Schubbeulen von Stahl-Beton-Verbundblechträgern unter Brandbeanspruchung (SuCoFi)

• Antragsteller: Professor Dr. Markus Knobloch
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 471334788

Dieser Forschungsplan beschreibt die beabsichtigten Untersuchungen des Lehrstuhls für Stahl-, Leicht- und Verbundbau der Ruhr-Universität Bochum zum Schubbeulen von Stahl-Beton-Verbundblechträgern unter Brandbeanspruchung. Der Plan stellt den Hintergrund zum Schubbeulen, Erkenntnisse bei Normaltemperatur, Untersuchungen zum Verhalten bei erhöhten Temperaturen sowie einen umfassenden Plan zur Umsetzung mit Arbeitspaketen vor.Blechträger sind Tragelemente, die häufig im Bauwesen eingesetzt werden, um hohe Belastungen abzutragen und große Spannweiten zu überbrücken. Sie werden typischerweise als (Abfang-)träger für stützenfreie Flächen in Gebäude, und für Fußgänger- und Straßenbrücken mit kleinen bis mittleren Spannweiten verwendet. Stahlblechträger werden durch Verbindung von Flanschen und schlanken Stegblechen mit Schweißnähten hergestellt. Häufig kommen sie in Kombination mit einer Betonplatte zum Einsatz, die mit dem Träger über Verbundmittel verbunden ist und so einen Verbundquerschnitt bildet. Aufgrund ihrer Schlankheit sind die Stege anfällig für Schubbeulen mit Verformungen aus der Trägerebene. Das Tragverhalten der Stege von Stahlblechträgern bei Normaltemperatur wird mittlerweile verstanden, aber das Schubbeulen von Verbundblechträgern ist nur begrenzt untersucht worden. Die Prognose des Verhaltens solch wichtiger Tragelemente erfordert besondere Sorgfalt, wenn sie einer Brandgefahr ausgesetzt sind. Versuche an Stahlblechträgern haben eine Verringerung des Schubwiderstandes um bis zu 50 % selbst bei Temperaturen unter 400 °C gezeigt. Numerische Studien weisen zudem darauf hin, dass thermische Zwangskräfte die Festigkeit der Träger weiter verringern und ein Biegeversagen in einen schubdominierten Versagensmodus wandeln können.Das SuCoFi-Projekt beabsichtigt die erforderlichen analytischen, numerischen und experimentellen Beiträge zu liefern, um das grundlegende Verhalten von Stahl-Beton-Verbundblechträgern unter Brandbeanspruchung zu verstehen. Die wichtigsten Schritte und Ziele sind:- Ofen-Versuche an Stahl-Beton-Verbundblechträgern mit geeigneten Abmessungen durchführen, um deren grundlegendes Tragverhalten im Brandfall zu verstehen und mit Beobachtungen bei Normaltemperatur zu vergleichen.- Ein robustes FE-Modell erstellen und mit den aus den Experimenten gewonnenen Daten validieren, so dass die Versagensmechanismen qualitativ und quantitativ verstanden werden können.- Ein analytisches Modell entwickeln, das eine Vorhersage des Tragverhaltens im Brandfall ermöglicht.Das Vorhaben ist relevant für die Forschungsgemeinschaft im Bereich des konstruktiven Ingenieurbaus und des Brandschutzes. Die Versuchsdaten und analytischen Modelle werden einen entscheidenden Einfluss auf die Brandforschung weltweit haben. Zudem profitiert auch die Bauindustrie, in welcher die Verwendung von Blechträgern üblich ist und die Erkenntnisse zum grundlegenden Verhalten benötigt werden, um kosteneffiziente und sichere Tragstrukturen zu realisieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen