Reappraisal of the simplified methods for the fire design of reinforced concrete columns

In fire, concrete performs well – both as an engineered structure, and as a material. In this thesis, the main objective is to study and to apply the simplified methods devised in EN 1992-1-2 (Eurocode 2 for Fire Design) to a well-documented set of reinforced concrete columns tested under fire in different university laboratories. Experimental data on Fire Resistance of loaded reinforced concrete columns have been gathered from 55 tests coming from three series: 39 tests conducted at the Technical University of Braunschweig in Germany (TUBr), 12 tests conducted at the University of Ghent in Belgium (RUG) and 4 tests conducted at the University of Liege in Belgium. By using specific analysis softwares AGON version 6.0 (Microsoft Excel spreadsheet software) and VcaSlu version 7.7 for the zone method, comparison of the numerical results for both simplified methods is carried out as regards the value of maximum fire duration for each of the 55 loaded reinforced concrete columns within the framework of Annex B in EN 1992-1-2, where the nominal curvature method, that is commonly used for ambient temperature design of braced columns, is extended to the case of fire. The comparison between experimental and numerical results shows a good agreement, if the evolution of strength and deformability of the concrete section is evaluated point-by-point, and the thermal dilations are duly taken into account; moreover, this approach proves to be on the safe side. On the contrary, the application of the reduced section approach (zone method), where the effect of thermal dilations is not taken into account, yields results that are on the unsafe side, with significant overestimations of the first-order moments resisted by the columns.

In condizioni di incendio, il calcestruzzo presenta generalmente un buon comportamento - sia come materiale che quano utilizzato per elementi portanti. In questa tesi, l'obiettivo principale è quello di studiare e applicare i metodi semplificati proposti nella EN 1992-1-2 (Eurocodice 2 per la progettazione antincendio) ad un insieme ben documentato di pilastri in calcestruzzo armato assoggettate a prova in condizioni di incendio in diversi laboratori universitari. I dati sperimentali sulla resistenza al fuoco dei pilastri consistono di 55 prove suddivise in tre gruppi: 39 prove condotte presso l'Università Tecnica di Braunschweig in Germania (TUBr), 12 prove condotte presso l'Università di Ghent in Belgio (RUG) e 4 prove condotte presso l'Università di Liegi in Belgio. Utilizzando i software di analisi AGON versione 6.0 (sviluppato in Visual Basic con interfaccia in Microsoft Excel) e VcaSlu versione 7.7 per il metodo a zona, viene eseguito il confronto dei risultati numerici per entrambi i metodi semplificati per quanto riguarda il valore della durata massima dell'incendio per ciascuno dei 55 pilastri di cui si è detto in precedenza, nel quadro dell'allegato B della EN 1992-1-2, dove il metodo della curvatura nominale (colonna modello), comunemente utilizzato per la progettazione in condizioni ordinarie di pilastri in calcestruzzo armato, è esteso al caso di incendio. Il confronto tra risultati sperimentali e numerici mostra un buon accordo, se l'evoluzione della resistenza e deformabilità della sezione in calcestruzzo è valutata punto per punto, e le dilatazioni termiche sono debitamente prese in considerazione; inoltre, tale approccio è conservative nella maggior parte dei casi. Al contrario, l'applicazione del metodo basato sul concetto di sezione ridotta (metodo a zona), in cui l'effetto delle dilatazioni termiche non è preso in considerazione, produce risultati che sono a sfavore di sicurezza, con sovrastime significative dei momenti flettenti sopportabili dai pilastri.