Simplification of the decay curves for the compressive strength of HSC at high temperature

High-strength concrete (HSC) is increasingly preferred over normal-strength concrete (NSC) because of the many technical and economic advantages. Over the years, different research works have demonstrated that the influence of high temperature on the performance of normal-strength concrete is different from that on high-strength concrete. Yet, there is a need for further investigations to better understand the fire performance of high-strength concrete members. This thesis investigates the possibility of simplifying the decay curves for the compressive strength of HSC exposed to high temperature as devised in EN 1992-1-2. For this purpose, the tests carried out on forty-three high-strength concrete columns in different laboratories were simulated with the nonlinear software SAFIR developed at the University of Liege, by assuming different decay curves for the compressive strength. The possibility of using NSC strength decay curve instead of HSC Class – 2 and the possibility of using HSC Class – 2 strength decay curve for regardless of concrete grade were investigated. Numerical results obtained from mechanical analyses suggest that, strength decay curve of normal-strength concrete can be used for heavily reinforced columns with high-strength concrete with minor loss of accuracy. On the other hand, it was observed that using HSC Class 2 decay curve for HSC Class 1 yields adequately safe results, where as using HSC Class 2 decay curve for HSC Class 3 led to an unsafe overestimation of failure time in most of the specimens, including those that experienced moderate to severe spalling in fire tests. However, using HSC Class 2 decay curve for HSC Class 3 columns caused no major difference in axial deformations in case the columns are heavily reinforced.

Il calcestruzzo ad alta resistenza (HSC) è sempre più diffuso rispetto al calcestruzzo a normal resistenza (NSC) in virtù dei numerosi vantaggi tecnici ed economici. Nel corso degli anni, diverse ricerche hanno dimostrato come i calcestruzzi ad alta resistenza presentino una più marcata sensibilità all’alta temperatura rispetto ai calcestruzzi a normal resistenza; sono tuttavia necessarie ulteriori indagini per comprendere al meglio le prestazioni in condizioni di incendio degli elementi strutturali realizzati con calcestruzzi ad alta resistenza. Il presente lavoro si pone come obiettivo di fornire un contributo alla semplificazione delle curve di decadimento della resistenza a compressione per calcestruzzi ad alta resistenza esposti all’alta temperatura, come attualmente previste dalla normativa europea EN1992-1-2. A tale scopo, sono state simulate numericamente con il software non lineare SAFIR sviluppato presso l'Università di Liegi (Belgio) le prove sperimentali effettuate in diversi laboratori su 43 pilastri in calcestruzzo ad alta resistenza, ipotizzando curve di decadimento diverse per la resistenza a compressione. In dettaglio, è stata verificata la possibilità di utilizzare la curva di decadimento valida per calcestruzzi NSC anche per elementi realizzati con calcestruzzo ad alta resistenza, nonchè la possibilità di utilizzare la curva di decadimento della resistenza HSC Classe - 2 indipendentemente dalla classe di resistenza. I risultati numerici ottenuti dalle analisi termomeccaniche suggeriscono che la curva di decadimento per calcestruzzo a normal resistenza può essere utilizzata per pilastri in calcestruzzo ad alta resistenza fortemente armati, con una trascurabile perdita di accuratezza. Si è osservato inoltre che l'uso della curva di decadimento HSC – Classe 2 per elementi strutturali realizzati con HSC – Classe 1 produce risultati sufficientemente conservativi. Per contro, l'utilizzo della curva di decadimento HSC – Classe 2 per pilastri realizzati con calcestruzzo HSC – Classe 3 comporta una sovrastima del tempo di collasso nella maggior parte dei casi, ivi compresi quelli che durante la prova hanno evidenziato fenomeni di scoppio esplosivo (spalling) da moderato a grave. Si può affermare, tuttavia, che l'uso della curva di decadimento HSC – Classe 2 per pilastri HSC – Classe 3 non ha causato differenze sostanziali nelle deformazioni assiali nel caso di pilastri fortemente armati.