
Brandereignisse stellen eine der wichtigsten Gefahren für die bebaute Umwelt mit erheblichen wirtschaftlichen Folgen für die Gesellschaft und größten Bedrohungen für das Leben dar. Nach der Sterblichkeitsschätzung der …
Brandereignisse stellen eine der wichtigsten Gefahren für die bebaute Umwelt mit erheblichen wirtschaftlichen Folgen für die Gesellschaft und größten Bedrohungen für das Leben dar. Nach der Sterblichkeitsschätzung der WHO weisen Brände die höchste Anzahl an Todesopfern aller Arten von Schäden an Tragstrukturen auf. Die Brandingenieurwissenschaft stellt die Schlüsseldisziplin dar, um eine bessere Brandsicherheit der bebauten Umwelt auf kosteneffiziente Weise zu erreichen. Umfassende Kenntnisse zum Werkstoffverhalten im Brandfall bilden dabei die Grundlage dieser Disziplin, da ohne sie weder ein gründliches Verständnis noch eine realistische Modellierung des Tragverhaltens möglich ist. Im Bauwesen werden zunehmend höher- und höchstfeste Stähle eingesetzt.
Durch ihr gutes Festigkeits-zu-Gewichts-Verhältnis können sie zur Ressourcen- und Energieeffizienz beitragen. Die Verwendung aus ihnen gefertigter Bauteile ist gerade bei Geschoss- und Industriebauten, Arenen sowie Hochhäusern besonders ansprechend. Bei derartigen Bauten bestehen jedoch Brandschutzanforderungen. Ein markantes Hemmnis für die Anwendung höchstfester Stähle stellen derzeit fehlende Kenntnisse zum Werkstoffverhalten sowie dem Verhalten aus ihnen gefertigter Bauteile und Tragwerke während und nach einem Brand dar. Im Rahmen des Vorhabens AiF/FOSTA P 1502; IGF Nr. 21497 N sollten daher unter Verwendung zielgerichteter theoretischer und experimenteller Studien wissenschaftlich und ingenieurtechnisch geeignete Ansätze für die konstitutive Beschreibung des Werkstoffverhaltens höchstfester Baustähle entwickelt, Vorschläge für deren ingenieurpraktische und normative Umsetzung unterbreitet sowie leistungsstarke Tools bereitgestellt werden, die praktisch tätige Ingenieur:innen, Normenschaffende und Forschende für eine effiziente schutzzielorientierte Brandbemessung benötigen. Insgesamt sollten die Ergebnisse den Einsatz höchstfester Stähle für Bauten mit Brandschutzanforderungen erst ermöglichen. Zum Erreichen der Forschungsziele wurde das temperatur-, zeit- und ratenabhängige Werkstoffverhalten höchstfester Baustähle im Brandfall in einem umfangreichen Zugversuchsprogramm systematisch untersucht. Darauf aufbauend wurden Modelle zur Beschreibung des experimentell ermittelten Werkstoffverhaltens entwickelt und mithilfe numerischer Fallstudien die Auswirkungen des Werkstoffverhaltens auf das Bauteil- und Tragwerksverhalten im Brandfall analysiert. Die entwickelten Werkstoffmodelle wurden praxisgerecht für die Verwendung in Brandbemessungen im Rahmen vereinfachter und allgemeiner Berechnungsverfahren aufbereitet.

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P 1507 - Effiziente Nachweiskonzepte für Mischverbindungen im Stahlbau Höherfeste Stähle erlauben hohe Beanspruchungen, insbesondere im Zugbereich und ermöglichen eine Reduzierung der tragenden Querschnitte und führen damit zu einer Verringerung des Materialverbrauchs und der Herstellungskosten. Insgesamt wird also eine Verbesserung der Ökobilanz erreicht, und das nicht nur wegen der hervorragenden Stoffeffizienz des Stahls selbst, sondern auch wegen der Verringerung des Stoffaufwands für die Unterbauten. Dabei spielen Schweißnaht-Mischverbindungen zwischen normal- und höherfesten Stählen eine entscheidende Rolle. Der Vorteil einer Mischverbindung liegt darin, dass die Tragfähigkeit im Bereich der erhöhten Beanspruchung nicht durch eine Querschnittsänderung, sondern durch die Wahl einer höherfesteren Stahlsorte angepasst wird. Somit können große Dickensprünge im Bereich der Nähte vermieden und eine Reduktion von Blechdicken, Nahtvolumen und eine verbesserte Ökobilanz erzielt werden. Dieses Forschungsvorhaben hat in umfangreichen experimentellen und numerischen Untersuchungen die Tragfähigkeit und das Verformungsverhalten von stumpfnahtgeschweißten Mischverbindungen verschiedenster Stähle S355 bis S960 sowie hochund höchstfesten Stumpfnahtverbindungen aus S460, S700 und S960 untersucht. Zusätzlich wurden Kehlnahtverbindungen aus S960 geprüft. Dabei wurden Schweißzusätze, Blechdicken, Nahtvorbereitungen und Energieeinträge während der Schweißung variiert, um deren Einflüsse auf die Schweißverbindungen zu untersuchen. Mit den erzielten Ergebnissen sind Vorschläge für die Erweiterung von Bemessungskonzepten für prEN 1993-1-12 erarbeitet worden, sowie Empfehlungen für die Ausführung von Schweißverbindungen. Die Ziele des Forschungsvorhabens wurden erreicht. Veröffentlichung: Januar 2025 Autoren: U. Kuhlmann, M. von Arnim, J. P. Bergmann, J. Hildebrand, St. Eichler, W. Flügge, A. Gericke, O. Brätz
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