COMPFIRE of joints to composite columns for improved fire ... · PDF fileCOMPFIRE...

12
COMPFIRE RFSRCT20090021 Design of joints to composite columns for improved fire robustness ftp://openspace.dec.uc.pt/ SCFTUKPFC230_550_55_02072010 2 July 2010 Reverse Channel Connection (UKPFC 230x90x32) to Square ConcreteFilled Tube Test Result v2_22 September 2010 1 Department of Civil & Structural Engineering The University of Sheffield Reaction Frame Camera 2 Camera 1 Camera 3 Macalloy Bars Support Beam Tested Connection Link Bar Oven Bar Reaction Frame α Load Jack Jack Bar Electrical Furnace

Transcript of COMPFIRE of joints to composite columns for improved fire ... · PDF fileCOMPFIRE...

COMPFIRE 

  RFSR‐CT‐2009‐0021 

Design of joints to composite columns for improved fire robustness 

ftp://openspace.dec.uc.pt/ 

SCFT‐UKPFC230_550_55_02‐07‐2010 2 July 2010 Reverse Channel Connection (UKPFC 230x90x32) to Square Concrete‐Filled Tube Test Result  

v2_22 September 2010  1 Department of Civil & Structural Engineering 

The University of Sheffield 

 

 

 

 

Reaction Frame

Camera 2

Camera 1

Camera 3Macalloy Bars

Support Beam

Tested Connection

Link BarOven Bar

Reaction Frame

α

Load Jack

Jack Bar

Electrical Furnace

COMPFIRE 

  RFSR‐CT‐2009‐0021 

Design of joints to composite columns for improved fire robustness 

ftp://openspace.dec.uc.pt/ 

SCFT‐UKPFC230_550_55_02‐07‐2010 2 July 2010 Reverse Channel Connection (UKPFC 230x90x32) to Square Concrete‐Filled Tube Test Result  

v2_22 September 2010  2 Department of Civil & Structural Engineering 

The University of Sheffield 

 

 

View of Camera 1 

View of Camera 2  

View of Camera 3  

Oven Bar

Link Bar

Jack Bar

COMPFIRE 

  RFSR‐CT‐2009‐0021 

Design of joints to composite columns for improved fire robustness 

ftp://openspace.dec.uc.pt/ 

SCFT‐UKPFC230_550_55_02‐07‐2010 2 July 2010 Reverse Channel Connection (UKPFC 230x90x32) to Square Concrete‐Filled Tube Test Result  

v2_22 September 2010  3 Department of Civil & Structural Engineering 

The University of Sheffield 

 

 

    

Notes: 1. All steel members were Grade S275, except that the tubular 

section was Grade S355 2. Cube strength of concrete on the day of testing was 52MPa 3. Difference between the actual dimension of the UC and UB 

sections and their standard dimension given in ‘Steel Building Design: Design Data, In accordance with Eurocodes and the UK National Annexes 2009’ (SCI ‘Blue Book’) is negligible 

4. Hexagon head screw ISO 4017‐M20x90‐8.8, hexagon nut ISO4032‐M20‐10 and washer ISO7091‐20‐100HV were used 

5. Double nuts were used to bolt the reverse channel to beam endplate 

6. All bolt holes were 22mm diameter 

COMPFIRE 

  RFSR‐CT‐2009‐0021 

Design of joints to composite columns for improved fire robustness 

ftp://openspace.dec.uc.pt/ 

SCFT‐UKPFC230_550_55_02‐07‐2010 2 July 2010 Reverse Channel Connection (UKPFC 230x90x32) to Square Concrete‐Filled Tube Test Result  

v2_22 September 2010  4 Department of Civil & Structural Engineering 

The University of Sheffield 

 

 

Nominal Temperature: 550°C  

      Jack   Load  Beam   Column  Connection  Oven Bar           Time  Temperature* Displacement  Angle  Rotation Rotation Rotation  Force  Tension  Shear  Moment** 

(minute)  Average (°C)  (mm)  α (°)  (°)  (°)  (°)  (kN)  (kN)  (kN)  (kNm) 0  545.11  0.00  55.37  0.00  0.00  0.00  ‐9.19  ‐5.22  ‐7.56  ‐2.60 1  545.14  0.15  55.14  0.14  0.12  0.01  ‐5.96  ‐3.41  ‐4.89  ‐1.68 2  545.17  0.55  55.08  0.20  0.18  0.01  ‐3.39  ‐1.94  ‐2.78  ‐0.96 3  545.26  1.77  54.94  0.27  0.25  0.02  ‐1.58  ‐0.91  ‐1.29  ‐0.44 4  545.20  3.30  54.85  0.31  0.30  0.01  ‐0.25  ‐0.14  ‐0.21  ‐0.07 5  545.23  4.95  54.71  0.33  0.30  0.03  ‐0.18  ‐0.11  ‐0.15  ‐0.05 6  545.26  6.51  54.73  0.34  0.30  0.03  0.19  0.11  0.16  0.05 7  545.26  7.72  54.36  0.35  0.32  0.03  0.51  0.30  0.41  0.14 8  545.29  8.66  54.23  0.38  0.34  0.04  1.58  0.92  1.28  0.44 9  545.32  10.22  53.98  0.44  0.40  0.04  3.05  1.80  2.47  0.85 10  545.34  12.04  53.94  0.50  0.46  0.04  4.54  2.67  3.67  1.26 11  545.33  13.53  53.81  0.55  0.48  0.06  5.93  3.50  4.79  1.64 12  545.39  15.09  53.69  0.62  0.53  0.09  7.71  4.57  6.21  2.13 13  545.47  16.54  53.57  0.69  0.56  0.13  9.56  5.68  7.69  2.63 14  545.52  17.93  53.56  0.75  0.61  0.14  11.13  6.61  8.95  3.06 15  545.59  19.29  53.52  0.79  0.64  0.15  12.29  7.31  9.88  3.38 16  545.57  20.83  53.55  0.84  0.66  0.18  13.41  7.97  10.78  3.69 17  545.61  22.35  53.48  0.90  0.71  0.19  14.54  8.65  11.69  3.99 18  545.64  23.70  53.50  0.97  0.75  0.22  15.40  9.16  12.38  4.23 19  545.65  25.10  53.55  1.05  0.81  0.24  16.21  9.63  13.04  4.46 20  545.63  26.77  53.56  1.13  0.89  0.24  17.49  10.39  14.07  4.81 21  545.71  28.21  53.57  1.21  0.93  0.28  19.41  11.52  15.61  5.34 

COMPFIRE 

  RFSR‐CT‐2009‐0021 

Design of joints to composite columns for improved fire robustness 

ftp://openspace.dec.uc.pt/ 

SCFT‐UKPFC230_550_55_02‐07‐2010 2 July 2010 Reverse Channel Connection (UKPFC 230x90x32) to Square Concrete‐Filled Tube Test Result  

v2_22 September 2010  5 Department of Civil & Structural Engineering 

The University of Sheffield 

 

 

22  545.82  29.68  53.54  1.30  0.97  0.33  22.54  13.40  18.13  6.20 23  545.90  31.04  53.38  1.40  0.99  0.41  25.62  15.28  20.56  7.02 24  545.92  32.42  53.32  1.50  1.03  0.47  28.62  17.10  22.95  7.84 25  545.94  33.93  53.22  1.61  1.06  0.55  31.29  18.74  25.07  8.56 26  545.93  35.17  53.08  1.73  1.09  0.64  34.22  20.56  27.36  9.33 27  546.00  36.74  53.01  1.84  1.10  0.74  36.84  22.16  29.42  10.03 28  546.10  38.19  52.85  1.98  1.13  0.85  39.25  23.71  31.29  10.66 29  546.13  39.85  52.82  2.11  1.15  0.95  41.12  24.85  32.77  11.17 30  546.18  41.39  52.62  2.25  1.16  1.09  43.38  26.34  34.47  11.74 31  546.23  43.07  52.52  2.39  1.18  1.21  45.30  27.57  35.94  12.23 32  546.24  44.70  52.33  2.53  1.20  1.33  47.09  28.78  37.27  12.67 33  546.27  46.39  52.19  2.67  1.22  1.46  48.68  29.84  38.46  13.07 34  546.30  47.95  52.08  2.83  1.22  1.62  49.72  30.56  39.22  13.32 35  546.40  49.44  51.97  2.98  1.24  1.75  51.30  31.61  40.40  13.72 36  546.42  51.03  51.78  3.14  1.25  1.89  52.59  32.54  41.32  14.02 37  546.45  52.66  51.60  3.30  1.26  2.04  53.99  33.54  42.32  14.35 38  546.47  54.35  51.53  3.45  1.27  2.19  54.12  33.67  42.37  14.36 39  546.43  55.97  51.35  3.62  1.27  2.35  55.93  34.93  43.68  14.79 40  546.54  57.70  51.17  3.79  1.28  2.51  57.39  35.99  44.71  15.13 41  546.59  59.25  51.01  3.95  1.30  2.65  58.63  36.89  45.57  15.41 42  546.61  60.83  50.87  4.12  1.31  2.81  59.91  37.81  46.47  15.71 43  546.64  62.45  50.77  4.28  1.31  2.96  61.30  38.77  47.48  16.04 44  546.62  64.15  50.38  4.44  1.33  3.11  61.95  39.50  47.72  16.09 45  546.70  65.94  50.22  4.60  1.33  3.27  63.40  40.56  48.72  16.42 46  546.74  67.30  50.11  4.77  1.35  3.42  64.84  41.58  49.75  16.76 47  546.86  68.95  49.96  4.95  1.36  3.59  66.31  42.66  50.77  17.09 48  546.91  70.62  49.92  5.11  1.37  3.74  66.67  42.93  51.01  17.16 

COMPFIRE 

  RFSR‐CT‐2009‐0021 

Design of joints to composite columns for improved fire robustness 

ftp://openspace.dec.uc.pt/ 

SCFT‐UKPFC230_550_55_02‐07‐2010 2 July 2010 Reverse Channel Connection (UKPFC 230x90x32) to Square Concrete‐Filled Tube Test Result  

v2_22 September 2010  6 Department of Civil & Structural Engineering 

The University of Sheffield 

 

 

49  546.95  72.17  49.77  5.29  1.38  3.91  68.51  44.24  52.30  17.59 50  547.03  73.69  49.59  5.46  1.39  4.07  70.16  45.48  53.42  17.95 51  547.09  75.35  48.96  5.64  1.40  4.23  71.24  46.78  53.73  18.00 52  547.17  76.90  48.83  5.82  1.42  4.40  73.06  48.09  54.99  18.41 53  547.18  78.44  48.71  5.99  1.42  4.57  74.71  49.30  56.13  18.78 54  547.24  80.03  48.40  6.17  1.44  4.73  75.64  50.22  56.57  18.90 55  547.26  81.42  48.26  6.35  1.44  4.91  77.46  51.57  57.80  19.30 56  547.26  82.97  48.17  6.52  1.46  5.06  79.08  52.74  58.92  19.66 57  547.32  84.65  47.92  6.70  1.46  5.24  80.18  53.74  59.51  19.84 58  547.38  86.07  47.80  6.87  1.47  5.40  82.00  55.08  60.74  20.24 59  547.42  87.72  47.63  7.05  1.49  5.56  82.84  55.83  61.20  20.37 60  547.52  89.38  47.50  7.25  1.50  5.75  84.87  57.34  62.58  20.82 61  547.56  91.03  47.27  7.43  1.51  5.92  85.87  58.27  63.08  20.96 62  547.57  92.65  47.15  7.61  1.53  6.09  87.95  59.81  64.48  21.41 63  547.62  94.18  46.78  7.80  1.54  6.26  89.30  61.16  65.07  21.57 64  547.64  95.73  46.71  7.99  1.56  6.44  91.25  62.57  66.42  22.01 65  547.69  97.35  46.43  8.16  1.57  6.60  92.63  63.84  67.12  22.20 66  547.71  98.82  46.24  8.36  1.58  6.78  93.96  64.99  67.86  22.43 67  547.78  100.37  46.06  8.55  1.59  6.96  96.18  66.74  69.26  22.87 68  547.82  101.85  45.87  8.74  1.60  7.14  97.88  68.15  70.25  23.17 69  547.82  103.21  45.77  8.92  1.61  7.31  99.39  69.33  71.21  23.47 70  547.89  104.76  45.60  9.11  1.63  7.48  100.98  70.65  72.15  23.76 71  547.91  106.17  45.45  9.31  1.64  7.67  102.61  71.99  73.12  24.06 72  547.93  107.47  45.27  9.50  1.65  7.85  104.21  73.34  74.04  24.34 73  548.04  108.74  45.06  9.70  1.67  8.03  105.80  74.73  74.89  24.59 74  548.06  109.99  44.89  9.89  1.68  8.21  107.36  76.06  75.77  24.86 75  548.12  111.26  44.79  10.08  1.69  8.39  108.73  77.17  76.61  25.12 

COMPFIRE 

  RFSR‐CT‐2009‐0021 

Design of joints to composite columns for improved fire robustness 

ftp://openspace.dec.uc.pt/ 

SCFT‐UKPFC230_550_55_02‐07‐2010 2 July 2010 Reverse Channel Connection (UKPFC 230x90x32) to Square Concrete‐Filled Tube Test Result  

v2_22 September 2010  7 Department of Civil & Structural Engineering 

The University of Sheffield 

 

 

76  548.21  112.56  44.63  10.27  1.70  8.57  110.24  78.45  77.44  25.37 77  548.20  113.93  44.48  10.46  1.71  8.75  111.84  79.80  78.36  25.65 78  548.25  115.45  44.31  10.67  1.72  8.95  113.38  81.13  79.20  25.90 79  548.29  117.13  44.24  10.87  1.73  9.14  114.36  81.93  79.79  26.08 80  548.38  118.57  44.09  11.08  1.74  9.33  115.92  83.26  80.65  26.34 81  548.46  120.04  43.95  11.28  1.75  9.53  117.22  84.39  81.35  26.55 82  548.48  121.51  43.80  11.49  1.75  9.74  118.31  85.39  81.89  26.70 83  548.51  123.13  43.76  11.71  1.77  9.94  119.72  86.47  82.80  26.99 84  548.48  124.61  43.54  11.92  1.78  10.14  120.87  87.61  83.26  27.11 85  548.55  126.19  43.52  12.14  1.78  10.36  121.33  87.98  83.56  27.20 86  548.63  127.68  43.33  12.37  1.79  10.57  122.83  89.34  84.29  27.41 87  548.72  129.32  43.31  12.59  1.80  10.79  123.49  89.85  84.71  27.54 88  548.75  130.93  43.17  12.82  1.80  11.02  123.83  90.31  84.73  27.53 89  548.78  132.40  42.97  13.05  1.81  11.24  124.94  91.42  85.16  27.63 90  548.82  134.01  42.84  13.29  1.81  11.49  125.33  91.90  85.23  27.64 91  548.86  135.50  42.70  13.53  1.81  11.72  125.37  92.14  85.02  27.54 92  548.92  137.09  42.65  13.77  1.81  11.96  126.02  92.68  85.38  27.65 93  548.97  138.78  42.36  14.03  1.82  12.21  126.13  93.21  84.98  27.47 94  549.03  140.39  42.35  14.28  1.81  12.46  125.54  92.78  84.58  27.34 95  549.05  141.90  42.08  14.55  1.81  12.74  124.91  92.71  83.71  27.02 96  549.11  143.59  42.00  14.82  1.81  13.01  123.40  91.71  82.57  26.63 97  549.13  145.16  41.87  15.10  1.80  13.30  120.70  89.88  80.55  25.96 98  549.22  146.65  41.67  15.41  1.79  13.62  117.66  87.88  78.23  25.18 99  549.21  148.26  41.43  15.73  1.76  13.96  112.44  84.31  74.40  23.91 100  549.35  150.44  41.14  16.36  1.63  14.73  79.45  59.84  52.27  16.77 101  549.46  152.28  40.49  16.75  1.58  15.17  71.03  54.01  46.12  14.73 102  549.51  153.89  40.54  17.08  1.57  15.51  68.30  51.91  44.40  14.19 

COMPFIRE 

  RFSR‐CT‐2009‐0021 

Design of joints to composite columns for improved fire robustness 

ftp://openspace.dec.uc.pt/ 

SCFT‐UKPFC230_550_55_02‐07‐2010 2 July 2010 Reverse Channel Connection (UKPFC 230x90x32) to Square Concrete‐Filled Tube Test Result  

v2_22 September 2010  8 Department of Civil & Structural Engineering 

The University of Sheffield 

 

 

103  549.56  155.71  40.29  17.37  1.57  15.80  67.73  51.67  43.80  13.97 104  549.57  157.34  40.03  17.68  1.56  16.12  67.11  51.39  43.17  13.75 105  549.60  159.00  39.90  17.97  1.56  16.41  66.35  50.90  42.56  13.54 106  549.62  160.67  39.59  18.27  1.55  16.72  65.26  50.29  41.59  13.20 107  549.66  162.39  39.51  18.58  1.55  17.04  64.40  49.69  40.98  13.00 108  549.73  164.02  39.39  18.88  1.54  17.35  63.31  48.92  40.18  12.74 109  549.75  165.63  39.50  19.21  1.54  17.68  61.76  47.65  39.28  12.46 110  549.78  167.26  39.22  19.54  1.52  18.02  59.97  46.46  37.92  12.01 111  549.83  169.02  39.18  19.88  1.51  18.37  57.69  44.72  36.45  11.54 112  549.83  170.44  38.90  20.24  1.50  18.75  54.20  42.18  34.04  10.75 113  549.92  172.74  38.53  20.77  1.43  19.34  40.75  31.88  25.39  8.00 114  549.91  174.44  38.53  21.11  1.42  19.69  39.35  30.78  24.51  7.72 115  549.94  176.06  38.33  21.47  1.41  20.06  37.90  29.73  23.51  7.40 116  549.95  177.72  38.29  21.82  1.40  20.42  36.50  28.65  22.61  7.11 117  549.99  179.34  38.01  22.18  1.39  20.79  35.03  27.60  21.58  6.77 118  550.02  181.25  37.78  22.63  1.35  21.27  28.17  22.27  17.26  5.41 119  550.03  183.05  37.51  23.07  1.33  21.75  24.27  19.25  14.78  4.62 120  550.08  184.66  37.41  23.41  1.31  22.10  24.08  19.13  14.63  4.57 121  550.11  186.47  37.15  23.77  1.32  22.45  24.28  19.35  14.66  4.57 122  550.12  188.34  37.00  24.14  1.32  22.83  24.54  19.60  14.77  4.60 123  550.10  189.96  36.79  24.48  1.32  23.17  25.14  20.13  15.06  4.68 

 *  Average temperature of the beam web, endplate, reverse channel and bolt ** Moment about Point A on the specimen drawing   

COMPFIRE 

  RFSR‐CT‐2009‐0021 

Design of joints to composite columns for improved fire robustness 

ftp://openspace.dec.uc.pt/ 

SCFT‐UKPFC230_550_55_02‐07‐2010 2 July 2010 Reverse Channel Connection (UKPFC 230x90x32) to Square Concrete‐Filled Tube Test Result  

v2_22 September 2010  9 Department of Civil & Structural Engineering 

The University of Sheffield 

 

 

 

0

100

200

300

400

500

600

700

0 50 100 150 200 250 300 350

Temperature (°C)

Time (minute)

Temperature Distribution during Initial Heating‐up

1 2

3 4

5 6

7

765

42

1(5‐7)

3

(3)

(2)(4)

(1)(4) (2)

(1)

on Endplate

in Bolt

COMPFIRE 

  RFSR‐CT‐2009‐0021 

Design of joints to composite columns for improved fire robustness 

ftp://openspace.dec.uc.pt/ 

SCFT‐UKPFC230_550_55_02‐07‐2010 2 July 2010 Reverse Channel Connection (UKPFC 230x90x32) to Square Concrete‐Filled Tube Test Result  

v2_22 September 2010  10 Department of Civil & Structural Engineering 

The University of Sheffield 

 

 

0

100

200

300

400

500

600

0 20 40 60 80 100 120 140

Temperature (°C)

Time (minute)

Temperature Distribution during Loading 

1 2

3 4

5 6

7

765

42

1(5‐7)

3

(3)(2)(4)

(1)(4) (2)

(1)

on Endplate

in Bolt

COMPFIRE 

  RFSR‐CT‐2009‐0021 

Design of joints to composite columns for improved fire robustness 

ftp://openspace.dec.uc.pt/ 

SCFT‐UKPFC230_550_55_02‐07‐2010 2 July 2010 Reverse Channel Connection (UKPFC 230x90x32) to Square Concrete‐Filled Tube Test Result  

v2_22 September 2010  11 Department of Civil & Structural Engineering 

The University of Sheffield 

 

 

‐20

0

20

40

60

80

100

120

140

0 5 10 15 20 25

Force (kN)

Connection Rotation (°)

0

5

10

15

20

25

30

0 20 40 60 80 100 120 140

Rotation (°)

Time (minute)

Beam  Rotation

Column Rotation

Connection  Rotation

‐20

0

20

40

60

80

100

120

140

0 20 40 60 80 100 120 140

Forces (kN)

Time (minute)

Oven Bar  Force

Tension

Shear

COMPFIRE 

  RFSR‐CT‐2009‐0021 

Design of joints to composite columns for improved fire robustness 

ftp://openspace.dec.uc.pt/ 

SCFT‐UKPFC230_550_55_02‐07‐2010 2 July 2010 Reverse Channel Connection (UKPFC 230x90x32) to Square Concrete‐Filled Tube Test Result  

v2_22 September 2010  12 Department of Civil & Structural Engineering 

The University of Sheffield 

 

 

Photographs after Test