Fire behavior of steel and partially encased composite columns embedded on walls

رفتار آتش‌سوزی ناشی از ستون‎های کامپوزیت فولادی و نسبتا جاسازی شده در دیوارها

This paper presents the results of an experimental research on steel and composite partially encased steel columns embedded on brick walls and subjected to fire. The specimens were made of HEA 100 and HEA 220 steel profiles, with the web parallel and orthogonal to the wall's surface. The thickness of the tested walls was 7, 11, and 15 cm depending on the steel profile used in the column. Due to the generated thermal gradient, this type of columns experienced thermal bowing, bending first towards the exposed side and then to the opposite side of the fire.When the column'sweb is parallel to the wall's surface, a less pronounced thermal gradient is developed, and the columnbehavesmore like to a uniformheated one. The axial restraining forces increasing and after reaching the peak value decreasing quite suddenly. When the column's web is orthogonal to the wall's surface, the steel flange is directly exposed to fire, resulting on its rapid thermal elongation accompanied by a rapid degradation of themechanical properties of the materials, while the remaining cross-section heats slower. The restraining forces after reaching a peak value descended a little bit and then increasing again up to second peak value, thus part of the cross-section is slowly heating and elongating. The thickness of the brick wall influenced the stiffness of the tested columns, affecting the development of the restraining forces and displacement.

در این مقاله، نتایج تحقیق تجربی در مورد سازه‎های فولادی و ستون‎های کامپوزیت نسبتا فولادی تعبیه شده روی دیوارهای آجری ارائه شده است و در معرض آتش‎سوزی قرار دارند. نمونه‌ها از پروفایل‎های فولادی HEA 100 وHEA 220 ، با وب موازی و ارتفاع به سطح دیوار ساخته شده است. ضخامت دیواره‎های آزمایش شده 7،11 و 15 سانتیمتر براساس پروفایل فولادی مورد استفاده در ستون بود. با توجه به گرادیان حرارتی تولید شده این نوع ستون‌ها با خم‎شدگی حرارتی روبرو می‎شوند و در ابتدا، به طرف مقابل در معرض خم شدن قرار می‎گیرند و سپس به سمت مخالف آتش می‎روند. هنگامی‎که ستون وب موازی با سطح دیوار باشد، گرادیان گرمای کمتر توسعه یافته، و ستون‎های باریک بیشتر شبیه به یک لوله یخ زده است. نیروهای محرک محوری، پس از رسیدن به مقدار حداکثر کاهش کاملا ناگهانی افزایش می‎یابد. هنگامی‎که وب ستون به سطح دیوار تقسیم می‎شود، فلنج فولاد به طور مستقیم در معرض آتش سوزی قرار دارد، و در نتیجه طولانی شدن دمای سریع آن همراه با تخریب سریع خواص مکانیکی مواد انجام می‌شود، در حالی که مقطع باقیمانده آن را کندتر می‎کند. نیروهای محرک پس از رسیدن به مقدار حداکثر، تاحدودی ‎کاهش می‌یابند و سپس دوباره افزایش پیدا می‌کنند. بدین ترتیب، بخشی از مقطع عرضی به آرامی ‎گرمایش و طولانی‎تر می‎شود. ضخامت دیوار آجری تحت تأثیر سختی ستون‎های آزمایش شده قرار گرفته و بر توسعه نیروهای محرک و جابجایی تأثیر می‌گذارد.