Befestigungen unter Brandbeanspruchung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Josko Ozbolt
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 234406712

Im Bereich der modernen Bautechnik ist es oft erforderlich, hohe Lasten in Stahlbeton- oder Stahlbetonverbundkonstruktionen wirtschaftlich einzuleiten oder Bauteile sicher miteinander zu verbinden. Solche Verbindungsmittel werden im Rahmen der Befestigungstechnik entwickelt und untersucht. Für die baupraktisch üblichen Temperaturen ist das Verhalten von Befestigungsmitteln bereits detailliert erforscht worden. Jedoch für hohe Temperaturen, wie sie beispielsweise bei einem Brand entstehen können, verändert sich das Verhalten solcher Befestigungsmittel deutlich. Die Abnahme der mechanischen Eigenschaften von Beton und Stahl sowie die thermischen Dehnungen und die damit verbundenen Zwangsspannungen führen zu einer abnehmenden Tragfähigkeit und deutlich erhöhten Verformung. Um das Verhalten von Befestigungen unter Quer-last bei hohen Temperaturen besser zu verstehen, wurden in den letzten zwei Jahren im Rahmen des DFG-Forschungsvorhabens: Befestigungen unter Brandbeanspruchung, Brandversuche mit Einzelkopfbolzen am Bauteilrand und in der Bauteilfläche durchgeführt. Die Versuche wurden zur Kalibrierung bzw. Verifizierung des bereits vorhandenen thermo-mechanischen Modells, das in das 3D FE Programm MASA implementiert wurde, benutzt. Die Kalibrierung zeigte sich sehr aufwendig. Nämlich, Aufgrund von hohen lokalen thermischen Dehnungen und gleichzeitig vorhandenen mechanischen Randbedingungen, die mit der mechanische Belastungen zusammenhängen, werden oft unrealistische Schädigungen generiert. Um diese zu vermeiden wurden speziellen Verfahren bzw. Kontaktelemente eingesetzt. Nach der Verifizierung des Models wurden zahlreiche numerische Untersuchungen von Querbelasteten Kopfbolzen am Rand und in der Fläche durchgeführt. Die numerischen Ergebnisse zeigen eine relativ gute Übereinstimmung mit den experimentellen Untersuchungen. Die Versuche könnten numerisch realistisch interpretiert werden. Wie erwartet, mit zunehmender Temperatur nimmt der Widerstand der Befestigungen ab.In bisherigen Untersuchungen wurde der Einfluss der hohen Temperatur meisten auf Einzelbefestigungen beschränkt. Für die Bemessung der Mehrfachbefestigungen wird die CC-Methode eingesetzt mit der Annahme, dass bei hoher Temperatur die Kraftverteilung zwischen den Bolzen glich ist wie bei der normalen Temperatur. Aus dem Grund sollen in dem Folgeantrag weiteren numerischen Parameterstudie durchgeführt werden mit dem Schwerpunkt an Gruppenbefestigungen unter Brandbeanspruchung. Es sollten Befestigungen am Rand und in der Fläche untersucht werden. Für verschiedene Verankerungstiefen und Bolzenabstände soll untersucht werden ob die allgemeinen Annahmen der CC-Methode auch für Befestigungen unter Brandbeanspruchung gültig sind. Es werden Parameterstudien für auf Quer-, Zug- und Querzuglast betastete Befestigungen durchgeführt. Das Ziel ist es für die Gruppenbefestigungen unter Brandbeanspruchung die CC-Bemessungsmethode wirtschaftlicher und sicher zu formulieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen