Verbundverhalten zwischen Stahl und Beton unter Brandeinwirkung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr.-Ing. Josipa Bosnjak; Professor Dr.-Ing. Akanshu Sharma
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 317099919

Das Verständnis des Verbundverhaltens bei Brandeinwirkung ist sowohl für die Bemessung, als auch für die Ertüchtigung der bestehenden Konstruktionen von großer Bedeutung. Eine der Herausforderungen einer solchen Ertüchtigung ist die Ermittlung der Resttragfähigkeit der bestehenden Konstruktion. Zurzeit gibt es keine klaren Richtlinien zur Bewertung der Restverbundfestigkeit nach einem Brandfall. Die vereinfachte Empfehlungen aus dem Regelwerk sind unzureichend für eine realitätsnahe Bewertung der Restverbundfestigkeit. Um das Verbundverhalten realistisch abzubilden, muss zwischen den zwei möglichen Versagensarten, Herausziehen (reines Verbundversagen) und Betonspalten, differenziert werden. Dies wurde in dem bestehenden Verbundmodel des fib Model Codes 2010 für Verbund bei Raumtemperatur berücksichtigt. Das Verbundmodell betrachtet die zwei Versagensarten getrennt, unter Berücksichtigung der wesentlichen Einflussgrößen wie Betondeckung, Betonfestigkeit, Bewehrungsdurchmesser usw. Trotz vieler Forschungsergebnisse zum Thema Verbund unter erhöhten Temperaturen gibt es immer noch kein geeignetes Verbundmodell, das eine reale Brandbelastung sowie realistische Randbedingungen widerspiegelt. Die meisten Forscher befassten sich mit den Verbunduntersuchungen im stationären Zustand, wobei die Versagensart Betonspalten durch Verwendung entsprechender Prüfkörper und Versuchsaufbaute ausgeschlossen wurde. Weiterhin wurden die meisten Versuche bei relativ geringen Aufheizraten durchgeführt. Die auf diese Art gewonnen Erkenntnisse geben keinen Aufschluss über den Einfluss der thermisch induzierten Spannungen und der daraus folgenden Betonschädigung auf das Verbundverhalten. Eine verstärkte Rissbildung (Schädigung) kann das Betonspalten begünstigen und somit zu einer Überschätzung der theoretischen Resttragfähigkeit führen kann. Die Hauptziele dieses Forschungsvorhabens sind die Untersuchung des Verbundverhaltens und die Entwicklung eines praktischen Verbundmodells für die Ermittlung der Resttragfähigkeit nach einer realistischen Brandeinwirkung unter Berücksichtigung realitätsnaher Randbedingungen. Zu diesem Zweck ist eine umfangreiche experimentelle und numerische Studie vorgeschlagen. Die Versuche sind unter Verwendung der Balkenendproben durchzuführen, die einer Brandbelastung nach ISO 834 ausgesetzt werden. Es werden folgende Einflussgrößen untersucht: Branddauer, Brandbelastungsart (ein- oder dreiseitige Beflammung), Betondeckung, Querzugbewehrung und Bewehrungsdurchmesser. Die ein- bzw. dreiseitige Beflammung sollen die realistische Brandbelastung in einer Platte bzw. in einem Balken wiedergeben. Die Ergebnisse der Brandversuche werden durch die numerische Simulationen ergänzt. Die Ergebnisse der experimentellen und numerischen Untersuchungen dienen zur Entwicklung eines Verbundmodells für die Ermittlung der Resttragfähigkeit nach der Brandbelastung. Das Modell soll eine Erweiterung des bestehenden Verbundmodells (fib Model Code 2010) darstellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Dr.-Ing. Jan Hofmann; Professor Dr.-Ing. Josko Ozbolt