Study on the residual performance of RC beams exposed to processed temperatures and fire

PurposeThe Reinforced Concrete(RC) elements are known to perform well during exposure to elevated temperatures. Hence, RC elements are widely used to resist the extreme heat developing from accidental fires and other industrial processes. In both of the scenarios, the RC element is exposed to elevated temperatures. However, the primary differences between the fire and processed temperatures are the rate of temperature increase, mode of exposure and exposure durations. In order to determine the effect of two heating modalities, RC beams were exposed to processed temperatures with slow heating rates and fire with fast heating rates.Design/methodology/approachIn the present study, RC beam specimens were exposed to 200 °C, to 800 °C temperature at 200 °C intervals for 2 h' duration by adopting two heating modes; Fire and processed temperatures. An electrical furnace with low-temperature increment and a fire furnace with standard time-temperature increment is adapted to expose the RC elements to elevated temperatures.FindingsIt is observed from test results that, the reduction in load-carrying capacity, first crack load, and thermal crack widths of RC beams exposed to 200 °C, and 600 °C temperature at fire is significantly high from the RC beams exposed to the processed temperature having the same maximum temperature. As the exposure temperature increases to 800 °C, the performance of RC beams at all heating modes becomes approximately equal.Originality/valueIn this work, residual performance, and failure modes of RC beams exposed to elevated temperatures were achieved through two different heating modes are presented.

Dynamic Evaluation Design

A principal owns a firm, hires an agent of uncertain productivity, and designs a dynamic policy for evaluating his performance. The agent observes ongoing evaluations and decides when to quit. When not quitting, the agent is paid a wage that is linear in his expected productivity; the principal claims the residual performance. After quitting, the players secure fixed outside options. I show that equilibrium is Pareto efficient. For a broad class of performance technologies, the equilibrium wage deterministically grows with tenure. My analysis suggests that endogenous performance evaluation plays an important role in shaping careers in organizations. (JEL D21, D82, D83, J24, J31, J41, M51)

Downcycling and Upcycling in Rehabilitation and Adaptive Reuse of Pre-Existing Buildings: Re-Designing Technological Performances in an Environmental Perspective

The abandonment of the built heritage, as a result of functional or technological obsolescence or as a consequence of cultural, social, and economic trends, is steadily increasing. This great number of buildings, worldwide spread, offers a huge opportunity to reduce the environmental impacts related to the construction industry. Nonetheless, the recovery and reuse interventions that require the implementation of residual technological performance, to accommodate new uses, are not always environmentally neutral. Therefore, a new design approach needs to be developed so as to improve the buildings’ technological performance and enhance resources and energy already incorporated in buildings. The circular economy principles in the building sector, performance-based building design together with downcycling and upcycling theories are applied to develop a methodology aiming to reduce the environmental impacts within the rehabilitation and refurbishment design process. Starting from the building analysis phase (historical, material, construction) residual performance is evaluated; then the design phase demonstrates that, according to downcycling and upcycling design strategies applied on building components and materials, it is possible improving the building to the required new uses while minimizing transformations and effectively reducing related environmental impacts. The reduction of environmental impacts depends on a careful assessment of the residual technological and structural performance that the building still provides, by involving limited performance implementations to balance rehabilitation needs and environmental protection goals.

Remanufacturing: strategies to enhance the life extension of short-cycle building products

This essay explores the issues of reuse and remanufacturing in the construction sector, considered to be key strategies for circularity and value conservation, based on the extension of product life through multiple use cycles. The main levers for boosting the logic of reuse and remanufacturing are investigated, as well as the major barriers that hinder their spread. In particular, the focus is on the components coming from the renovation of tertiary buildings (offices, accommodation, exhibitions, retail), characterised by short use cycles. These components are the most suitable for innovative remanufacturing experiments, since they are distinguished by high economic value and high residual performance after the replacement process.

New Life for Disused Religious Heritage: A Sustainable Approach

The sustainable reuse of the built heritage is one of the main challenges of our time. Religious heritage, in particular, requires strong survey strategies and analyses in order to achieve consistent approaches for the conservation and transmission of its value, both material and immaterial. The exploitation of the latter is underpinned by knowledge analyses, prior to the conservation actions, with a focus not only on the techniques of material restoration but also on the values that it represents for the territory and local communities. With this aim, three case studies in Southern Italy are here presented, that offer a good example of how ecclesiastical heritage, although vast and diffuse, is still an undervalued asset. By combining accurate knowledge and historical research in comparison with the residual performance of the buildings, the results aim to demonstrate how integrated knowledge strategies can pursue more conscious choices of new possible uses for abandoned religious heritage, resulting in preserve their memory and add value in terms of social sustainability.

Residual performance of fire-exposed textile reinforced concrete

Τα Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα (ΙΑΜ) είναι ένα πολλά υποσχόμενο σύνθετο υλικό με τεράστιες δυνατότητες σε δομικές εφαρμογές επειδή προσφέρει τη δυνατότητα κατασκευής ελαφρών αλλά ισχυρών και βιώσιμων στοιχείων. Ωστόσο, παρά τη σχετικά καλή αντοχή στη θερμότητα των ανόργανων μητρών και την καλά τεκμηριωμένη γνώση σχετικά με την απόδοση των συνηθισμένων ινωδών οπλισμών σε υψηλές θερμοκρασίες, η εφαρμογή τους σε στοιχεία ΙΑΜ με πολύ μικρό πάχος καθιστά την αποτελεσματικότητά τους αμφισβητήσιμη. Η επικάλυψη από σκυρόδεμα που προστατεύει τον οπλισμό από ίνες είναι μια τάξη μεγέθους μικρότερο από ό, τι στην περίπτωση στοιχείων από σκυρόδεμα οπλισμένο με χάλυβα. Επιπλέον, οι πειραματικές έρευνες που έχουν διεξαχθεί έως τώρα είναι περιορισμένες. Ως εκ τούτου, αρκετά κενά γνώσης μπορούν να εντοπιστούν στην τρέχουσα κατάσταση της τελευταίας τεχνολογίας. Τέλος, μεταξύ των δημοσιευμένων σχετικών μελετών υπάρχουν μεγάλες ασυνέπειες στις μεθόδους και τις συνθήκες δοκιμής. Έτσι, είναι δύσκολο να εξαχθούν αξιόπιστα συμπεράσματα σχετικά με τη θερμομηχανική συμπεριφορά του υλικού.Η παρούσα μελέτη διερευνά την απομένουσα απόδοση των ΙΑΜ μετά την έκθεση σε φωτιά μέσω μιας εκτεταμένης πειραματικής διερεύνησης που έδωσε δεδομένα για τη φέρουσα αντίσταση (εφελκυστική και καμπτική) έξι συνθέσεων ΙΑΜ, σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών (20 °C έως 700 °C). Οι έξι συνθέσεις διέφεραν από το ενισχυτικό υλικό (ίνες άνθρακα ή συνδυασμός ινών υάλου και άνθρακα), το τελείωμα του οπλισμού (μη επικαλυμμένο, επικαλυμμένο με πολυμερές ή εμποτισμένο) και την ποσότητα του οπλισμού. Οι καινοτομίες αυτής της εκστρατείας έγκειται στην (i) ποσοτικοποίηση της επίδρασης του τελειώματος του πλέγματος και της προστατευτικής επικάλυψης από σκυρόδεμα, (ii) στη διερεύνηση της απόδοσης του υβριδικού οπλισμού και (iii) στην έκθεση των δειγμάτων σε πρότυπες δοκιμές πυρός (με διάρκεια που κυμαίνεται μεταξύ 7 και 37 λεπτών). Τα αποτελέσματα των δοκιμών προσομοιώθηκαν με αναλυτικές και αριθμητικές προσεγγίσεις. Υπάρχουσες αναλυτικές προσεγγίσεις χρησιμοποιήθηκαν ως εργαλείο για να περιγράψουν τη συμπεριφορά του εκτεθειμένου στη φωτιά υλικού σε εφελκυσμό, ενώ αριθμητικές προσομοιώσεις αναπτύχθηκαν για να προσομοιώσουν τη συμπεριφορά του σε κάμψη. Η καινοτομία του αριθμητικού προσομοιώματος έγκειται στην εφαρμογή ενός μηχανικού στρωματομένου μοντέλου σε συνδυασμό με ένα μοντέλο μεταφοράς θερμότητας που καθορίζει τη θερμοκρασία έκθεσης σε κάθε θέση ενός δείγματος εκτεθειμένου στη φωτιά.Η διατριβή καταλήγει στο συμπέρασμα ότι η πιο καθοριστική παράμετρος για την υπολειπόμενη αντίσταση των ΙΑΜ μετά την έκθεση σε φωτιά είναι η επιφανειακή επεξεργασία του οπλισμού. Τα μη επικαλυμμένα υφάσματα από ανθρακονήματα είναι η καλύτερη λύση (λόγω της ανωτερότητας των ινών άνθρακα σε αυξημένη θερμοκρασία σε σύγκριση με άλλα υλικά). Οι πολυμερικές επικαλύψεις οδηγούν σε ταχύτερη μείωση των μηχανικών ιδιοτήτων καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία (λόγω της φθοράς της διεπαφής πλέγματος προς μήτρα καθώς η καίγεται η επικάλυψη του πλέγματος), ενώ ο εμποτισμός με εποξειδικές ρητίνες οδηγεί σε αυξημένο κίνδυνο θερμικής έκρηξης λόγω της ταχείας εξάτμισης της ρητίνης. Με βάση τις υπάρχουσες γνώσεις, οι συνθέσεις με υβριδική ενίσχυση (ίνες άνθρακα και υάλου) μπορούν επίσης να παρουσιάσουν ευνοϊκή συμπεριφορά με σωστό σχεδιασμό. Αυτή η έρευνα δείχνει επίσης ότι το προφίλ θερμοκρασίας ενός εκτεθειμένου στη φωτιά στοιχείου TRC μπορεί να προσδιοριστεί με ένα μοντέλο μεταφοράς θερμότητας και, κατά συνέπεια, η καμπτική συμπεριφορά του στοιχείου μπορεί να προσομοιωθεί με μια τεχνική ανά στρώση (εκχωρώντας την προβλεπόμενη θερμοκρασία σε κάθε στρώμα ). Αυτή η τεχνική προσομοίωσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να προσομοιώσει σωστά την καμπτική ικανότητα ενός εκτεθειμένου σε υψηλή θερμοκρασία στοιχείου ΙΑΜ. Με βάση τις δοκιμές κάμψης και την αριθμητική τους προσομοίωση, συμπεραίνεται ότι το κονίαμα παίζει επίσης βασικό ρόλο στην απομένουσα καμπτική ικανότητα των εκτεθειμένων στη φωτιά στοιχείων ΙΑΜ. Ως εκ τούτου, η συμβολή του θα πρέπει να προσομοιωθεί με τη μέγιστη δυνατή ακρίβεια. Τέλος, η παρούσα έρευνα έδειξε ότι όσον αφγορά τα υπάρχοντα αναλυτικά προσομοιώματα, η θεωρία Aveston-Cooper-Kelly μπορεί να εφαρμοστεί σε στοιχεία ΙΑΜ εκτεθειμένα σε υψηλές θερμοκρασίες, αρκεί να υιοθετηθεί ένας αντιπροσωπευτικός νόμος υποβάθμισης των μηχανικών ιδιοτήτων των επιμέρους υλικών (ίνες, μητρικό υλικό). Ένας τέτοιος νόμος μπορεί να επιτευχθεί με την προσαρμογή αναλυτικών εκφράσεων σε πειραματικά αποτελέσματα σε εκτεθειμένα στη φωτιά στοιχεία ΙΑΜ που δοκιμάστηκαν σε εφελκυσμό.

Post Fire Residual Strength of the Wall-Slab Using Siliceous Concrete

It is very important to understand the residual performance of a structure for repair, retrofit, and reuse of a building after a fire. In this study, an experiment is conducted on the residual performance of real-scale siliceous aggregates-based reinforced concrete (RC) wall-slab connection (WSC) after the fire, using the simple calculation method (SCM) of standards (Eurocode, ACI, and NIST) for comparison and analysis. A description of the WSC specimen and detailed methods for the experiment are introduced. The fire test is conducted according to the fire scenario by dividing it into one-sided and two-sided heating based on the wall. In the post-fire residual performance test, the load–displacement and moment-deflection angle relationship according to the fire time are derived and discussed. In addition, the residual mechanical properties after the fire are derived for the 35 MPa siliceous concrete used in the wall-slab specimen. The load and moment, derived using SCM, are compared with the experimental results. Our results show that the one-sided heating test result is close to that of Eurocode’s SCM, and the two-sided heating test result is close to that of ACI (NIST)’s SCM. This study provides a database on the residual strength through a real-scale fire test and standard comparison.

Prediction of Beyond Design and Residual Performances of Viscoelastic Dampers by a Simplified Fractional Derivative Model

When subjected to excessive shear deformation, viscoelastic (VE) dampers may inevitably suffer from damages, due to their VE material layers with limited thickness. Under the circumstance, their stiffness and energy dissipation capabilities may deteriorate but not totally vanish. To estimate the seismic performances of viscoelastically damped structures, the beyond design and residual performances of damaged VE dampers are crucial to protect structures from severe failure during the following main shock or aftershocks. On the other hand, for new viscoelastically damped structures under the normal design earthquakes, neglecting the residual performance of damaged VE dampers may result in nonconservative design. Thus, this study aims to provide approaches to analytically characterize the beyond design and residual performances of damaged full-scale VE dampers. Based on the simplified fractional derivative model, the analytical predictions have been compared with the experimental results. The proposed model works well for the design performance of the intact full-scale VE dampers. Particularly, it can also reproduce the beyond design and residual performances of damaged full-scale VE dampers, if due consideration is taken of the effects of excitation frequencies, ambient temperatures, temperature rises, softening, and hardening.

Effect of the Notch-to-Depth Ratio on the Post-Cracking Behavior of Steel-Fiber-Reinforced Concrete

Concrete barely possesses tensile strength, and it is susceptible to cracking, which leads to a reduction of its service life. Consequently, it is significant to find a complementary material that helps alleviate these drawbacks. The aim of this research was to determine analytically and experimentally the effect of the addition of the steel fibers on the performance of the post-cracking stage on fiber-reinforced concrete, by studying four notch-to-depth ratios of 0, 0.08, 0.16, and 0.33. This was evaluated through 72 bending tests, using plain concrete (control) and fiber-reinforced concrete with volume fibers of 0.25% and 0.50%. Results showed that the specimens with a notch-to-depth ratio up to 0.33 are capable of attaining a hardening behavior. The study concludes that the increase in the dosage leads to an improvement in the residual performance, even though an increase in the notch-to-depth ratio has also occurred.