Projekt Auswirkungen des thermischen Zwangs bei druckbeanspruchten Stahlbetonbauteilen unter Berücksichtigung des Verhaltens des Gesamttragwerkes

11.09.2023

• Gegenstand
• Ziel
• Methodik
• Förderer

Es soll der Einfluss von äußerem Zwang auf den Feuerwiderstand von Stahlbetonstützen experimentell untersucht und das Verhalten gezwängter Bauteile im Brandfall mittels numerischer Verfahren abgebildet werden.

Die Forschungsergebnisse dienen als Grundlage, um Empfehlungen für zukünftige Brandschutzbemessungen von Stahlbetontragwerken hinsichtlich der Berücksichtigung von Zwangsspannungen zu erarbeiten.

Es wird ein repräsentatives Tragwerksmodell erstellt und daraus die Stützendimensionierung abgeleitet. Anhand dieser Daten erfolgt die Herstellung von Stahlbetonstützen für die geplanten Brandversuche sowie Begleitprüfkörper. Die Ergebnisse der Stützenversuche werden zur Validierung der durchgeführten numerischen Modellierung verwendet.

Förderung:
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), Projektnummer 510524699

Projektleitung:
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)

TU Braunschweig, Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (iBMB)

Mit dem kollaborativen Forschungsvorhaben zwischen der Bundesanstalt für Materialforschung- und Prüfung (BAM) und dem Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (iBMB) der TU Braunschweig sollen die Auswirkungen der bisher in den genormten Bauteilprüfungen noch nicht berücksichtigten thermischen Zwangsspannungen bei druckbeanspruchten Stahlbetonbauteilen unter Berücksichtigung des Verhaltens des Gesamttragwerkes untersucht werden.

Der Feuerwiderstand tragender Bauteile wird in der Regel mittels Brandversuchen an mechanisch konstant belasteten Einzelbauteilen bestimmt. Eine Interaktion des zu prüfenden Bauteils mit der umgebenden Tragstruktur wird bei dieser konventionellen Art der Versuchsdurchführung nicht berücksichtigt. Das Bauteil kann sich somit unter Einwirkung der konstanten mechanischen Belastung thermisch frei ausdehnen. Wird die thermische Ausdehnung eines Bauteils im Brandfall jedoch behindert, entstehen zusätzlich Zwangsspannungen im Bauteil. Diese Zwangsspannungen überlagern die mechanischen Einwirkungen und können die Feuerwiderstandsdauer des Bauteils beeinflussen.

Das Forschungsvorhaben strebt an, den Einfluss von äußerem Zwang auf den Feuerwiderstand von Stahlbetonstützen experimentell untersucht und das Verhalten gezwängter Bauteile im Brandfall mittels numerischer Verfahren abzubilden. Auf Grundlage der Forschungsergebnisse werden Empfehlungen für zukünftige Brandschutzbemessungen von Stahlbetontragwerken hinsichtlich der Berücksichtigung von Zwangsspannungen erarbeitet. Unter Zugrundelegung der erarbeiteten Erkenntnisse und Erfahrungen werden Lösungsansätze zur Modifizierung von Brandprüfungen an Einzelbauteilen formuliert. Dabei sollen die aus dem Verhalten der umgebenden Tragstruktur resultierenden Zwangsspannungen hinreichende Berücksichtigung finden. Damit soll eine realitätsnähere Abbildung des Bauteilverhaltens im Brandversuch ermöglicht werden.

Das Forschungsprojekt ist in mehrere Arbeitspakete untergliedert, die von beiden Forschungsstellen entsprechend der vorhandenen Prüfeinrichtungen federführend bearbeitet werden. Zunächst wird ein repräsentatives Tragwerksmodell erstellt und daraus die Stützendimensionierung abgeleitet. Auf dieser Grundlage erfolgt die Herstellung von Stahlbetonstützen für die geplanten Brandversuche sowie Begleitprüfkörper. Letztere werden für thermomechanische Materialuntersuchungen zur Ableitung von Materialgesetzen für thermisch beanspruchten Beton verwendet und finden Eingang in der numerischen Abbildung des Stützenverhaltens im Brandfall. Parallel dazu erfolgen Großbrandversuche an den Stahlbetonstützen unter Verwendung der Substrukturtechnik, mit der die Reaktion des umgebenden Tragwerkes als elastische Feder abgebildet wird. Die Ergebnisse der Stützenversuche werden zur Validierung der durchgeführten numerischen Modellierung verwendet. Abschließend erfolgt die Bewertung des Einflusses äußeren Zwangs auf den Feuerwiderstand von Stahlbetonstützen und die Erarbeitung von Empfehlungen für die zukünftige Berücksichtigung äußerer Zwangsspannungen im Brandversuch.

Partner

Bundesanstalt für Materialforschung- und Prüfung (BAM)

TU Braunschweig, Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (iBMB)

Projektleitung

Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) Projektleitung, Fachbereich Brandingenieurwesen

Förderung

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), Projektnummer 510524699