e r e s i s t a n c e t h r o u g h s t a n d a r d fi r e t e s t s o n f u l l - s c a l e R C b e a m s i s e x p e n s i v e , t i m e c o n s u m i n g a n d h a s a n u m b e r o f d r a w b a c k s . A n a l t e r n a t i v e i s t o u s e c a l c u l a t i o n m e t h o d s f o r p r e d i c t i n g fi r e r e s i s t a n c e . H o w e v e r , s u c h c a l c u l a t i o n m e t h o d s a r e n o t w i d e l y a v a i l a b l e a t p r e s e n t . F u r t h e r , t h e c u r r e n t fi r e r e s i s t a n c e p r o v i s i o n s i n c o d e s a n d s t a n d a r d s ( A C I 2 1 6 . 1 2 0 0 7 , E u r o c o d e 2 2 0 0 4 ) a r e p r e s c r i p t i v e a n d d o n o t a c c o u n t f o r r e a l i s t i c c o n d i t i o n s s u c h a s l o a d i n g , fi r e , r e s t r a i n t , a n d s p a l l i n g e f f e c t s . T h u s , t h e c u r r e n t d e s i g n a p p r o a c h e s a r e n o t a p p l i c a b l e f o r u n d e r t a k i n g p e r f o r m a n c e - b a s e d d e s i g n w h i c h p r o v i d e s r a t i o n a l a n d c o s t - e f f e c t i v e fi r e s a f e t y s o l u t i o n s . T h e p r o p o s e d n u m e r i c a l m o d e l a n d d e s i g n a p p r o a c h p r o v i d e a c o n v e n i e n t w a y o f o b t a i n i n g fi r e r e s i s t a n c e o f R C b e a m s , a n d t h u s c a n b e u s e d f o r e s t i m a t i n g fi r e r e s i s t a n c e i n l i e u o f f u l l - s c a l e s t a n d a r d fi r e r e s i s t a n c e t e s t s . T h e n u m e r i c a l m o d e l c a n b e u t i l i z e d f o r s t u d y i n g t h e d e t a i l e d fi r e r e s p o n s e o f R C b e a m s u n d e r fi r e c o n d i t i o n s . T h e p r o p o s e d d e s i g n a p p r o a c h c a n b e a p p l i e d t o e v a l u a t e fi r e r e s i s t a n c e u n d e r r e a l i s t i c fi r e , l o a d i n g a n d r e s t r a i n t s c e n a r i o s . T h e p r o p o s e d e q u a t i o n e x p r e s s e s fi r e r e s i s t a n c e i n t e r m s o f s t r u c t u r a l 3 1 2 p a r a m e t e r s , a n d t h u s t h e a p p r o a c h i s a t t r a c t i v e f o r i n c o r p o r a t i o n i n c o d e s a n d s t a n d a r d s . I n s u m m a r y , t h e u s e o f t h e p r o p o s e d a p p r o a c h c a n f a c i l i t a t e a r a t i o n a l fi r e r e s i s t a n c e d e s i g n u n d e r a p e r f o r m a n c e - b a s e d c o d e e n v i r o n m e n t . S u c h a r a t i o n a l d e s i g n a p p r o a c h w i l l c o n t r i b u t e t o r e d u c e d l o s s o f l i f e a n d p r o p e r t y d a m a g e i n fi r e i n c i d e n t s . 3 1 3 A p p e n d i x A A . 1 M a t e r i a l P r o p e r t i e s T a b l e A . 1 — C o n s t i t u t i v e R e l a t i o n s h i p s f o r H i g h T e m p e r a t u r e P r o p e r t i e s C o n c r e t e o f N o r m a l s t r e n g t h c o n c r e t e — [ A S C E M a n u a l ( 1 9 9 2 ) ] I _ g a 2 1 f c ' J " 1 _ [ _ E _ _ r n a _ x i ] a g s g m a x j ' { a m a x , T 3 ' 0 c = < : j > 5 3 g — £ 2 g f c h ’ 1 — [ fl x L — j 2 E > g m a x f g L 3 ‘ E m a x fl ‘ , _ - . . . . § f ; , 2 0 ° C 3 T s 4 5 0 ° C ‘ ' 5 “ T — 2 0 E f c ' T = < f c ' 2 . 0 1 1 — 2 . 3 5 3 ( J , 4 5 0 ° C < T S 8 7 4 ° C } 2 ’ 1 0 0 0 ‘ 4 1 0 , 8 7 4 ° C < T J e m f = 0 . 0 0 2 5 + ( 6 . 0 T + 0 . 0 4 T 2 ) x 1 0 _ 6 S i l i c e o u s A g g r e g a t e C o n c r e t e : ” 0 . 0 0 5 T + 1 . 7 2 0 ° C 3 T s 2 0 0 ° C ‘ 2 . 7 2 0 0 ° C < T s 4 0 0 ° C p c = J o 3 0 1 3 T — 2 . 5 4 0 0 ° C < T S S O O ° C > 1 0 . 5 — 0 . 0 1 3 T 5 0 0 ° C < T s 6 0 0 ° C ( 2 . 7 6 0 0 ° C < T J C a r b o n a t e A g g r e g a t e C o n c r e t e : 2 0 ° C S T S 4 0 0 ° C 4 0 0 ° C < T S 4 1 0 ° C 4 1 0 ° C < T S 4 4 5 ° C 4 4 5 ° C < T S S O O ° C 5 0 0 ° C < T S 6 3 5 ° C > 6 3 5 ° C < T S 7 1 5 ° C 7 1 5 ° C < T _ < _ 7 8 5 ° C 7 8 5 ° C < T W r 2 . 5 6 6 0 . 1 7 6 5 T — 6 8 . 0 3 4 2 5 . 0 0 6 7 1 — 0 . 0 5 0 4 3 T 2 . 5 6 6 < 0 . 0 1 6 0 3 T — 5 . 4 4 8 8 1 0 . 1 6 6 3 5 T — 1 0 0 . 9 0 2 2 5 1 7 6 . 0 7 3 4 3 — 0 . 2 2 1 0 3 T 2 5 6 6 T h e r m a l C a p a c i t y 3 1 4 y t i v i t c u d n o C l a m r e h T T a b l e A . 1 ( C o n t i n u e d ) — C o n s t i t u t i v e R e l a t i o n s h i p s f o r H i g h T e m p e r a t u r e P r o p e r t i e s o f C o n c r e t e N o r m a l s t r e n g t h c o n c r e t e — [ A S C E M a n u a l ( 1 9 9 2 ) ] S i l i c e o u s A g g r e g a t e C o n c r e t e : k { — 0 . 0 0 0 6 s t + 1 . 5 2 0 ° C 3 T s 8 0 0 ° C } C = 1 . 0 8 0 0 ° C < T C a r b o n a t e A g g r e g a t e C o n c r e t e : { 1 . 3 5 5 2 0 ° C 3 T _ < _ 2 9 3 ° C } — 0 . 0 0 1 2 4 1 T + 1 . 7 l 6 2 2 9 3 ° C < T C A l l t y p e s : 5 , , = [ 0 . 0 0 4 ( T 2 - 4 0 0 ) + 6 ( T - 2 0 ) J x 1 0 ‘ 6 T h e r m a l S t r a i n 3 1 5 y T a b l e A . l ( C o n t i n u e d ) — C o n s t i t u t i v e R e l a t i o n s h i p s f o r H i g h T e m p e r a t u r e P r o p e r t i e s o f C o n c r e t e I H i g h s t r e n g t h c o n c r e t e — [ K o d u r e t a l . ( 2 0 0 4 ) ] r _ e — a H 1 f a t ] 1 — [ 3 B L ] ‘ 6 S g m a x , T 8 m a x , T 9 , a c = 4 : 2 > 1 % r 3 0 ( 8 — g m a x T ) “ 3 f c , T 1 — , ’ E > ( " m a x , T § ( 1 3 O _ f c ) £ m a x , T E L ~ — J i ‘ . ’ . § f g [ 1 . 0 - 0 . 0 0 3 1 2 5 ( T — 2 0 ) ] T < 1 0 0 ° C g f 5 ] = 0 . 7 5 f c ' 1 0 0 ° C s T s 4 0 0 ° C § f g [ 1 . 3 3 — 0 . 0 0 1 4 5 T ] 4 0 0 ° C < T E H = 2 . 2 8 — 0 . 0 1 2 f c ' e m , “ = 0 . 0 0 1 8 + ( 6 . 7 f c ' + 6 . 0 T + 0 . 0 3 T 2 ) x 1 0 _ 6 T h e r m a l C a p a c i t 4 0 . 1 8 9 4 T — 1 2 0 . l l S i l i c e o u s A g g r e g a t e C o n c r e t e : ’ 0 . 0 0 5 T + 1 . 7 2 0 ° C S T S Z O O ° C 2 . 7 2 0 0 ° C < T s 4 0 0 ° C p c = 4 0 . 0 l 3 T — 2 . 5 4 0 0 ° C < T S S O O ° C — 0 . 0 1 3 T + 1 0 . 5 5 0 0 ° C < T S 6 0 0 ° C 2 . 7 C a r b o n a t e A g g r e g a t e C o n c r e t e : “ 2 . 4 5 0 . 0 2 6 T — 1 2 . 8 5 0 . 0 1 4 3 T — 6 . 2 9 5 — 0 . 2 6 3 T + 2 1 2 . 4 1 2 6 0 0 ° C < T s 6 3 5 ° C , 2 0 ° C 3 T 3 4 0 0 ° C ‘ 4 0 0 ° C < T 3 4 7 5 ° C 4 7 5 ° C < T 3 6 5 0 ° C 6 5 0 ° C < T 3 7 3 5 ° C ? 7 3 5 ° C < T 3 8 0 0 ° C 8 0 0 ° C < T $ 1 0 0 0 ° C , ‘ 3 1 6 T a b l e A . 1 ( C o n t i n u e d ) — C o n s t i t u t i v e R e l a t i o n s h i p s f o r H i g h T e m p e r a t u r e P r o p e r t i e s o f C o n c r e t e H i g h s t r e n g t h c o n c r e t e — [ K o d u r e t a l . ( 2 0 0 4 ) ] fi g S i l i c e o u s A g g r e g a t e C o n c r e t e : g k c = O . 8 5 ( 2 — 0 . 0 0 1 1 T ) 2 0 ° C < T S I O O O ° C ' 3 § 2 C a r b o n a t e A g g r e g a t e C o n c r e t e : g _ 0 . 8 5 ( 2 — 0 . 0 0 1 3 T ) 2 0 ° C s T s 3 0 0 ° C g C ‘ 0 . 8 5 ( 2 . 2 1 — 0 3 0 0 2 T ) 3 0 0 ° C < T . 5 E . { a A l l t y p e s . g _ 2 - 6 g 5 , , _ [ 0 . 0 0 4 ( T — 4 0 0 ) + 6 ( T — 2 0 ) ] x 1 0 fi 3 1 7 s p i h s n o i t a l e r n i a r t s - s s e r t S T a b l e A . 1 ( C o n t i n u e d ) — C o n s t i t u t i v e R e l a t i o n s h i p s f o r H i g h T e m p e r a t u r e P r o p e r t i e s o f C o n c r e t e N o r m a l s t r e n g t h a n d h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e — [ E u r o c o d e 2 ( 2 0 0 4 ) ] 3 e ' 0 ' = f C ’ T e S a c a c u l , T 3 8 E C L T 2 + [ 3 J c l , T F o r c c [ ( 7 ) < a S e c u 1 ( 7 ) , t h e E u r o c o d e p e r m i t s t h e u s e o f l i n e a r a s w e l l a s n o n l i n e a r d e s c e n d i n g b r a n c h i n t h e n u m e r i c a l a n a l y s i s . F o r t h e p a r a m e t e r s i n t h i s e q u a t i o n r e f e r t o T a b l e A 2 - S p e c i fi c h e a t ( J / k g ° C ) c = 9 0 0 , f o r 2 0 ° C 5 T 5 1 0 0 ° C c = 9 0 0 + ( T - 1 0 0 ) , f o r 1 0 0 ° C < T 5 2 0 0 ° C c = 1 0 0 0 + ( T - 2 0 0 ) / 2 , f o r 2 0 0 ° C < T 5 4 0 0 ° C c = 1 1 0 0 , f o r 4 0 0 ° C < T 5 [ 2 0 0 ° C D e n s i t y c h a n g e ( k g / m 3 ) p = p ( 2 0 ° C ) = R e f e r e n c e d e n s i t y f o r 2 0 ° C 5 T S 1 1 5 ° C p = p ( 2 0 ° C ) ( 1 — 0 . 0 2 ( T - 1 1 5 ) / 8 5 ) f o r 1 1 5 ° C < T S 2 0 0 ° C p = p ( 2 0 ° C ) ( 0 . 9 8 - — 0 . 0 3 ( T - 2 0 0 ) / 2 0 0 ) f o r 2 0 0 ° C < T S 4 0 0 ° C p = p ( 2 0 ° C ) ( 0 . 9 5 — 0 . 0 7 ( T - 4 0 0 ) / 8 0 0 ) f o r 4 0 0 ° C < T 5 [ 2 0 0 ° C T h e r m a l C a p a c i t y T h e r m a l C a p a c i t y = p X c 3 1 8 y t i v i t c u d s e p n y o t C l l l a A m r e h T T a b l e A . l ( C o n t i n u e d ) — C o n s t i t u t i v e R e l a t i o n s h i p s f o r H i g h T e m p e r a t u r e P r o p e r t i e s o f C o n c r e t e - N o r m a l s t r e n g t h a n d h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e - [ E u r o c o d e 2 ( 2 0 0 4 ) ] U p p e r l i m i t : k c = 2 — 0 . 2 4 5 1 ( T / 1 0 0 ) + 0 . 0 1 0 7 ( T / 1 0 0 ) 2 f o r 2 0 ° C 5 T S 1 2 0 0 ° C L o w e r l i m i t : k c = 1 . 3 6 — 0 . 1 3 6 ( T / 1 0 0 ) + 0 . 0 0 5 7 ( T / I 0 0 ) 2 f o r 2 0 ° C 5 T S 1 2 0 0 ° C a t ) , = — 1 . 8 x 1 0 " + 9 x 1 0 * ‘ T + 2 . 3 x 1 0 ' “ T 3 f o r 2 0 ° C 5 T 5 7 0 0 ° C e m = 1 4 x 1 0 3 f o r 7 0 0 ° C < T s 1 2 0 0 ° C a t } , = - I . Z X I O “ + 6 > < 1 0 ° T + I . 4 > < 1 0 ' " T 3 f o r 2 0 ° C 3 T 5 8 0 5 ° C a ” . = 1 2 x 1 0 3 f o r 8 0 5 ° C < T s 1 2 0 0 ° C T h e r m a l S t r a m C a r b o n a t e a g g r e g a t e S i l i c e o u s a g g r e g a t e 3 1 9 T a b l e A . 2 . V a l u e s f o r t h e M a i n P a r a m e t e r s o f t h e S t r e s s - s t r a i n R e l a t i o n s h i p s o f N S C a n d H S C a t E l e v a t e d T e m p e r a t u r e s E u r o c o d e 2 ) N S C H S C S i l i c e o u s A g g . C a l c a r e o u s A g g . f A T / f d ( 2 0 ° C ) T ° c , , — , — f c ’ 7 - ‘ - — — I — c h — C l a s s C l a s s f c ( 2 0 ° C ) 8 c ] , T 8 c u ] , T f c ( 2 0 ° C ) E C L T 8 c u l , T 1 2 ( 3 1 3 5 3 3 2 0 1 0 . 0 0 2 5 0 . 0 2 1 0 . 0 0 2 5 0 . 0 2 l l l 1 0 0 1 0 . 0 0 4 0 . 0 2 2 5 1 0 . 0 0 4 0 . 0 2 3 0 . 9 0 . 7 5 0 . 7 5 2 0 0 0 . 9 5 0 . 0 0 5 5 0 . 0 2 5 0 . 9 7 0 . 0 0 5 5 0 . 0 2 5 0 . 9 0 . 7 5 0 . 7 0 3 0 0 0 . 8 5 0 . 0 0 7 0 . 0 2 7 5 0 . 9 1 0 . 0 0 7 0 . 0 2 8 0 . 8 5 0 . 7 5 0 . 6 5 4 0 0 0 . 7 5 0 . 0 1 0 . 0 3 0 . 8 5 0 . 0 1 0 . 0 3 0 . 7 5 0 . 7 5 0 . 4 5 5 0 0 0 . 6 0 . 0 1 5 0 . 0 3 2 5 0 . 7 4 0 . 0 1 5 0 . 0 3 3 0 . 6 0 0 . 6 0 0 . 3 0 6 0 0 0 . 4 5 0 . 0 2 5 0 . 0 3 5 0 . 6 0 . 0 2 5 0 . 0 3 5 0 . 4 5 0 . 4 5 0 . 2 5 7 0 0 0 . 3 0 . 0 2 5 0 . 0 3 7 5 0 . 4 3 0 . 0 2 5 0 . 0 3 8 0 . 3 0 0 . 3 0 0 . 2 0 8 0 0 0 . 1 5 0 . 0 2 5 0 . 0 4 0 . 2 7 0 . 0 2 5 0 . 0 4 0 . 1 5 0 . 1 5 0 . 1 5 9 0 0 0 . 0 8 0 . 0 2 5 0 . 0 4 2 5 0 . 1 5 0 . 0 2 5 0 . 0 4 3 0 . 0 8 0 . 1 1 3 0 . 0 8 1 0 0 0 0 . 0 4 0 . 0 2 5 0 . 0 4 5 0 . 0 6 0 . 0 2 5 0 . 0 4 5 0 . 0 4 0 . 0 7 5 0 . 0 4 1 1 0 0 0 . 0 1 0 . 0 2 5 0 . 0 4 7 5 0 . 0 2 0 . 0 2 5 0 . 0 4 8 0 . 0 1 0 . 0 3 8 0 . 0 1 1 2 0 0 0 - - 0 - - 0 0 0 3 2 0 s p i h s n o i t a l e r n i a r t s - s s e r t S n i a r t S l a m r e h T T a b l e A . 3 — C o n s t i t u t i v e R e l a t i o n s h i p s f o r H i g h T e m p e r a t u r e P r o p e r t i e s o f R e i n f o r c i n g S t e e l - A S C E M a n u a l ( 1 9 9 2 ) f ( T , 0 . 0 0 1 ) £ 0 . 0 0 1 3 ‘ 0 ' s : W 8 ! ) + f ( T , £ s — - 8 p + 0 . 0 0 1 ) ” f ( T 9 0 0 0 1 ) g s > 8 P f ( T , x ) = 6 . 9 ( 5 0 — 0 . 0 4 T ) [ 1 — e x p ( ( - 3 0 + 0 . 0 3 T ) J § ) J 8 p 2 4 x 1 0 _ 6 f y . 2 0 w h e r e z a s a n d £ 5 = s t r e s s ( M P a ) a n d s t r a i n i n s t e e l r e i n f o r c e m e n t , r e s p e c t i v e l y , a n d f y 2 0 i s t h e y i e l d s t r e n g t h o f r e i n f o r c i n g s t e e l ( M P a ) a t r o o m t e m p e r a t u r e . e m s = [ 0 . 0 0 4 ( T 2 — 4 0 0 ) + 6 ( T — 2 0 ) J x 1 0 _ 6 T < 1 0 0 0 ° C 3 2 1 T a b l e A . 3 ( C o n t i n u e d ) — C o n s t i t u t i v e R e l a t i o n s h i p s f o r H i g h T e m p e r a t u r e P r o p e r t i e s o f R e i n f o r c i n g S t e e l F u n c t i o n s E u r o c o d e 2 ( 2 0 0 4 ) r \ 8 5 1 3 5 , ] w g s S g s p J ‘ . 5 2 f s p ] — c + ( b / a ) ( a — ( 5 s y , T — 8 S ) 2 ) 0 £ 3 p , T < a s S E W ’ T a s = < f s y , T £ s y , T < 8 3 s a s h T L a s — £ s t , T f s y , T 1 _ g s L T < a s S g s u , T { a g s u , T — 8 s t , T . 5 ' . g k 0 . 0 a s > 8 3 “ ] 3 - § P a r a m e t e r s 7 ? : k f ' T . E _ S P , _ _ _ E g s p f — — E — — — 8 3 y , T — 0 . 0 2 E S L T — 0 . 1 5 E s u j ‘ — 0 . 2 ‘ 7 ’ . s , T w : § 1 ' : u ; 2 C a = ( g s y f _ g s p , T { g s y , T _ g s p , T + E ] s , T 2 2 b = C ( g s y , T _ g s p , T ) E s , T + C ( f s y i T _ f s p L T ) 2 c = ( g s y f _ g s p , T ) E s , T _ ( f s y f _ f s p , T ) V a l u e s o f f s p , T , f S y . T a n d E s , T c a n b e o b t a i n e d f r o m T a b l e A . 4 ~ 5 ' — 5 - 8 2 — 4 o o ‘ 3 1 . 2 x 1 0 T + O . 4 x 1 0 T — 2 . 4 1 6 x 1 0 2 0 C s T < 7 5 0 C E e m s = < 1 . 1 x 1 0 ‘ 2 7 5 0 ° C S T < 8 6 0 ° C > g 5 2 x 1 0 ‘ 5 T — 6 2 x 1 0 ‘ 3 2 0 ° C S T < 7 5 0 ° C i 5 ‘ J 3 2 2 T a b l e A . 4 . V a l u e s f o r t h e M a i n P a r a m e t e r s o f t h e S t r e s s - s t r a i n R e l a t i o n s h i p s o f R e i n f o r c i n g S t e e l a t E l e v a t e d T e m p e r a t u r e s ( E u r o c o d e 2 ) S t e e l T e m p e r a t u r e T ( ° C ) f y T / f y f s p / f y * E s T / E S * 2 0 l 1 l 1 0 0 1 1 1 2 0 0 1 0 . 8 0 7 0 . 9 3 0 0 1 0 . 6 1 3 0 . 8 4 0 0 1 0 . 4 2 0 . 7 5 0 0 0 . 7 8 0 . 3 6 0 . 6 6 0 0 0 . 4 7 0 . 1 8 0 . 3 1 7 0 0 0 . 2 3 0 . 0 7 5 0 . 1 3 8 0 0 0 . 1 1 0 . 0 5 0 . 0 9 9 0 0 0 . 0 6 0 . 0 3 7 5 0 . 0 6 7 5 1 0 0 0 0 . 0 4 0 . 0 2 5 0 . 0 4 5 1 1 0 0 0 . 0 2 0 . 0 1 2 5 0 . 0 2 2 5 1 2 0 0 0 0 0 * j } a n d E . a r e y i e l d s t r e n g t h a n d m o d u l u s o f e l a s t i c i t y a t r o o m t e m p e r a t u r e 3 2 3 A p p e n d i x B 8 . 1 D e s i g n o f B e a m s T h i s a p p e n d i x s u m m a r i z e s t h e d e s i g n c a l c u l a t i o n s u s i n g A C 1 3 1 8 ( 2 0 0 8 ) p r o v i s i o n s f o r a n N S C b e a m a n d a n H S C b e a m . T h e c r o s s - s e c t i o n , s h e a r f o r c e d i a g r a m , a n d b e n d i n g m o m e n t d i a g r a m f o r t h e t e s t e d b e a m s a r e s h o w n i n F i g u r e B ] . T h e d e s i g n c a l c u l a t i o n s a r e p r e s e n t e d i n t h e f o l l o w i n g t w o s e c t i o n s . B . 1 . 1 N o r m a l S t r e n g t h C o n c r e t e B e a m _ — O C 6 \ 2 # 4 / 3 # 6 4 0 6 m m 2 5 4 m m ( a ) C r o s s - s e c t i o n P P J , l l l ' 1 . 4 m ' 0 . 8 6 m ' 1 . 4 m ' ( b ) E l e v a t i o n ( c ) S h e a r f o r c e d i a g r a m ( d ) B e n d i n g \ / m o m e n t d i a g r a m F i g u r e B . 1 - — C r o s s - s e c t i o n , E l e v a t i o n , S h e a r F o r c e D i a g r a m , a n d B e n d i n g M o m e n t D i a g r a m f o r T e s t e d B e a m s 3 2 4 f c ' = 4 1 . 3 M P a f , = 4 1 3 M P a N e g l e c t i n g t h e a r e a o f s t e e l i n t h e c o m p r e s s i o n z o n e : T h e t e n s i l e a r e a o f s t e e l A 5 = 8 5 5 m m 2 C l e a r c o n c r e t e c o v e r = 3 8 m h = 4 0 6 m m b = 2 5 4 m m d : 3 5 2 . 4 m m a = 3 9 . 6 m m a = [ 3 1 6 H e n c e , , 8 , = 0 . 7 5 T h e r e f o r e , c = £ 6 — : 5 2 . 8 m m 0 . 7 5 S t r a i n i n t e n s i l e s t e e l c a n b e c a l c u l a t e d b y i n t e r p o l a t i o n a s f o l l o w s : a , = 0 0 0 3 ( d — c ) = 9 9 9 3 ( 3 5 2 4 — 5 2 8 ) = 0 . 0 1 7 > 0 . 0 0 5 c 5 2 . 8 H e n c e , ( 0 = 0 . 9 C h e c k m i n i m u m r e i n f o r c e m e n t : p m , " = 0 . 0 0 3 9 T h e m o m e n t c a p a c i t y o f t h e b e a m i s 8 5 5 x 4 1 3 x ( 3 5 2 . 4 — £ 9 a 2 ) M n = A s f y [ d — ' 2 _ ) : 1 0 6 = 1 1 7 k N . m 3 2 5 M n = 1 . 4 1 3 , P " = 8 3 . 9 k N a n d P u = 7 5 . 5 k N D e s i g n f o r s h e a r : T h e u l t i m a t e s h e a r f o r c e i s a t d i s t a n c e d f r o m t h e f a c e o f t h e s u p p o r t : V “ = P u = 7 5 . 5 k N R e q u i r e d n o m i n a l s h e a r s t r e n g t h : ¢ = O J 5 V . V ” = — " = — 7 — 5 — § = 1 0 0 . 7 k N ¢ 0 . 7 5 T h e c o n c r e t e s h e a r s t r e n g t h i s : 0 . 1 6 J 4 1 . 3 * 2 5 4 * 3 5 2 . 4 1 0 0 0 T h e r e q u i r e d s h e a r s t r e n g t h o b t a i n e d b y s h e a r r e i n f o r c e m e n t m u s t b e : V " > V c = 9 2 k N V c = O . 1 6 f c ’ b w d 2 V S = V n — V C = l O O . 7 — 9 2 = 8 . 7 k N 0 . 3 4 4 d e = 3 5 k N 0 . O 6 f g b w d } V s m m = m a x { U s e m i n i m u m s h e a r r e i n f o r c e m e n t T h e r e q u i r e d s h e a r r e i n f o r c e m e n t w i l l b e f o u n d t o b e - A — v = 0 . 2 3 7 ‘ m m 3 U s i n g # 2 s t i r r u p s T h e a r e a o f e a c h l e g i s 3 1 . 6 m m 2 H e n c e , A , = 2 x 3 1 . 6 = 6 3 . 2 m m 2 T h e r e q u i r e d s p a c i n g w i l l b e : s = — 6 § i = 2 6 7 m m S i = § fi = l 7 6 2 m m ( A C I 3 1 8 1 1 . 5 . 4 . 1 ) 0 . 2 3 7 2 2 H e n c e , u s e # 2 s t i r r u p s 1 5 0 m m c / c 3 2 6 C h e c k d e fl e c t i o n : T h e g r o s s m o m e n t o f i n e r t i a ( n e g l e c t i n g t h e c o m p r e s s i v e a n d t e n s i l e s t e e l ) c a n b e c a l c u l a t e d a s : 3 1 g = & = 1 . 4 1 6 x 1 0 9 m m 4 1 2 T h e c r a c k e d m o m e n t o f i n e r t i a ( n e g l e c t i n g t h e c o m p r e s s i v e s t e e l ) c a n b e c a l c u l a t e d a s f o l l o w s : E , = 2 1 0 G P a E C = 4 7 3 0 f c ' = 3 0 . 4 G P a x = \ K n A S ) 2 + Z Z d H A S — " A S = 1 0 6 . 9 m m 3 I C , = b — ) ; — + n A S ( d — J c ) 2 1 c , : 0 . 4 5 9 x 1 0 9 m m 4 T h e m o d u l u s o f r u p t u r e i s : f , = 0 . 6 f c ' = 3 . 8 6 M P a T h e c r a c k i n g m o m e n t i s f r l g y r M C , = = 2 6 . 9 k N . m T h e e f f e c t i v e m o m e n t o f i n e r t i a w i l l b e : A s s u m e M a t o b e 0 . 7 M “ , t h e n M a = 0 . 7 x 1 1 7 x 0 . 9 = 7 3 . 7 1 k N . m 3 3 M C " M c r I e = [ M a ) I g + 1 — ( E a — [ c h I g 3 2 7 I , = 0 . 5 0 6 > < 1 0 9 m m 4 H e n c e , t h e d e fl e c t i o n o f t h e b e a m w i l l b e : 2 2 = M L _ E _ = 6 . 5 m m 2 E c I e 4 3 3 . 1 2 H i g h S t r e n g t h C o n c r e t e B e a m f c ' = 1 0 0 M P a f , = 4 1 3 M P a N e g l e c t i n g t h e a r e a o f s t e e l i n t h e c o m p r e s s i o n z o n e : T h e t e n s i l e a r e a o f s t e e l A S = 8 5 5 m m 2 C l e a r c o n c r e t e c o v e r = 3 8 m h = 4 0 6 m m b = 2 5 4 m m d = 3 5 2 . 4 m m a = 1 6 . 4 m m a = [ 3 1 c H e n c e , , 6 1 = 0 . 6 5 T h e r e f o r e , 0 = 1 9 — 6 = 2 5 . 2 m m 0 . 6 5 S t r a i n i n t e n s i l e s t e e l c a n b e c a l c u l a t e d b y i n t e r p o l a t i o n a s f o l l o w s : = ' O — — O O 3 ( d — c ) = 0 ' — — 0 0 2 3 ( 3 5 2 . 4 — 2 5 . 2 ) — 0 0 3 9 > 0 0 0 5 H e n c e , ( 0 = 0 . 9 C h e c k m i n i m u m r e i n f o r c e m e n t : p m = 0 . 0 0 6 3 2 8 A p = E ; = 0 . 0 0 9 5 5 > p m " T h e m o m e n t c a p a c i t y o f t h e b e a m i s 8 5 5 x 4 1 3 x £ 3 5 2 . 4 — - 1 — 6 ' — 4 — ) a M , , = A , f y [ d — 3 ) = 1 0 6 = 1 2 1 . 6 k N . m M n = ] . 4 P n 1 ) , , 2 8 6 . 8 k N a n d P u = 7 8 . 1 k N D e s i g n f o r s h e a r : T h e u l t i m a t e s h e a r f o r c e i s a t d i s t a n c e d f r o m t h e f a c e o f t h e s u p p o r t : V u = P u = 7 8 . 1 k N R e q u i r e d n o m i n a l s h e a r s t r e n g t h : ¢ = 0 7 5 V . V ” = — “ = — 7 § — 1 = 1 0 4 . 2 k N ¢ 0 . 7 5 T h e c o n c r e t e s h e a r s t r e n g t h i s : V C : 0 “ f g b w d = 0 . 1 6 7 1 0 0 1 3 3 3 4 8 5 2 4 = 1 6 5 k N T h e r e q u i r e d s h e a r s t r e n g t h o b t a i n e d b y s h e a r r e i n f o r c e m e n t m u s t b e : V V ” < V c V " > 7 “ U s e m i n i m u m s h e a r r e i n f o r c e m e n t 0 . 3 4 4 d e = 5 3 . 7 k N 0 . 0 6 f c ' b w d V S m i n = m a x { T h e r e q u i r e d s h e a r r e i n f o r c e m e n t m a y b e c a l c u l a t e d b y 1 1 1 - = 0 3 6 9 m m s 3 2 9 U s i n g # 2 s t i r r u p s T h e a r e a o f e a c h l e g i s 3 1 . 6 m m 2 H e n c e , A v = 2 * 3 1 . 6 = 6 3 . 2 m m 2 T h e r e q u i r e d s p a c i n g w i l l b e : - — & i = l 7 1 m m s _ 0 . 3 6 9 H e n c e , u s e # 2 s t i r r u p s 1 5 0 m m c / c C h e c k d e fl e c t i o n : T h e g r o s s m o m e n t o f i n e r t i a ( n e g l e c t i n g t h e c o m p r e s s i v e a n d t e n s i l e s t e e l ) c a n b e c a l c u l a t e d a s : 3 I = b L = L 4 l 6 x 1 0 9 m m 4 g 1 2 T h e c r a c k e d m o m e n t o f i n e r t i a ( n e g l e c t i n g t h e c o m p r e s s i v e s t e e l ) c a n b e c a l c u l a t e d a s f o l l o w s : E S = 2 1 0 G P a E C = 4 7 3 0 f ; = 4 7 . 3 G P a x = J ( n A , ) 2 + 2 b d n A s — M , b = 8 8 . 8 m m 3 I c r : % + M s ( d — x ) 2 1 6 , = 0 . 3 2 3 x 1 0 9 m m 4 T h e m o d u l u s o f r u p t u r e i s : f , = 0 . 6 f c ' = 6 M P a T h e c r a c k i n g m o m e n t i s I M C , = f ’ g = 4 1 . 9 k N . m y t 3 3 0 T h e e f f e c t i v e m o m e n t o f i n e r t i a w i l l b e : A s s u m e M a t o b e 0 . 7 M “ , t h e n M a = 0 . 7 x 1 2 1 . 6 x 0 . 9 = 7 6 . 6 k N . m 3 3 M c r M c r I e = ( M ) 1 g + 1 _ [ — A 4 — _ ] I c h I g a a 1 e = 0 . 5 0 1 x 1 0 9 m m 4 H e n c e , t h e d e fl e c t i o n o f t h e b e a m w i l l b e : 2 2 = M [ L — g — J z 4 4 m m 2 E 6 ] , 4 3 8 . 2 L o a d C a l c u l a t i o n s T h i s a p p e n d i x s u m m a r i z e s t h e l o a d c a l c u l a t i o n s u s i n g A C I 3 1 8 ( 2 0 0 8 ) p r o v i s i o n s f o r a n N S C b e a m a n d a n H S C b e a m , w h i c h w e r e t e s t e d i n t h e e x p e r i m e n t a l p r o g r a m . T h e s h e a r f o r c e d i a g r a m a n d b e n d i n g m o m e n t d i a g r a m f o r t h e t e s t e d b e a m s a r e s h o w n i n F i g u r e B 2 . T h e l o a d c a l c u l a t i o n s a r e p r e s e n t e d i n t h e f o l l o w i n g t w o s e c t i o n s . 3 3 1 l A _ L 1 1 1 1 1 . 4 m 0 . 8 6 m 1 . 4 m P S h e a r F o r c e D i a a r a m p B e n d i n g m o m e n t d i a g r a m 1 . 4 P ' F i g u r e B . 2 — S h e a r F o r c e D i a g r a m a n d B e n d i n g M o m e n t D i a g r a m f o r T e s t e d B e a m s B . 2 . 1 N o r m a l S t r e n g t h C o n c r e t e B e a m f c ' = 5 8 . 2 M P a f y = 4 5 0 M P a N e g l e c t i n g t h e a r e a o f s t e e l i n t h e c o m p r e s s i o n z o n e : T h e t e n s i l e a r e a o f s t e e l A S = 8 5 5 m m 2 C l e a r c o n c r e t e c o v e r = 3 8 m m h = 4 0 6 m m b = 2 5 4 m m d = 3 5 2 . 4 m m a 2 3 0 . 6 m a = [ 3 1 0 H e n c e , , 6 ] = 0 . 6 5 3 3 2 m m ( d _ c ) — 0 0 0 3 ( 3 5 2 . 4 — 4 7 . 1 ) = 0 . 0 1 9 > 0 . 0 0 5 T h e r e f o r e , c = M = 4 7 . 1 m m 0 . 6 5 S t r a i n i n t e n s i l e s t e e l c a n b e c a l c u l a t e d b y i n t e r p o l a t i o n a s f o l l o w s : c — 4 7 . 1 8 , : H e n c e , ¢ = 0 . 9 C h e c k m i n i m u m r e i n f o r c e m e n t : p m i n = 0 . 0 0 4 2 A p = 3 3 = 0 . 0 0 9 5 5 > p m i n T h e m o m e n t c a p a c i t y o f t h e b e a m i s 8 5 5 x 4 5 0 x [ 3 5 2 . 4 — E g g J = 1 2 9 . 7 k N . m a T h e n o m i n a l l o a d c a n b e c a l c u l a t e a s f o l l o w s M n = 1 . 4 P , , P " = 9 2 . 7 k N T h e l o a d r a t i o i s d e fi n e d a s t h e r a t i o o f a p p l i e d l o a d u n d e r fi r e c o n d i t i o n s t o t h e c a p a c i t y o f t h e s e c t i o n a t r o o m t e m p e r a t u r e ( B u c h a n a n 2 0 0 2 ) . A c c o r d i n g l y , t h e l o a d r a t i o i s g i v e n a s : L R = 5 0 x 1 0 0 % = 5 4 % 9 2 . 7 3 2 . 2 H i g h S t r e n g t h C o n c r e t e B e a m f c ' = 1 0 6 . 5 M P a f y : 4 5 0 M P a N e g l e c t i n g t h e a r e a o f s t e e l i n t h e c o m p r e s s i o n z o n e : 3 3 3 _ 0 _ _ 0 0 _ 3 ( d ) = 0 0 _ 0 7 3 . ( 3 5 2 4 — 4 8 . 7 ) . — . 0 . 0 3 8 > 0 . 0 0 5 T h e t e n s i l e a r e a o f s t e e l A s = 8 5 5 m m 2 C l e a r c o n c r e t e c o v e r = 3 8 m h = 4 0 6 m m b = 2 5 4 m m d = 3 5 2 . 4 m m a = 1 6 . 7 m m a = fl 1 c H e n c e , , 6 ] = 0 . 6 5 T h e r e f o r e , c = 1 — 6 — ' Z : 2 5 . 7 m m 0 . 6 5 S t r a i n i n t e n s i l e s t e e l c a n b e c a l c u l a t e d b y i n t e r p o l a t i o n a s f o l l o w s : H e n c e , ¢ = 0 . 9 C h e c k m i n i m u m r e i n f o r c e m e n t : p m i n = 0 . 0 0 5 7 A S p = Z ; = 0 . 0 0 9 5 5 > p m i n T h e m o m e n t c a p a c i t y o f t h e b e a m i s 8 5 5 x 4 5 0 x ( 3 5 2 . 4 — ~ 1 § Z a 2 J M n = A s f y [ d — § ] = 1 0 6 = l 3 2 . 4 k N . m T h e n o m i n a l l o a d c a n b e c a l c u l a t e a s f o l l o w s M n = 1 . 4 P , , P ” = 9 4 . 5 k N 3 3 4 ) a P M ( s A s e r t S OO T h u s , t h e l o a d r a t i o i s g i v e n a s : 5 0 L R : x 1 0 0 % = 5 3 % 9 4 5 F o r 6 0 k N l o a d u n d e r fi r e t h e l o a d r a t i o w i l l b e : L R : 6 O x 1 0 0 % = 6 3 % 9 4 . 5 B . 3 S t r e s s S t r a i n C u r v e s f o r R e i n f o r c i n g S t e e l T h e s t r e s s s t r a i n r e l a t i o n s h i p s d e t e r m i n e d v i a t e s t i n g f o r t h e t e n s i o n r e i n f o r c e m e n t u s e d i n t h e t e s t e d b e a m s a r e s h o w n i n F i g u r e B . 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 . . . . . 1 . . . 1 fl - - . 5 . 2 - 1 - - - - - - - - - - - — B a r t e s t 1 9 E — B a r t e s t 2 ' 3 0 0 , . . . . . . . . . . . . _ . m . . - . - . . . . . _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 2 0 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 0 0 . . 4 4 ‘ . . . . . . . . . . . . 0 . 0 0 0 . 0 3 0 . 0 6 0 . 0 9 ' 0 . 1 2 0 . 1 5 0 . 1 8 S t r a i n F i g u r e B . 3 — S t r e s s S t r a i n C u r v e s f o r S t e e l R e i n f o r c e m e n t u s e d i n t h e T e s t e d B e a m s B . 4 T h e r m a l R e s p o n s e T h i s a p p e n d i x p r e s e n t s t h e t e m p e r a t u r e s m e a s u r e d a t d i f f e r e n t l o c a t i o n s i n t h e t e s t e d b e a m s . T h e t h e r m o c o u p l e s i n e a c h b e a m a r e c l a s s i fi e d b a s e d o n t h e i r l o c a t i o n s i n t h e 3 3 5 b e a m i n t o f o u r s e t s , n a m e l y , u n e x p o s e d s u r f a c e t h e r m o c o u p l e s , e x p o s e d s u r f a c e t h e r m o c o u p l e s , r e i n f o r c e m e n t t h e r m o c o u p l e s a n d c o n c r e t e t h e r m o c o u p l e s . T h e r e i n f o r c e m e n t t h e r m o c o u p l e s m e a s u r e d t h e t e m p e r a t u r e s i n c o m p r e s s i o n a n d t e n s i o n r e b a r s . T h e t e m p e r a t u r e s m e a s u r e d b y d i f f e r e n t g r o u p s o f t h e r m o c o u p l e s i n t h e s i x t e s t e d b e a m s a r e p l o t t e d i n F i g u r e s B A t o 3 . 2 7 . I n a l l t h e t e s t e d b e a m s , o n e t h e r m o c o u p l e ( T C 1 3 i n b e a m B 5 ) w a s n o t r e c o r d i n g t e m p e r a t u r e t h r o u g h o u t t h e fi r e t e s t . T w o m o r e t h e r m o c o u p l e s , n a m e l y , T C l O i n b e a m B 5 a n d T C 8 i n b e a m B 6 , w e r e m e a s u r i n g n o n s e n s i c a l v a l u e s ( a l m o s t c o n s t a n t t e m p e r a t u r e s ) t h r o u g h o u t t h e fi r e e x p o s u r e t i m e . F u r t h e r , a f e w o f t h e t h e r m o c o u p l e s w e r e m e a s u r i n g n o n s e n s i c a l t e m p e r a t u r e s p a r t i c u l a r l y a t l a t e r s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e t i m e . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t m o s t o f t h e s e t h e r m o c o u p l e s w e r e i n b e a m s B 5 a n d B 6 . T h e d e f e c t s i n t h e t h e r m o c o u p l e s u s e d i n t h e s e t w o b e a m s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e s e v e r e s p a l l i n g w h i c h o c c u r r e d a t e a r l y s t a g e s o f fi r e e x p o s u r e i n t h e s e b e a m s . 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[ 4 . 4 0 ] t h r o u g h [ 4 . 4 2 ] a r e e v a l u a t e d n u m e r i c a l l y u s i n g G a u s s i a n q u a d r a t e i n t e g r a t i o n t e c h n i q u e . T h e v e c t o r o f s h a p e f u n c t i o n s f o r Q 4 e l e m e n t c a n b e w r i t t e n a s : _ ( _ _ _ _ _ 1 — s ) ( 1 — t ) ‘ ( 1 + s ) ( 1 — _ _ _ t _ ) N : ( 1 + s ) ( l + t ) [ C l ] _ _ _ ) ( 1 — 5 X 1 + t — _ - w h e r e : s a n d t = t r a n s f o r m e d c o o r d i n a t e s a s s h o w n i n F i g u r e C I . T h e a n a l y s i s i s g e n e r a l l y c a r r i e d o u t u s i n g f o u r G a u s s p o i n t s a n d t h e e l e m e n t s t i f f n e s s m a t r i x ( K 3 ) , m a s s m a t r i x ( M e ) a n d n o d a l h e a t o r m a s s fl u x ( F e ) a r e e v a l u a t e d a t e v e r y G a u s s p o i n t . T h o s e v a l u e s o f t h e e l e m e n t m a t r i c e s a t t h e f o u r G a u s s p o i n t s a r e s u m m e d t o f o r m t h e e l e m e n t m a t e r i a l p r o p e r t y m a t r i c e s w h i c h a r e u s e d f o r t h e s u b s e q u e n t s t e p s i n t h e a n a l y s i s . 3 5 1 ? i m I A 4 ( - 1 , 1 ) 3 ( 1 , 1 ) 2 ( 1 , - 1 ) F i g u r e C . 1 — Q 4 E l e m e n t i n T r a n s f o r m e d C o o r d i n a t e s 3 5 2 A p p e n d i x D W o r k e d E x a m p l e D . 1 P r o b l e m S t a t e m e n t T h e a n a l y z e d b e a m h a s 4 0 0 m m x 6 0 0 m m r e c t a n g u l a r c r o s s - s e c t i o n a n d s p a n l e n g t h o f 5 m . T h e b e a m i s l o a d e d w i t h u n i f o n n l y d i s t r i b u t e d d e a d l o a d o f 4 0 k N / m a n d l i v e l o a d o f 2 0 k N / m . T h e c a l c u l a t i o n s o f t h e fi r e r e s i s t a n c e o f t h e b e a m u s i n g t h e p r o p o s e d e q u a t i o n _ a s w e l l a s t h r e e c o d e s o f p r a c t i c e ( A C I 2 1 6 . 1 , E u r o c o d e Z a n d A S 2 6 0 0 ) i s d e t a i l e d b e l o w . D . 2 S o l u t i o n S t a n d a r d F i r e E x p o s u r e C o m p u t e R 0 : C o n c r e t e c o v e r = 5 0 m m b e a m w i d t h = 4 0 0 m m : > R 0 = 1 5 7 m i n . C o m p u t e l o a d r a t i o : F i r s t c o m p u t e t h e n o m i n a l r o o m t e m p e r a t u r e l o a d c a r r y i n g c a p a c i t y o f t h e b e a m : A a n A S f y d — S f ? 1 . 7 b e 6 x 2 0 2 x 7 r 2 A S = — — — — — = 1 8 8 5 m m d = 6 0 0 — 5 0 — 2 0 / 2 = 5 4 0 m m 1 8 8 5 x 4 0 0 1 . 7 x 4 0 x 4 0 0 h e n c e , M n = 1 8 8 5 x 4 0 0 ( 5 4 0 — ) X 1 0 — 6 2 3 8 6 . 3 k N . m 3 5 3 T h e r o o m t e m p e r a t u r e c a p a c i t y f r o m d i f f e r e n t c o d e s w i l l b e v e r y m u c h s i m i l a r d u e t o t h e f a c t t h a t t h e v a l u e s o f a l l s t r e n g t h r e d u c t i o n f a c t o r s u s e d i n c o m p u t i n g t h e r o o m t e m p e r a t u r e c a p a c i t y s h o u l d b e a s s u m e d 1 . 0 . _ 8 M " _ 8 x 3 8 6 . 3 L 2 5 2 w 2 1 2 3 . 6 n L o a d u n d e r fi r e = 1 . 2 x 4 0 + 0 . 5 x 2 0 = 5 8 k N / m L o a d r a t i o = L R = i = 0 . 4 7 1 2 3 . 6 C a l c u l a t e 9 1 / 0 : 2 p z w z a o o m 4 0 0 x 5 4 0 2 = — = 0 . 3 3 3 I 6 S F : 2 x 0 . 6 + 0 . 4 = 6 . 6 6 7 m - 1 0 . 6 x 0 . 4 _ 0 . 3 3 3 _ W 0 6 . 6 6 7 x 0 . 0 0 8 7 ' S t a n d a r d fi r e r e s i s t a n c e f o r s i m p l y s u p p o r t e d R C b e a m ( R 5 5 ) : R 5 5 = ¢ S s ¢ a g ¢ c s R 0 C a r b o n a t e a g g r e g a t e , ( b a g = 1 . 2 N S C , ( 1 5 ¢ , = 1 . 0 ¢ S S = ( 1 . 4 — 0 . 4 7 — 0 . 0 2 x 5 . 7 ) = 0 . 8 1 6 H e n c e , R s s = 0 . 8 1 6 x 1 . 2 x 1 x 1 5 7 = 1 5 3 m i n . S t a n d a r d f i r e r e s i s t a n c e f o r a x i a l l y r e s t r a i n e d R C b e a m ( R m ) : 3 5 4 R 5 3 = ¢ A R ¢ a g ¢ c s R 0 k L 3 0 0 0 0 0 x 5 a x : = 6 : 0 . 2 0 8 3 A E 0 . 4 x 0 . 6 x 3 0 x 1 0 L 2 : : 8 . 3 3 3 H 0 . 6 ¢ A R = 0 . 9 ¢ S S — O ' Z [ _ 1 L T 1 4 ] I O ' 1 + a x ) ¢ A R = 0 . 9 x 0 . 8 1 6 — 0 . 2 ( 8 . 3 3 3 — 1 4 ) ( 0 . 1 + 0 . 2 0 8 3 ) = 1 . 0 8 4 R A R = 1 . 0 8 4 x 1 . 2 x 1 x 1 5 7 = 2 0 4 m i n . E u r o c o d e M e t h o d ( E u r o c o d e 2 2 0 0 4 ) A x i s d i s t a n c e = 5 0 + 2 0 / 2 = 6 0 m m b e a m = 4 0 0 B a s e d o n T a b l e 5 . 5 i n E u r o c o d e 2 ( 2 0 0 4 ) , t h e fi r e r e s i t a n c e o f t h i s b e a m i s 1 5 6 m i n . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t E u r o c o d e 2 d o e s n o t h a v e c l e a r g u i d a n c e f o r e v a l u a t i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e o f a x i a l l y r e s t r a i n e d b e a m s . A u s t r a l i a n C o d e M e t h o d ( A S 3 6 0 0 2 0 0 1 ) C o n c r e r e c o v e r = 5 0 m m b e a m w i d t h = 4 0 0 m m B a s e d o n F i g u r e 5 . 4 . 2 ( A ) i n t h e A u s t r a l i a n C o d e , t h e fi r e r e s i t a n c e f o r t h i s b e a m i s 1 5 7 m i n . S i m i l a r t o E u r o c o d e 2 t h e A u s t r a i l i a n c o d e d o e s n o t h a v e c l e a r g u i d a n c e f o r e v a l u a t i n g t h e fi r e r e s i s t a n c e o f a x i a l l y r e s t r a i n e d b e a m s . A C I M e t h o d ( A C I 2 1 6 . 1 2 0 0 7 ) C o n c r e t e c o v e r t h i c k n e s s = 5 0 m m b e a m w i d t h = 4 0 0 m m F i r e r e s i s t a n c e f o r s i m p l y s u p p o r t e d b e a m = 2 4 0 m i n u t e s F i r e r e s i s t a n c e f o r a x i a l l y r e s t r a i n e d b e a m > 2 4 0 m i n u t e s 3 5 5 = 0 . 4 0 - ( T n 5 . a x — T 0 5 ) + 1 2 - 5 ( T r § a x _ T 0 2 ) x 1 0 _ 6 D e s i g n F i r e E x p o s u r e C o m p u t e t o t a l a r e a u n d e r h e a t fl u x f o r d e s i g n fi r e r i d = 1 5 . 1 6 x 0 . 8 6 7 = 1 3 . 1 4 > 1 0 = 1 0 x ( 1 3 . 1 4 ) ‘ - 5 1 5 . 1 6 1 = 3 1 . 4 M W . m i n / m 2 . r A 2 T m = 1 3 1 4 ° C = 1 5 8 7 K T 0 = 2 0 ° C = 2 9 3 K _ 0 . 4 x 5 . 6 7 x 1 0 ‘ 8 ( 1 5 8 7 5 — 2 9 3 5 ) + 1 2 . 5 ( 1 5 8 7 2 — 2 9 3 2 ) 1 7 . 5 4 A 2 x 1 0 — 6 A 2 = 1 4 . 7 5 M W m i n / m 2 A d : A , + A 2 = 3 1 . 4 + 1 4 . 7 5 = 4 6 . 1 5 M W m i n / m Z . C o m p u t e t i m e e q u i v a l e n t t e ( e , , e , g y ) = 1 1 . 5 A 3 ~ 7 = 1 ] . 5 x ( 4 6 . 1 5 ) 0 ' 7 = 1 6 8 m i n . t , = ( 1 . 2 — 0 . 0 1 r z § ) z e ( e n e , g y ) = ( 1 . 2 — 0 . 0 1 x 1 5 . 1 6 x 0 . 8 6 7 2 ) x 1 6 8 = 1 8 2 m i n . C h e c k f a i l u r e S i m p l y s u p p o r t e d b e a m t i m e e q u i v e l a n > F i r e r e s i s t a n c e : > f a i l u r e A x i a l l y r e s t r a i n e d b e a m t i m e e q u i v e l a n < F i r e r e s i s t a n c e : > n o f a i l u r e S u m m a r y B a s e d o n t h e a b o v e c a l c u l a t i o n t h e fi r e r e s i s t a n c e c a l c u l a t e d f r o m v a r i o u s c o d e s a n d t h e p r o p o s e d e q u a t i o n f o r s t a n d a r d fi r e e x p o s u r e i s s h o w n i n T a b l e 7 . 3 . F o r t h e g i v e n d e s i g n 3 5 6 fi r e e x p o s u r e , f a i l u r e i s p r e d i c t e d t o o c c u r i n t h e s i m p l y s u p p o r t e d b e a m a n d n o t t o o c c u r i n t h e a x i a l l y r e s t r a i n e d b e a m . 3 5 7 R e f e r e n c e s 1 0 . l l . 1 2 . A C I C o m m i t t e e 2 1 6 . 1 - 0 7 ( 2 0 0 7 ) , " S t a n d a r d M e t h o d f o r D e t e r m i n i n g F i r e R e s i s t a n c e o f C o n c r e t e a n d M a s o n r y C o n s t r u c t i o n A s s e m b l i e s " , A m e r i c a n C o n c r e t e I n s t i t u t e , D e t r o i t . A C I 3 1 8 - 2 0 0 8 ( 2 0 0 8 ) , " B u i l d i n g C o d e R e q u i r e m e n t s f o r R e i n f o r c e d C o n c r e t e " , A C I 3 1 8 - 0 8 a n d C o m m e n t a r y , A m e r i c a n C o n c r e t e I n s t i t u t e , D e t r o i t , M I . A I S C ( 2 0 0 5 ) , " S t e e l C o n s t r u c t i o n M a n u a l 3 r d E d i t i o n " , A m e r i c a n I n s t i t u t e o f S t e e l C o n s t r u c t i o n , C h i c a g o , I l l i n o i s . A n d e r b e r g , Y . ( 1 9 9 7 ) , " S p a l l i n g P h e n o m e n o n o f H P C a n d 0 C " , I n t e r n a t i o n a l W o r k s h o p o n F i r e P e r f o r m a n c e o f H i g h S t r e n g t h C o n c r e t e , N I S T S P 9 1 9 , G a i t h e r s b u r g , M D , p p . 6 9 - 7 5 . A n d e r b e r g Y . , a n d T h e l a n d e r s s o n S . ( 1 9 7 6 ) , " S t r e s s a n d D e f o r m a t i o n C h a r a c t e r i s t i c s o f C o n c r e t e a t H i g h T e m p e r a t u r e s , 2 . E x p e r i m e n t a l I n v e s t i g a t i o n a n d M a t e r i a l B e h a v i o u r M o d e l " , L u n d I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y , S w e d e n . A S 3 6 0 0 ( 2 0 0 1 ) , " C o n c r e t e S t r u c t u r e s " , C o m m i t t e e B D - 0 0 2 , A u s t r a l i a . A S C E m a n u a l N o . 7 8 ( 1 9 9 2 ) , “ S t r u c t u r a l F i r e P r o t e c t i o n ” , A S C E c o m m i t t e e o n fi r e p r o t e c t i o n , s t r u c t u r a l d i v i s i o n , A m e r i c a n S o c i e t y o f C i v i l E n g i n e e r s , N e w Y o r k . A S C E - 0 7 ( 2 0 0 5 ) , " M i n i m u m D e s i g n L o a d s f o r B u i l d i n g s a n d O t h e r S t r u c t u r e s " , A m e r i c a n S o c i e t y o f C i v i l E n g i n e e r s , R e s t o n , V A . A S C E / S F P E 2 9 ( 1 9 9 9 ) , S t a n d a r d C a l c u l a t i o n M e t h o d f o r S t r u c t u r a l F i r e P r o t e c t i o n , A m e r i c a n S o c i e t y o f C i v i l E n g i n e e r s , R e s t o n , V A . A S T M C 1 2 0 2 ( 1 9 9 7 ) , “ S t a n d a r d t e s t m e t h o d f o r e l e c t r i c a l i n d i c a t i o n o f c o n c r e t e ’ s a b i l i t y t o r e s i s t c h l o r i d e i o n p e n e t r a t i o n ” , A m e r i c a n S o c i e t y f o r T e s t i n g a n d M a t e r i a l s , W e s t C o n s h o h o c k e n , P A . A S T M T e s t M e t h o d E 1 1 9 - 0 8 a ( 2 0 0 8 ) , " S t a n d a r d M e t h o d s o f F i r e T e s t o f B u i l d i n g C o n s t r u c t i o n a n d M a t e r i a l s " , A m e r i c a n S o c i e t y f o r T e s t i n g a n d M a t e r i a l s , W e s t C o n s h o h o c k e n , P A . A S T M T e s t M e t h o d E 1 5 2 9 ( 1 9 9 3 ) , " S t a n d a r d T e s t M e t h o d s f o r D e t e r m i n i n g E f f e c t s o f L a r g e H y d r o c a r b o n P o o l F i r e s o n S t r u c t u r a l M e m b e r s a n d A s s e m b l i e s " , A m e r i c a n S o c i e t y f o r T e s t i n g a n d M a t e r i a l s , W e s t C o n s h o h o c k e n , P A . 3 5 8 l 3 . 1 4 . 1 5 . l 6 . 1 7 . 1 8 . 1 9 . 2 0 . 2 1 . 2 2 . 2 3 . 2 4 . 2 5 . B a l e n d r a n R . V . , A b i d N a d e e m , T a y y a b M a q s o o d , a n d L e u n g H . Y . ( 2 0 0 3 ) , “ F l e x u r a l a n d S p l i t C y l i n d e r S t r e n g t h s o f H S C a t E l e v a t e d T e m p e r a t u r e s ” , F i r e T e c h n o l o g y , 3 9 , p p . 4 7 — 6 1 . B a r o g h e l - B o u n y V . , M a i n g u y M . , L a s s a b a t e r e T . , a n d C o u s s y O . ( 1 9 9 9 ) , “ C h a t a c t e r i z a t i o n a n d I d e n t i fi c a t i o n o f E q u i l i b r i u m a n d T r a n s f e r M o i s t u r e P r o p e r t i e s f o r O r d i n a r y a n d H i g h - P e r f o r m a n c e C e m e n t a t i o n s M a t e r i a l s ” , C e m e n t C o n c r e t e R e s e a r c h , 2 9 , p p . 1 2 2 5 - 1 2 3 8 . B a z a n t Z . P . ( 1 9 9 7 ) , “ A n a l y s i s o f P o r e P r e s s u r e , T h e r m a l S t r e s s a n d F r a c t u r e i n R a p i d l y H e a t e d C o n c r e t e ” , I n t e r n a t i o n a l W o r k s h o p o n F i r e P e r f o r m a n c e o f H i g h S t r e n g t h C o n c r e t e , N I S T S P 9 1 9 , G a i t h e r s b u r g , M D , p p . 1 5 5 - 1 6 4 . B a z a n t Z . P . , a n d K a p l a n M . F . ( 1 9 9 6 ) , C o n c r e t e a t H i g h T e m p e r a t u r e , L o n g m a n . B a z a n t Z . P . , a n d T h o n g u t h a i W . ( 1 9 7 8 ) , " P o r e p r e s s u r e a n d D r y i n g o f C o n c r e t e a t H i g h T e m p e r a t u r e " , J o u r n a l o f t h e E n g i n e e r i n g M e c h a n i c s D i v i s i o n , A S C E , 1 0 4 ( E M 5 ) , p p . 1 0 5 9 - 1 0 7 9 . ‘ B B C ’ , h t t p : / / n e w s . b b c . c o . u k / 2 / h ' r ’ e u r o p e / 7 6 l 0 9 1 9 . s t m , S e p t e m b e r 1 1 , 2 0 0 8 . B i l o d e a u A . , K o d u r V . R . , a n d H o f f G . C . ( 2 0 0 4 ) , “ O p t i m i z a t i o n o f t h e t y p e a n d a m o u n t o f p o l y p r o p y l e n e fi b e r s f o r p r e v e n t i n g t h e s p a l l i n g o f l i g h t w e i g h t c o n c r e t e s u b j e c t e d t o h y d r o c a r b o n fi r e ” , C e m e n t & C o n c r e t e C o m p o s i t e s , E l s e v i e r L t d . , 2 6 ( 2 ) , p p . 1 6 3 — 1 7 4 . B i s b y 2 0 0 3 B S 4 7 6 - 3 : 1 9 8 7 ( 1 9 8 7 ) , " F i r e T e s t s o n B u i l d i n g M a t e r i a l s a n d S t r u c t u r e s — P a r t 2 0 : M e t h o d f r o D e t e r m i n a t i o n o f t h e F i r e R e s i s t a n c e o f E l e m e n t s o f C o n s t r u c t i o n ( G e n e r a l P r i n c i p l e s ) " , B S i , U K . B u c h a n a n A H . ( 2 0 0 2 ) , S t r u c t u r a l D e s i g n f o r F i r e S a f e t y , J o h n W i l e y & S o n s L t d . , C h i c h e s t e r , E n g l a n d . C a m p b e l l T L , a n d K o d u r V . R . ( 1 9 9 0 ) , " D e f o r m a t i o n C o n t r o l l e d N o n l i n e a r A n a l y s i s o f P r e s t r e s s e d C o n c r e t e C o n t i n u o u s B e a m s " , P C I J o u r n a l , P C I , p p . 4 2 - 5 5 . C a s t i l l o C . , D u r r a n i A . J . ( 1 9 9 0 ) , “ E f f e c t o f T r a n s i e n t H i g h T e m p e r a t u r e o n H i g h — S t r e n g t h C o n c r e t e ” , A C I M a t e r i a l s J o u r n a l , 8 7 ( 1 ) , p p . 4 7 — 5 3 . C h a n S . Y . N . , P e n g G R , a n d A n s o n M . ( 1 9 9 9 ) , “ F i r e B e h a v i o r o f H i g h - P e r f o r m a n c e C o n c r e t e M a d e w i t h S i l i c a F u m e a t V a r i o u s M o i s t u r e C o n t e n t s ” , A C I M a t e r i a l s J o u r n a l , 9 6 ( 3 ) , p p . 4 0 5 — 4 0 9 . 3 5 9 2 6 . 2 7 . 2 8 . 2 9 . 3 0 . 3 1 . 3 2 . 3 3 . 3 4 . 3 5 . 3 6 . 3 7 . C h a n g Y . F . , C h e n Y . H . , S h e u M S , a n d Y a o G . C . ( 2 0 0 6 ) , “ R e s i d u a l s t r e s s — s t r a i n r e l a t i o n s h i p f o r c o n c r e t e a f t e r e x p o s u r e t o h i g h t e m p e r a t u r e s ” , C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h , 3 6 , p p . 1 9 9 9 — 2 0 0 5 . C h e n g F . P . , K o d u r V . R . , a n d W a n g T C . ( 2 0 0 5 ) , “ S t r e s s - S t r a i n C u r v e s f o r H i g h S t r e n g t h C o n c r e t e a t E l e v a t e d T e m p e r a t u r e s ” , J o u r n a l o f M a t e r i a l s i n C i v i l E n g i n e e r i n g , 1 6 ( 1 ) , p p . 8 4 — 9 4 . C o o k - R . D . , M a l k u s D . S . , P l e s h a M E . a n d W i t t R . J . ( 2 0 0 3 ) , C o n c e p t s a n d A p p l i c a t i o n s o f F i n i t e E l e m e n t A n a l y s i s , 4 “ ] e d i t i o n , J o h n W i l e y & S o n s , N Y , U S A . D i e d e r i c h s U . , J u m p p a n e n U . M . , P e n t t a l a V . ( 1 9 8 8 ) , " M a t e r i a l p r o p e r t i e s o f h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e " , I A B S E 1 3 “ C o n g r e s s , H e l s i n k i . D i e d e r i c h s U . , J u m p p a n e n U . M . , a n d S c h n e i d e r U . ( 1 9 9 5 ) , " H i g h T e m p e r a t u r e P r o p e r t i e s a n d S p a l l i n g B e h a v i o r o f H i g h S t r e n g t h C o n c r e t e " . P r o c e e d i n g s o f F o u r t h W e i m a r W o r k s h o p o n H i g h P e r f o r m a n c e C o n c r e t e , H A B W e i m a r , G e r m a n y , p p . 2 1 9 - 2 3 5 . D o t r e p p e J . C . , a n d F r a n s s e n J . M . ( 1 9 8 5 ) , " T h e U s e o f N u m e r i c a l M o d e l s f o r t h e F i r e A n a l y s i s o f R e i n f o r c e d C o n c r e t e a n d C o m p o s i t e S t r u c t u r e s " , E n g i n e e r i n g A n a l y s i s , C M L P u b l i c a t i o n s , 2 ( 2 ) , p p . 6 7 - 7 4 . D w a i k a t M . B . , a n d K o d u r V . R . ( 2 0 0 8 a ) , " A N u m e r i c a l A p p r o a c h f o r M o d e l i n g t h e F i r e I n d u c e d R e s t r a i n t E f f e c t s i n R e i n f o r c e d C o n c r e t e B e a m s " , F i r e S a f e t y J o u r n a l , 4 3 ( 4 ) , p p . 2 9 1 - 3 0 7 . D w a i k a t M . B . , a n d K o d u r V . R . ( 2 0 0 8 b ) , " H y d r o t h e r m a l M o d e l f o r P r e d i c t i n g F i r e I n d u c e d S p a l l i n g i n C o n c r e t e S t r u c t u r a l S y s t e m s " , i n P r e s s , F i r e S a f e t y J o u r n a l . D w a i k a t M . B . , a n d K o d u r V . R . ( 2 0 0 9 ) , " R e s p o n s e o f R e s t r a i n e d C o n c r e t e B e a m s u n d e r D e s i g n F i r e E x p o s u r e " , A S C E J o u r n a l o f S t r u c t u r a l E n g i n e e r i n g , i n P r e s s . ‘ D u t c h n e w s ’ , h t t p : / / w w w . d u t c h n e w s . n l / n e w s / a r c h i v e s / 2 0 0 8 / 0 5 / m a s s i v e fi r e _ d e s t r o y s d e l f t s _ a . p h p , M a y 1 3 , 2 0 0 8 . E l l i n g w o o d B . , a n d L i n T D . ( 1 9 9 1 ) , " F l e x u r e a n d S h e a r B e h a v i o r o f C o n c r e t e B e a m s D u r i n g F i r e " , J o u r n a l o f S t r u c t u r a l E n g i n e e r i n g , A S C E , 1 1 7 ( 2 ) , p p . 4 4 0 - 4 5 8 . - E u r o c o d e 1 ( 2 0 0 2 ) , " E N 1 9 9 1 - 1 - 2 : A c t i o n s o n S t r u c t u r e s . P a r t 1 - 2 : G e n e r a l A c t i o n s - A c t i o n s o n S t r u c t u r e s E x p o s e d t o F i r e " , E u r o p e a n C o m m i t t e e f o r S t a n d a r d i z a t i o n , B r u s s e l s , B e l g i u m . 3 6 0 3 8 . 3 9 . 4 0 . 4 1 . 4 2 . 4 3 . 4 4 . 4 5 . 4 6 . 4 7 . 4 8 . 4 9 . E u r o c o d e 2 ( 2 0 0 4 ) , " E N 1 9 9 2 - 1 - 2 : D e s i g n o f C o n c r e t e S t r u c t u r e s . P a r t 1 - 2 : G e n e r a l R u l e s - S t r u c t u r a l F i r e D e s i g n " , E u r o p e a n C o m m i t t e e f o r S t a n d a r d i z a t i o n , B r u s s e l s , B e l g i u m . F e a s e y , R . , a n d B u c h a n a n , A H . ( 2 0 0 2 ) , “ P o s t F l a s h - o v e r F i r e s f o r S t r u c t u r a l D e s i g n ” , F i r e S a f e t y J o u r n a l , V o l 3 7 , N o 1 , p p . 8 3 - 1 0 5 . F e l i c e t t i R . , G a m b a r o v a P . G . , R o s a t i G . P . , C o r s i F . , a n d G i a n n u z z i G . ( 1 9 9 6 ) , “ R e s i d u a l m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f h i g h - s t r e n g t h c o n c r e t e s s u b j e c t e d t o h i g h - t e m p e r a t u r e c y c l e s ” , P r o c e e d i n g s , 4 “ I n t e r n a t i o n a l S y m p o s i u m o n U t i l i z a t i o n o f H i g h - S t r e n g t h / H i g h - P e r f o r m a n c e C o n c r e t e , P a r i s , F r a n c e , p p . 5 7 9 - 5 8 8 . F E M A ( 2 0 0 2 ) , " W o r l d T r a d e C e n t e r B u i l d i n g P e r f o r m a n c e S t u d y : D a t a C o l l e c t i o n " , P r e l i m i n a r y O b s e r v a t i o n s , a n d R e c o m m e n d a t i o n s , F e d e r a l E m e r g e n c y M a n a g e m e n t A g e n c y ( F E M A ) , F e d e r a l I n s u r a n c e a n d M i t i g a t i o n A d m i n i s t r a t i o n , W a s h i n g t o n , D C . F E M A ( 2 0 0 8 ) , F i r e fi g h t e r F a t a l i t i e s i n t h e U n i t e d S t a t e s i n 2 0 0 7 , U S . F i r e A d m i n i s t r a t i o n , F E M A , W a s h i n g t o n D C , U S A . F i r e P r e v e n t i o n ( 1 9 9 7 ) , " C h a n n e l T u n n e l F i r e P r o t e c t i o n M e a s u r e s Q u e s t i o n e d a f t e r F i r e o n H G V W a g o n " , F i r e P r e v e n t i o n , 2 9 6 . F l y n n D . R . ( 1 9 9 9 ) , “ R e s p o n s e o f H i g h P e r f o r m a n c e C o n c r e t e t o F i r e C o n d i t i o n s : R e v i e w o f T h e r m a l P r o p e r t y D a t a a n d M e a s u r e m e n t T e c h n i q u e s ” , N I S T G C R 9 9 - 7 6 7 , M e t S y s C o r p o r t a t i o n , U S . F r a n s s e n , J . M . ( 2 0 0 6 ) , " P e r s o n a l C o m m u n i c a t i o n o n F i r e T e s t R e s u l t s f o r R e i n f o r c e d C o n c r e t e B e a m s " , J u n e 1 5 ‘ . F r a n s s e n J . M . , K o d u r V . K . R . , a n d M a s o n J . ( 2 0 0 4 ) , U s e r M a n u a l f o r S A F I R , U n i v e r s i t y o f L i e g e , B e l g i u m . F u Y . F . , W o n g Y . L . , P o o n C . S . , a n d T a n g C . A . ( 2 0 0 5 ) , “ S t r e s s - S t r a i n B e h a v i o u r o f H i g h — S t r e n g t h C o n c r e t e a t E l e v a t e d T e m p e r a t u r e s ” , M a g a z i n e o f C o n c r e t e R e s e a r c h , 5 7 ( 9 ) , p p . 5 3 5 - 5 4 4 . F u r u m u r a T . , A b e T . , a n d S h i n o h a r a Y . ( 1 9 9 5 ) , “ M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s o f H i g h S t r e n g t h C o n c r e t e a t H i g h T e m p e r a t u r e s ” , P r o c . o f 4 t h W e i m a r W o r k s h o p o n H i g h P e r f o r m a n c e C o n c r e t e : M a t e r i a l P r o p e r t i e s a n d D e s i g n , h e l d a t H o c h s c h u l e fi i r A r c h i t e k t u r u n d B a u w e s e n ( H A B ) , W e i m a r , G e r m a n y , p p . 2 3 7 — 2 5 4 . G a w i n D . , M a j o r a n a C E , a n d S c h r e fl e r B A . ( 1 9 9 9 ) , “ N u m e r i c a l A n a l y s i s o f H y g r o - t h e r m i c B e h a v i o u r a n d D a m a g e o f C o n c r e t e a t H i g h T e m p e r a t u r e ” , M a g a z i n e o f C o h e s i v e F r i c t i o n a l M a t e r i a l , 4 , p p . 3 7 - 7 4 . 3 6 1 5 0 . 5 1 . 5 2 . 5 3 . 5 4 . 5 5 . 5 6 . 5 7 . 5 8 . 5 9 . 6 0 . 6 1 . 6 2 . G a w i n D . , P e s a v e n t o F . , S c h r e fl e r B A . ( 2 0 0 5 ) , “ T o w a r d s P r e d i c t i o n o f t h e T h e r m a l S p a l l i n g R i s k t h r o u g h A m u l t i - p h a s e P o r o u s M e d i a M o d e l o f C o n c r e t e ” , C o m p u t e r M e t h o d s i n A p p l i e d M e c h a n i c s a n d E n g i n e e r i n g , 1 9 5 , p p . 5 7 0 7 - 5 7 2 9 . H a m m e r T . A . ( 1 9 9 5 ) , “ H i g h s t r e n g t h c o n c r e t e p h a s e 3 , s p a l l i n g r e d u c t i o n t h r o u g h m a t e r i a l d e s i g n ” , S P 6 F i r e R e s i s t a n c e , R e p o r t 6 . 2 , S I N T E F S t r u c t u r e s a n d C o n c r e t e , S T F 7 0 A 9 5 0 2 4 . H a n C . , H w a n g Y . , Y a n g S . , a n d G o w r i p a l a n N . ( 2 0 0 5 ) , “ P e r f o r m a n c e o f s p a l l i n g r e s i s t a n c e o f h i g h p e r f o r m a n c e c o n c r e t e w i t h p o l y p r o p y l e n e fi b e r c o n t e n t s a n d l a t e r a l c o n fi n e m e n t ” , C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h , E l s e v i e r L t d . , 3 5 ( 9 ) , p p . 1 7 4 7 - 1 7 5 3 . H a n s e n R A , a n d J e n s e n J . J . ( 1 9 9 5 ) , " H i g h s t r e n g t h c o n c r e t e p h a s e 3 , F i r e r e s i s t a n c e a n d s p a l l i n g b e h a v i o r o f L W A B e a m s " , S P 6 - F i r e R e s i s t a n c e , R e p o r t 6 . 3 , S I N T E F N B L - N o r w e g i a n F i r e R e s e a r c h L a b o r a t o r y , S T F 2 5 A 9 5 0 0 4 . H a r a d a T . , T a k e d a J . , Y a m a n e S . , a n d F u r u m u r a F . ( 1 9 7 2 ) , “ S t r e n g t h , E l a s t i c i t y a n d T h e r m a l P r o p e r t i e s o f C o n c r e t e S u b j e c t e d t o E l e v a t e d T e m p e r a t u r e s ” , i n I n t e r n a t i o n a l S e m i n a r o n C o n c r e t e f o r N u c l e a r R e a c t o r , A C I S p e c i a l P u b l i c a t i o n 3 4 ( 1 ) , P a p e r S P 3 4 — 2 1 , A m e r i c a n C o n c r e t e I n s t i t u t e , D e t r o i t , p p . 3 7 7 - 4 0 6 . - H a r m a t h y T . Z . ( 1 9 6 7 ) , “ A c o m p r e h e n s i v e C r e e p M o d e l ” , J o u r n a l o f B a s i c E n g i n e e r i n g , 8 9 ( 2 ) , p p . 4 9 6 - 5 0 2 . H a r m a t h y T . Z . ( 1 9 6 9 ) , " S i m u l t a n e o u s M o i s t u r e a n d H e a t T r a n s f e r i n P o r o u s S y s t e m s w i t h P a r t i c u l a r R e f e r e n c e t o D r y i n g " . I & E C F u n d a m e n t a l s , 8 ( 1 ) . H a r m a t h y T . Z . ( 1 9 7 0 ) , “ T h e r m a l p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s ” , A S T M J o u r n a l o f M a t e r i a l s , 5 ( 1 ) , p p . 4 7 - 7 4 . H a r m a t h y T . Z . ( 1 9 7 1 ) , " M o i s t u r e a n d H e a t T r a n s p o r t w i t h P a r t i c u l a r R e f e r e n c e t o C o n c r e t e " , N a t i o n a l C o u n c i l o f C a n a d a , N R C C 1 2 1 4 3 . H a r m a t h y T . Z . ( 1 9 9 3 ) , “ F i r e S a f e t y D e s i g n a n d C o n c r e t e ” , C o n c r e t e D e s i g n a n d C o n s t r u c t i o n S e r i e s , L o n g m a n S c i e n t i fi c a n d T e c h n i c a l , U K . H a r m a t h y T . Z . , a n d A l l e n L . W . ( 1 9 7 3 ) , “ T h e r m a l P r O p e r t i e s o f S e l e c t e d M a s o n r y U n i t C o n c r e t e s ” , J o u r n a l o f A m e r i c a n C o n c r e t e I n s t i t u t e , 7 0 , 1 3 2 — 1 4 2 H e r t z K . ( 1 9 9 1 ) , “ D a n i s h i n v e s t i g a t i o n s o n s i l i c a f u m e c o n c r e t e s a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s ” , P r o c e e d i n g s , A C I 1 9 9 1 S p r i n g C o n v e n t i o n , B o s t o n , M A , M a r c h 1 7 - 2 1 . H e r t z K . D . ( 2 0 0 3 ) , “ L i m i t s o f S p a l l i n g o f F i r e - E x p o s e d C o n c r e t e ” , F i r e S a f e t y J o u r n a l , 3 8 , p p . 1 0 3 - 1 1 6 . 3 6 2 6 3 . 6 4 . 6 5 . 6 6 . 6 7 . 6 8 . 6 9 . 7 0 . 7 1 . 7 2 . 7 3 . 7 4 . H u a n g C L . ( 1 9 7 9 ) , " M u l t i - P h a s e M o i s t u r e T r a n s f e r i n P o r o u s M e d i a S u b j e c t t o T e m p e r a t u r e G r a d i e n t " , I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f H e a t a n d M a s s T r a n s f e r , 2 2 , p p . 1 2 9 5 - 1 3 0 7 . I S O 8 3 4 - 1 9 7 5 ( 1 9 7 5 ) , " F i r e r e s i s t a n c e t e s t s — e l e m e n t s o f b u i l d i n g c o n s t r u c t i o n . I n t e r n a t i o n a l O r g a n i z a t i o n f o r S t a n d a r d i z a t i o n " . J I S A 1 3 0 4 ( 2 0 0 2 ) , " M e t h o d f o r F i r e R e s i s t a n c e T e s t f o r S t r u c t u r a l P a r t s o f B u i l d i n g s " , J a p a n e s e I n d u s t r i a l S t a n d a r d s , J a p a n e s e S t a n d e A s s o c i a t i o n , J a p a n K a l i f a P . , C h e n e G . , a n d G a l l e C . ( 2 0 0 1 ) , “ H i g h - T e m p e r a t u r e B e h a v i o r o f H P C w i t h P o l y p r o p y l e n e F i b e r s : F r o m S p a l l i n g t o M i c r o s t r u c t u r e ” , C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h , 3 1 , p p . 1 4 8 7 - 1 4 9 9 . K a n g S . W . , a n d H o n g S . G . ( 2 0 0 4 ) , " A n a l y t i c a l M e t h o d f o r t h e B e h a v i o r o f a R e i n f o r c e d C o n c r e t e F l e x u r a l M e m b e r a t E l e v a t e d T e m p e r a t u r e s " , F i r e a n d M a t e r i a l s , 2 8 , p p . 2 2 7 - 2 3 5 . K a n e m a M . , N o u m o w e A . , G a l l i a s J . , a n d C a b r i l l a c R . ( 2 0 0 7 ) , " P e a n n e a b i l i t y a n d M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s o f C o n c r e t e a t H i g h T e m p e r a t u r e s " , C o n c r e t e U n d e r S e v e r C o n c d i t i o n s : E n v i r o n m e n t & L o a d i n g , C O N S E C ’ 0 7 T o u r s , F r a n c e . K a r t e r M . J . ( 2 0 0 8 ) , " F i r e L o s s i n t h e U n i t e d S t a t e s 2 0 0 7 " , F i r e A n a l y s i s a n d R e s e a r c h D i v i s i o n , N a t i o n a l F i r e P r o t e c t i o n A s s o c i a t i o n , M A , U S A . K h o u r y G A . ( 1 9 9 6 ) , “ P e r f o r m a n c e o f H e a t e d C o n c r e t e - M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s ” , C o n t r a c t N U C / 5 6 / 3 6 0 4 A w i t h N u c l e a r I n s t a l l a t i o n s I n s p e c t o r a t e , I m p e r i a l C o l l e g e , L o n d o n . K h o u r y G . A . ( 2 0 0 6 a ) , “ S t r a i n o f h e a t e d c o n c r e t e d u r i n g t w o t h e r m a l c y c l e s . P a r t 1 : S t r a i n o v e r t w o c y c l e s , d u r i n g fi r s t h e a t i n g a n d a t s u b s e q u e n t c o n s t a n t t e m p e r a t u r e ” , M a g a z i n e o f C o n c r e t e R e s e a r c h , 5 8 ( 6 ) , p p . 3 6 7 — 3 8 5 . K h o u r y G . A . ( 2 0 0 6 b ) , “ S t r a i n o f h e a t e d c o n c r e t e d u r i n g t w o t h e r m a l c y c l e s . P a r t 2 : S t r a i n d u r i n g fi r s t h e a t i n g a n d a t s u b s e q u e n t t h e r m a l c y c l e ” , M a g a z i n e o f C o n c r e t e R e s e a r c h , 5 8 ( 6 ) , p p . 3 8 7 — 4 0 0 . K h o u r y G . A . ( 2 0 0 6 c ) , “ S t r a i n o f h e a t e d c o n c r e t e d u r i n g t w o t h e r m a l c y c l e s . P a r t 3 : I s o l a t i o n o f s t r a i n c o m p o n e n t s a n d s t a i n m o d e l d e v e l o p m e n t ” , M a g a z i n e o f C o n c r e t e R e s e a r c h , 5 8 ( 7 ) , p p . 4 2 1 — - 4 3 5 . K h o u r y G . A . , G r a i n g e r R N , a n d S u l l i v a n P . J . E . ( 1 9 8 5 ) , “ S t r a i n o f C o n c r e t e d u r i n g F i r e H e a t i n g t o 6 0 0 ° C ” , M a g a z i n e o f C o n c r e t e R e s e a r c h , 3 7 , p p . 1 9 5 - 2 1 5 . 3 6 3 7 5 . 7 6 . 7 7 . 7 8 . 7 9 . 8 0 . 8 1 . 8 2 . 8 3 . 8 4 . 8 5 . 8 6 . K o d u r V . R . ( 1 9 9 9 ) , " P e r f o r m a n c e b a s e d fi r e r e s i s t a n c e d e s i g n o f c o n c r e t e - fi l l e d s t e e l c o l u m n s " , J o u r n a l o f C o n s t r u c t i o n a l S t e e l R e s e a r c h I n s t i t u t e , 5 1 , p p . 2 1 - 3 6 . K o d u r V . R . ( 2 0 0 0 ) , " S p a l l i n g i n H i g h S t r e n g t h C o n c r e t e E x p o s e d t o F i r e - C o n c e r n s , C a u s e s , C r i t i c a l p a r a m e t e r s a n d C u r e s " , P r o c e e d i n g s : A S C E S t r u c t u r e s C o n g r e s s , 1 - 8 , P h i l a d e l p h i a , U S A . K o d u r , V . R . ( 2 0 0 3 a ) , “ F i r e r e s i s t a n c e d e s i g n g u i d e l i n e s f o r h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e c o l u m n s ” , N a t i o n a l R e s e a r c h C o u n c i l o f / / C a n a d a , I n s t i t u t e f o r r e s e a r c h i n C o n s t r u c t i o n , I n t e r n a l R e p o r t N o . 4 6 1 1 6 , p p . 1 - 1 1 . K o d u r V . R . ( 2 0 0 3 b ) , “ F i b e r r e i n f o r c e m e n t f o r m i n i m i z i n g s p a l l i n g i n H S C s t r u c t u r a l m e m b e r s e x p o s e d t o fi r e ” , I n n o v a t i o n s i n F i b r e - R e i n f o r c e d C o n c r e t e f o r V a l u e , A C I S p e c i a l P u b l i c a t i o n S P : 2 1 6 , p p . 2 2 1 - 2 3 6 . K o d u r V . R . ( 2 0 0 7 ) , “ D e s i g n S t r a t e g i e s f o r P r o t e c t i n g B u i l t I n f r a s t r u c t u r e a g a i n s t F i r e H a z a r ” , P r o t e c t " 2 0 0 7 " C o n f e r e n c e — W h i s t l e r , B C , C a n a d a , p p . 1 - 1 1 . K o d u r V . R , a n d D w a i k a t M . B . ( 2 0 0 8 a ) , “ P e r f o r m a n c e - B a s e d F i r e S a f e t y D e s i g n o f R e i n f o r c e d C o n c r e t e B e a m s ” , J o u r n a l o f F i r e P r o t e c t i o n E n g i n e e r i n g , 1 7 ( 3 ) , p p . 2 9 3 - 3 2 0 . K o d u r V . R . , a n d D w a i k a t M . B . ( 2 0 0 8 b ) , " F l e x u r a l R e s p o n s e o f R e i n f o r c e d C o n c r e t e B e a m s E x p o s e d t o F i r e " , S t r u c t u r a l C o n c r e t e , 9 ( 1 ) , p p . 4 5 - 5 4 . K o d u r V . R , a n d H a r m a t h y T . Z . ( 2 0 0 8 ) , “ P r o p e r t i e s o f b u i l d i n g m a t e r i a l s ” E d i t o r : D i N e n n o P . J . , S F P E H a n d b o o k o f F i r e P r o t e c t i o n E n g i n e e r i n g , 4 t h e d i t i o n , N a t i o n a l F i r e P r o t e c t i o n A s s o c i a t i o n , Q u i n c y , M A , p p . 1 . 1 6 7 - 1 . 1 9 5 . K o d u r V . R . , a n d M c G r a t h R C . ( 2 0 0 3 ) , “ F i r e e n d u r a n c e o f h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e c o l u m n s ” , F i r e T e c h n o l o g y - S p e c i a l I s s u e , 3 9 ( 1 ) , p p . 7 3 - 8 7 . K o d u r V . R . , a n d P h a n L . ( 2 0 0 7 ) , “ C r i t i c a l F a c t o r s G o v e r n i n g t h e F i r e P e r f o r m a n c e o f H i g h S t r e n g t h C o n c r e t e S y s t e m s ” , F i r e S a f e t y J o u r n a l , 4 2 , p p . 4 8 2 - 4 8 8 . K o d u r V . R . , a n d S u l t a n M . A . ( 2 0 0 3 ) , “ E f f e c t o f T e m p e r a t u r e o n T h e r m a l P r o p e r t i e s o f H i g h - S t r e n g t h C o n c r e t e ” , J o u r n a l o f M a t e r i a l s i n C i v i l E n g i n e e r i n g , 1 5 ( 2 ) , p p . 1 0 1 - 1 0 7 . K o d u r V . R . , C h e n g P P , a n d W a n g T . C . ( 2 0 0 3 ) , “ E f f e c t o f s t r e n g t h a n d fi b e r r e i n f o r c e m e n t o n t h e fi r e r e s i s t a n c e o f h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e c o l u m n s ” , A S C E J o u r n a l o f S t r u c t u r a l E n g i n e e r i n g , 1 2 9 ( 2 ) , p p . 2 5 3 - 2 5 9 . 3 6 4 8 7 . 8 8 . 8 9 . 9 0 . 9 1 . 9 2 . 9 3 . 9 4 . 9 5 . 9 6 . 9 7 . 9 8 . K o d u r V . R . , D w a i k a t M . M . S . , a n d D w a i k a t M B . ( 2 0 0 8 ) , “ H i g h T e m p e r a t u r e P r o p e r t i e s o f C o n c r e t e f o r F i r e R e s i s t a n c e M o d e l i n g o f S t r u c t u r e s ” , A C I M a t e r i a l J o u r n a l , 1 0 5 ( 5 ) , p p . 5 1 7 - 5 2 7 . K o d u r V . R . , D w a i k a t M . B . , a n d R a u t , N . ( 2 0 0 9 a ) , “ M a c r o s c o p i c F E M o d e l f o r T r a c i n g t h e F i r e R e s p o n s e o f R e i n f o r c e d C o n c r e t e S t r u c t u r e s ” , E n g i n e e r i n g S t r u c t u r e s , i n P r e s s . K o d u r V . R . , P a k a l a P . , a n d D w a i k a t M . B . ( 2 0 0 9 b ) , “ E q u i v a l e n t F i r e S e v e r i t y A p p r o a c h f o r e v a l u a t i n g F i r e R e s i s t a n c e o f R e i n f o r c e d C o n c r e t e B e a m s ” , S u b m i t t e d t o : F i r e S a f e t y J o u r n a l . K o d u r V . K . R . , W a n g T . , a n d C h e n g F . ( 2 0 0 4 ) , “ P r e d i c t i n g t h e F i r e R e s i s t a n c e B e h a v i o r o f H i g h S t r e n g t h C o n c r e t e C o l u m n s ” , C e m e n t & C o n c r e t e C o m p o s i t e s , E l s e v i e r L t d . , 2 6 ( 2 ) , p p . 1 4 1 - 1 5 3 . K u m a r A . ( 2 0 0 3 ) , “ B e h a v i o u r o f R C C B e a m s a f t e r E x p o s u r e t o E l e v a t e d T e m p e r a t u r e s ” , J o u r n a l o f t h e I n s t i t u t i o n o f E n g i n e e r s ( I n d i a ) : C i v i l E n g i n e e r i n g D i v i s i o n , 8 4 ( 3 ) , p p . 1 6 5 - 1 7 0 . L a u A . , A n s o n M . ( 2 0 0 6 ) , “ E f f e c t o f H i g h T e m p e r a t u r e s o n H i g h P e r f o r m a n c e S t e e l F i b r e R e i n f o r c e d C o n c r e t e ” , C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h , 3 6 , p p . 1 6 9 8 - 1 7 0 7 . L a w s o n J . R . , P h a n L . T . , a n d D a v i s F . ( 2 0 0 0 ) , “ M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s o f H i g h P e r f o r m a n c e C o n c r e t e A f t e r E x p o s u r e t o E l e v a t e d T e m p e r a t u r e s ” , N I S T I R 6 4 7 5 , U S . L i M . , Q i a n C . X . , a n d S u n W . ( 2 0 0 4 ) , “ M e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f h i g h - s t r e n g t h c o n c r e t e a f t e r fi r e ” , C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h , E l s e v i e r L t d . , 3 4 ( 6 ) , p p . 1 0 0 1 - 1 0 0 5 . L i e T . T . , a n d I r w i n R . J . ( 1 9 9 3 ) , “ M e t h o d t o C a l c u l a t e t h e F i r e R e s i s t a n c e o f R e i n f o r c e d C o n c r e t e C o l u m n s w i t h R e c t a n g u l a r C r o s s - s e c t i o n ” , A C I S t r u c t u r a l J o u r n a l , A m e r i c a n C o n c r e t e I n s t i t u t e , 9 0 ( 1 ) , p p . 5 2 - 6 0 . L i e T . T . , a n d K o d u r V . R . ( 1 9 9 5 a ) , “ T h e r m a l P r o p e r t i e s o f F i b r e - R e i n f o r c e d C o n c r e t e a t E l e v a t e d T e m p e r a t u r e s ” , [ R C - N R C , I n t e r n a l R e p o r t N o . 6 8 3 . L i e T . T . , a n d K o d u r V . R . ( 1 9 9 5 b ) , “ M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s o f F i b r e - R e i n f o r c e d C o n c r e t e a t E l e v a t e d T e m p e r a t u r e s ” , [ R C - N R C , I n t e r n a l R e p o r t N o . 6 8 7 . L i e T . T . , a n d K o d u r V . R . ( 1 9 9 6 ) , “ T h e r m a l a n d M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s o f S t e e l - F i b r e - R e i n f o r c e d C o n c r e t e a t E l e v a t e d T e m p e r a t u r e s ” , C a n a d i a n J o u r n a l o f C i v i l E n g i n e e r i n g , 2 3 , p p . 5 1 1 - 5 1 7 . 3 6 5 9 9 . 1 0 0 . 1 0 1 . 1 0 2 . 1 0 3 . 1 0 4 . 1 0 5 . 1 0 6 . 1 0 7 . 1 0 8 . 1 0 9 . 1 1 0 . 1 1 1 . L i n T . D . , G u s t a f e r o o A . H . , a n d A b r a m s M S . ( 1 9 8 1 ) , " F i r e E n d u r a n c e o f C o n t i n u o u s R e i n f o r c e d C o n c r e t e B e a m s " , R & D B u l l e t i n R D 0 7 2 . 0 1 B , P o r t l a n d C e m e n t A s s o c i a t i o n , I L , U S A . L i n T . D . , a n d E l l i n g w o o d B . ( 1 9 8 7 ) , “ F l e x u r a l a n d S h e a r B e h a v i o r o f R e i n f o r c e d C o n c r e t e B e a m s d u r i n g F i r e T e s t s ” , N B S - G C R - 8 7 - 5 3 6 , P o r t l a n d C e m e n t A s s o c i a t i o n , I L , U S A . M e a c h a r n B . J . , a n d C u s t e r R . L . P . ( 1 9 9 2 ) , " P e r f o r m a n c e - B a s e d F i r e S a f e t y E n g i n e e r i n g : a n I n t r o d u c t i o n o f B a s i c C o n c e p t s " , J o u r n a l o f F i r e P r o t e c t i o n E n g i n e e r i n g , 7 ( 2 ) , p p . 3 5 - 5 4 . M i n d e s s S . , Y o u n g J . F . , a n d D a r w i n D . ( 2 0 0 3 ) , C o n c r e t e , 2 n d E d t . , P r e n t i c e H a l l , P e a r s o n E d u c a t i o n I n c . , U p p e r S a d d l e R i v e r , N J 0 7 4 5 8 . M o r i t a T . , S a i t o H . , a n d K u m a g a i H . ( 1 9 9 2 ) , “ R e s i d u a l m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e m e m b e r s e x p o s e d t o h i g h t e m p e r a t u r e - p a r t 1 . T e s t o n m a t e r i a l p r o p e r t i e s ” , S u m m a r i e s o f T e c h n i c a l P a p e r s o f A n n u a l M e e t i n g , A r c h i t e c t u r a l I n s t i t u t e o f J a p a n , N i i g a t a ( i n J a p a n e s e ) . N a s s i f A . ( 2 0 0 6 ) , “ P o s t fi r e f u l l s t r e s s — s t r a i n r e s p o n s e o f fi r e - d a m a g e d c o n c r e t e ” , F i r e a n d M a t e r i a l s , 3 0 , p p . 3 2 3 — 3 3 2 . N a u s D J . ( 2 0 0 6 ) , “ T h e E f f e c t o f E l e v a t e d T e m p e r a t u r e s o n C o n c r e t e M a t e r i a l s a n d S t r u c t u r e s — A L i t e r a t u r e R e v i e w ” , U S . N u c l e a r R e g u l a t o r y C o m m i s s i o n , O f f i c e o f N u c l e a r R e g u l a t o r y R e s e a r c h , W a s h i n g t o n , D C 2 0 5 5 5 - 0 0 0 1 . N a w y E C . ( 2 0 0 5 ) , R e i n f o r c e d C o n c r e t e a F u n d a m e n t a l A p p r o a c h , 5 t h e d i t i o n , P e a r s o n P r e n t i c e H a l l , N J , U S A . N B C C ( 2 0 0 5 ) , " F i r e a n d S t r u c t u r a l P r o t e c t i o n o f B u i l d i n g s " , N a t i o n a l B u i l d i n g C o d e o f C a n a d a , N a t i o n a l R e s e a r c h C o u n c i l , C a n a d a . N e v e s I . C . , R o d r i g u e s J . C . , a n d L o u r e i r o A . P . ( 1 9 9 6 ) , “ M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s o f R e i n f o r c i n g a n d P r e s t r e s s i n g S t e e l s a fi e r H e a t i n g , ” J o u r n a l o f M a t e r i a l s i n C i v i l E n g i n e e r i n g , 8 ( 4 ) , 1 9 9 6 , p p . 1 8 9 - 1 9 4 . N e v i l l e A . M . ( 1 9 9 6 ) , P r o p e r t i e s o f C o n c r e t e , J o h n W i l e y & S o n s , I n c . , N e w Y o r k , U S A . P a r k C . K . , L e e S . H . , K i m G . D . , a n d L e e H . K . ( 2 0 0 7 ) , “ E f f e c t o f T i e S p a c i n g a n d S e c t i o n S i z e o n F i r e R e s i s t a n c e o f H i g h - S t r e n g t h C o n c r e t e C o l u m n ” , C o n c r e t e u n d e r S e v e r C o n d i t i o n s : E n v i r o n m e n t & L o a d i n g , C O N S E C ’ 0 7 , F r a n c e . P h a n L T . ( 1 9 9 6 ) , " F i r e p e r f o r m a n c e o f h i g h - s t r e n g t h c o n c r e t e : A r e p o r t o f t h e s t a t e - o f — t h e - a r t " , N I S T I R 5 9 3 4 , N a t i o n a l I n s t i t u t e o f S t a n d a r d a n d T e c h n o l o g y , G a i t h e r s b u r g , M D . 3 6 6 1 1 2 . 1 1 3 . 1 1 4 . 1 1 5 . 1 1 6 . 1 1 7 . 1 1 8 . 1 1 9 . 1 2 0 . 1 2 1 . 1 2 2 . 1 2 3 . P h a n L T . ( 2 0 0 7 ) , “ S p a l l i n g a n d M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s o f H i g h S t r e n g t h C o n c r e t e a t H i g h T e m p e r a t u r e ” , C o n c r e t e u n d e r S e v e r C o n d i t i o n s : E n v i r o n m e n t & L o a d i n g , C O N S E C ’ O 7 , F r a n c e . P h a n L . T . , C a r i n o N J . ( 2 0 0 3 ) , “ C o d e P r o v i s i o n s f o r H i g h S t r e n g t h C o n c r e t e S t r e n g t h - T e m p e r a t u r e R e l a t i o n s h i p a t E l e v a t e d T e m p e r a t u r e s ” , M a t e r i a l s a n d S t r u c t u r e s , 3 6 ( 2 5 6 ) , p p . 9 1 - 9 8 . P h a n L . T . , L a w s o n J . R . , a n d D a v i s F L . ( 2 0 0 0 ) , “ H e a t i n g , s p a l l i n g c h a r a c t e r i s t i c s a n d r e s i d u a l p r o p e r t i e s o f h i g h p e r f o r m a n c e c o n c r e t e ” , F i fi e e n t h M e e t i n g o f t h e U fl V R P a n e l o n F i r e R e s e a r c h a n d S a f e t y , V o l u m e 2 , N I S T , U S A . P u r k i s s , I A . ( 2 0 0 7 ) , “ F i r e S a f e t y E n g i n e e r i n g : D e s i g n o f S t r u c t u r e s ” , 2 n d e d i t i o n , B u t t e r w o r t h — H e i n e m a n n , U K . Q i a n C . , W a n g H . , S u n W . , G u o Z . , a n d S t r o e v e n P . ( 2 0 0 5 ) , “ N u m e r i c a l c a l c u l a t i o n s o f v a p o r p r e s s u r e i n c o n c r e t e e x p o s e d t o fi r e ” , M a g a z i n e o f C o n c r e t e R e s e a r c h , T h o m a s T e l f o r d L t d . , 5 7 ( 3 ) , p p . 1 7 9 - 1 8 4 . S a a d M . , A b o - E l - E n e i n S . A . , H a n n a G . B . , a n d K o t k a t a M . F . ( 1 9 9 6 ) , “ E f f e c t o f t e m p e r a t u r e o n p h y s i c a l a n d m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e c o n t a i n i n g s i l i c a f u m e ” , C e m e n t & C o n c r e t e , 2 6 , p p . 6 6 9 - 6 7 5 . S a h o t a M S , a n d P a g n i P G . ( 1 9 7 9 ) , " H e a t a n d M a s s T r a n s f e r i n P o r o u s M e d i a S u b j e c t e t o F i r e " . I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f H e a t a n d M a s s T r a n s f e r , 2 2 , p p . 1 0 6 9 - 1 0 8 1 . S a i t o H . , K u m a g a i H . , a n d M o r i t a T . ( 1 9 9 2 ) , " R e s i d u a l m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e m e m b e r s e x p o s e d t o h i g h t e m p e r a t u r e - P a r t 2 . T e s t o n r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a m s " , S u m m a r i e s o f T e c h n i c a l P a p e r s o f A n n u a l M e e t i n g , A r c h i t e c t u r a l I n s t i t u t e o f J a p a n , N i i g a t a . S a n j a y a n G . , a n d S t o c k s L . ( 1 9 9 1 ) , " S p a l l i n g o f H i g h S t r e n g t h C o n c r e t e i n F i r e " , A C I S p r i n g C o n v e n t i o n , B o s t o n , M A . S a v v a A . , M a n i t a P . , a n d S i d e r i s K . K . ( 2 0 0 5 ) , “ I n fl u e n c e o f e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s o n t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f b l e n d e d c e m e n t c o n c r e t e s p r e p a r e d w i t h l i m e s t o n e a n d s i l i c e o u s a g g r e g a t e s ” , C e m e n t & C o n c r e t e C o m p o s i t e s , E l s e v i e r L t d . , 2 7 ( 2 ) , p p . 2 3 9 — 2 4 8 . S c h e i d e r U . ( 1 9 8 8 ) , " C o n c r e t e a t H i g h T e m p e r a t u r e s — A G e n e r a l R e v i e w " , F i r e S a f e t y J o u r n a l , 1 3 , p p . 5 5 - 6 8 . S c h n e i d e r U . , a n d H e r b s t H ] . ( 1 9 8 9 ) , " P e r m e a b i l i t e a t u n d P r o s i t a e t v o n B e t o n b e i h o h e n T e m p e r a t u r e n " , D e u t s c h e r A u s s c h u s s f u e r S t a h l b e t o n , 4 0 3 , p p . 2 3 - 5 2 . 3 6 7 1 2 4 . 1 2 5 . 1 2 6 . 1 2 7 . 1 2 8 . 1 2 9 . 1 3 0 . 1 3 1 . 1 3 2 . 1 3 3 . 1 3 4 . 1 3 5 . 1 3 6 . S F P E ( 2 0 0 4 ) , " F i r e E x p o s u r e s t o S t r u c t u r a l E l e m e n t s — E n g i n e e r i n g G u i d e " , S o c i e t y o f F i r e P r o t e c t i o n E n g i n e e r s , B e t h e s d a , M D , p p . 1 5 0 . S h i X . , T a n T . , T a n K . , a n d G u o Z . ( 2 0 0 4 ) , " I n fl u e n c e o f c o n c r e t e c o v e r o n fi r e r e s i s t a n c e o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e fl e x u r a l m e m b e r s " , J o u r n a l o f S t r u c t u r a l E n g i n e e r i n g , A S C E , 1 3 0 ( 8 ) , p p . 1 2 2 5 - 1 2 3 2 . S h i n K . - Y . e t a 1 . ( 2 0 0 2 ) , “ T h e r m o - P h y s i c a l P r o p e r t i e s a n d T r a n s i e n t H e a t T r a n s f e r o f C o n c r e t e a t E l e v a t e d T e m p e r a t u r e s ” , N u c l e a r E n g i n e e r i n g a n d D e s i g n 2 1 2 , p p . 2 3 3 — 2 4 1 . S P S S ( 2 0 0 7 ) , P o l a r E n g i n e e r i n g a n d C o n s u l t i n g , N i k i s k i , A K 9 9 6 3 5 , U S A . S u l l i v a n P . J . E . ( 2 0 0 4 ) , “ A P r o b a b i l i s t i c M e t h o d o f T e s t i n g f o r t h e A s s e s s m e n t o f D e t e r i o r a t i o n a n d E x p l o s i v e S p a l l i n g o f H i g h S t r e n g t h C o n c r e t e B e a m s i n F l e x u r e a t H i g h T e m p e r a t u r e ” , C e m e n t & C o n c r e t e C o m p o s i t e s , E l s e v i e r L t d . , 2 6 ( 2 ) , p p . 1 5 5 — 1 6 2 . T e n c h e v R . , a n d P u r n e l l P . ( 2 0 0 5 ) , “ A n a p p l i c a t i o n o f d a m a g e c o n s t i t u t i v e m o d e l t o c o n c r e t e a t h i g h t e m p e r a t u r e a n d p r e d i c t i o n o f s p a l l i n g ” , I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f S o l i d s a n d S t r u c t u r e s , E l s e v i e r L t d . , 4 2 ( 2 6 ) , p p . 6 5 5 0 - 6 5 6 5 . T e n c h e v R . T . , L i L . Y . , P u r k i s s J . A . , a n d K h a l a f a l l a h E H . ( 2 0 0 1 ) , “ F i n i t e E l e m e n t A n a l y s i s o f C o u p l e d H e a t a n d M a s s T r a n s f e r i n C o n c r e t e W h e n I t i s i n a F i r e ” , M a g a z i n e o f C o n c r e t e R e s e a r c h , T h o m a s T e l f o r d L t d . , 5 3 ( 2 ) , 2 0 0 1 , p p . 1 1 7 - 1 2 5 . U l m F . J . , A c k e r P . , a n d L e v y M . ( 1 9 9 9 ) , “ C h u n n e l F i r e . 1 1 : A n a l y s i s o f C o n c r e t e D a m a g e ” , J o u r n a l o f E n g i n e e r i n g M e c h a n i c s , 1 2 5 ( 3 ) , p p . 2 8 3 - 2 8 9 . V a n G e e m M . G . , G a j d a J . , a n d D o m b r o w s k i K . ( 1 9 9 6 ) , “ T h e r m a l P r o p e r t i e s o f C o m m e r c i a l l y A v a i l a b l e H i g h S t r e n g t h C o n c r e t e s ” , P C A R & D S e r i a l N o . 2 0 3 1 , P o r t l a n d C e m e n t A s s o c i a t i o n S k o k i e , I L , U S . V a n G e e m M . G . , G a j d a J . , a n d D o m b r o w s k i K . ( 1 9 9 7 ) , “ T h e r m a l P r o p e r t i e s o f C o m m e r c i a l l y A v a i l a b l e H i g h S t r e n g t h C o n c r e t e s ” , C e m e n t , C o n c r e t e , & A g g r e g a t e s , 1 9 , 3 8 - 5 3 . W a n g Y . C . , W o n g P . M . H , a n d K o d u r V . R . ( 2 0 0 3 ) , “ M e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f fi b r e r e i n f o r c e d p o l y m e r r e i n f o r c i n g b a r s a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s ” , I R C — N R C C , R e p o r t 4 6 1 2 1 . W i l l i a m , B B . ( 1 9 9 0 ) , A fi r s t C o u r s e i n t h e F i n i t e E l e m e n t M e t h o d , R i c h a r d D . I r w i n , I N C . , U S . W i l l i a m s B . K . ( 2 0 0 4 ) , “ F i r e P e r f o r r n a c e o f F R P - S t r e n g t h e n e d R e i n f o r c e d C o n c r e t e F l e x u r a l M e m e b e r s ” , P h D T h e s i s , Q u e e n ’ s U n i v e r s i t y , K o n g s t o n , O n t a r i o , C a n a d a . 3 6 8 1 3 7 . W i t e k A . , G a w i n D . , P e s a v e n t o F . , a n d S c h r e fl e r B A . ( 2 0 0 6 ) , “ F i n i t e E l e m e n t A n a l y s i s o f V a r i o u s M e t h o d s f o r P r o t e c t i o n o f C o n c r e t e S t r u c t u r e s A g a i n s t S p a l l i n g D u r i n g F i r e ” , C o m p u t a t i o n M e c h a n i c s , 3 9 , p p . 2 7 1 - 2 9 2 . 1 3 8 . X i a o J . , X i e M . , a n d Z h a n g C h . ( 2 0 0 6 ) , “ R e s i d u a l C o m p r e s s i v e B e h a v i o u r o f P r e — h e a t e d H i g h - p e r f o r m a n c e C o n c r e t e w i t h B l a s t — f u m a c e — s l a g ” , F i r e S a f e t y J o u r n a l , 4 1 , p p . 9 1 — 9 8 . 3 6 9 ” ' l l l l fi l l i l l i u M i l l i M i l l i s 6 3 2 6 1 0