Feuerwiderstand von feuerverzinkten Verbundträgern aus höher- und hochfesten Baustählen

Abstract

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden der Feuerwiderstand von feuerverzinkten Ver-bundträgern aus höher- und hochfesten Baustählen sowie das Erwärmungsverhalten von An-schlussdetails im Brandfall untersucht. Auf Basis der Forschungsergebnisse sollen dafür An-gaben und anwenderfreundliche Bemessungsregeln für den Brandfall entwickelt werden. Um das Tragverhalten von hochfesten, thermomechanisch gewalzten Feinkornbaustählen un-ter Brandbeanspruchung beurteilen zu können, ist es erforderlich, die thermischen und ther-momechanischen Werkstoffeigenschaften näher zu betrachten und zu bestimmen. Dabei wur-den die temperaturabhängigen Materialeigenschaften der Stahlsorten S460M und S690QL un-tersucht, da die in DIN EN 1993-1-2 formulierten Eigenschaften nicht direkt auf diese Stähle übertragbar sind. An diesen Stählen wurden daher sowohl stationäre als auch instationäre Zug-versuche durchgeführt. Die DASt-Richtlinie 022 gilt derzeit nur für Stahlfestigkeiten bis S500 nach DIN EN 10025-1 bis DIN EN 10025-4 sowie für vergleichbare Stähle nach DIN EN 10210 und DIN EN 10219. Eine Erweiterung der Regeln auf S690 in den Lieferzuständen Q/QL war Gegenstand von Untersu-chungen, allerdings mit Beschränkung auf die Konstruktionen und Details dieses Projektes. Dazu wurden zunächst die ertragbaren plastischen Dehnungen für S355J2, S460M und S690QL mit der LNT-Probenform nach DASt-Richtlinie 022 für zwei verschiedene Dehnraten in stationären und mobilen LNT-Belastungseinrichtungen durchgeführt. Großmaßstäbliche Verzinkungsversuche wurden durchgeführt, um Verformungen und Temperaturen während des Verzinkungsprozesses zu messen. Zusätzlich wurden Detailklassen und Dehnungsanfor-derungen für die Stahlsorten S460M und S690QL mit Finite Elemente Methoden (FEM) analy-siert und Simulationen zur Flüssigmetallversprödung (LME) durchgeführt. Zur Untersuchung des Verhaltens von feuerverzinkten Verbundträgern unter thermischer und mechanischer Beanspruchung wurden drei Großbrandversuche durchgeführt. Die Versuche wurden mit unterschiedlichen Trägergeometrien und -höhen aus den Stahlsorten S460M und S690QL, Stahlkategorie B nach DIN EN ISO 14713-2 ausgeführt. Im Hinblick auf eine effizien-tere Bauhöhe und ein besseres Erwärmungsverhalten im Brandfall wurden einfachsymmetri-sche Träger mit minimierten Obergurtdicken und kompakten Untergurten dimensioniert. Mit den Versuchsdaten wurden Finite-Elemente-Modelle (FE-Modelle) für Verbundträger validiert und in weiteren Parameterstudien verschiedene Aspekte wie Geometrie, Verdübelungsgrad und Trägerlänge untersucht. Die Ergebnisse werden dazu beitragen, den erforderlichen Min-destverdübelungsgrad im Brandfall für feuerverzinkte Verbundträger zu bestimmen und eine mögliche einfach-symmetrische Ausbildung des Stahlprofils zu definieren. In weiteren Versuchen wurde das Temperaturverhalten von Anschlüssen zwischen mit reakti-ven Brandschutzsystemen geschützten und feuerverzinkten Trägern im Brandfall untersucht. Das Erwärmungsverhalten im Anschlussdetail bei unterschiedlichen Trägerhöhen und An-schlusskonfigurationen wurde mit Hilfe von Versuchen und FE-Simulationen untersucht. Ziel davon war die Entwicklung einer anwenderfreundlichen analytischen Lösung zur Bestimmung der Temperatur im Anschlussdetail.