Globales Brandverhalten von Stahlstrukturen - Anwendung eines rigorosen Hybrid Fire Simulation Ansatzes (GOFIPSS)

• Antragsteller: Professor Dr. Markus Knobloch
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 507899544

Dieser Forschungsplan beschreibt die beabsichtigten Untersuchungen zum globalen Brandverhalten von Stahlstrukturen. Der Plan stellt die Herausforderungen im Kontext von Bränden dar, den konventionellen Analyseansatz und die Unzulänglichkeiten von Brandversuchen, die vorteilhaften Interaktionsmechanismen, die sich während Bränden entwickeln, die Hybrid Fire Simulation (HFS) Methodik und ihr Potenzial zur Bewertung des strukturellen Brandverhaltens und zur Analyse von Interaktions- und Versagensmechanismen, sowie einen Plan zur Umsetzung mit Arbeitspaketen. Feuer in Stahlkonstruktionen kann große Schäden verursachen und in seltenen Fällen zu einem globalen Versagen der Struktur führen. Ein solches brandinduziertes Versagen beginnt oft mit dem Auftreten von Instabilität in einem einzelnen Bauteil, kann sich durch die Struktur ausbreiten und schlussendlich zum Versagen der Gesamtstruktur führen. Das Verhalten wird üblicherweise auf der Grundlage vereinfachter komponentenbasierter Methoden und Brandversuchen mit idealisierten Randbedingungen bewertet, die weder die Lastumlagerung bei thermischer Ausdehnung, temperaturbedingter Festigkeits- und Steifigkeitsabnahme und plastischer Verformungen noch zeitlich veränderliche realistische Randbedingungen erfassen. Bisher gibt es keine Methoden, um die vorteilhaften Wechselwirkungsmechanismen, die sich zwischen brandbeanspruchten Bauteilen und der brandgeschützten Reststruktur entwickeln, methodisch zu quantifizieren und die daraus resultierenden variierenden Randbedingungen bei Bauteilbrandversuchen zu berücksichtigen. Die Schwierigkeit, Experimente an großen Strukturen durchzuführen, ist eine Einschränkung für den Wissensfortschritt sowie für die Entwicklung neuer Methoden zur effektiven Beschreibung und Minderung von Brandgefahren. Mit Hilfe systematischer Brandversuche an globalen Stahlstrukturen und der Entwicklung eines rigorosen Ansatzes für HFS wird das GOFIPSS-Projekt die Lastumlagerung aufgrund von Interaktionsmechanismen zwischen strukturellen Komponenten im Brandabschnitt und den kühleren angrenzenden Strukturen untersuchen und dabei experimentell validierte hybride Simulationstechniken verwenden, um neue Ansätze für die Brandschutzwissenschaft zu ermöglichen. Die Hauptziele und Schritte sind wie folgt: -Durchführung von großmaßstäblichen Brandversuchen an globalen Stahltragwerken mit Lastumlagerungseffekten und Interaktionsmechanismen zwischen brandbeanspruchten Bauteilen und kühleren angrenzenden Tragwerksteilen; -Entwicklung eines experimentell validierten robusten HFS-Modells für die Bewertung des strukturellen Brandverhaltens; -Entwicklung eines leistungsbasierten Analyseansatzes zur Verbesserung der strukturellen Effizienz von Stahlstrukturen im Brandfall. Dieser Ansatz adressiert die Herausforderungen, sowohl das Phänomen der Lastumlagerung experimentell zu verifizieren als auch die Analyse und Quantifizierung der inhärenten Leistung von Gesamttragwerken im Brandfall zu ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen