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Prüfverfahren für thermische Materialkennwerte von Brandschutzbekleidungen und reaktiven Brandschutzsystemen für die Bemessung von Stahltragwerken bei Naturbränden
Zehfuß, Jochen; Schaumann, Peter
Quelle: Forschungsbericht - Deutscher Ausschuß für Stahlbau DASt
Düsseldorf (Deutschland)
Stahlbau Verlags- und Service GmbH
2021, 330 S., Abb., Tab., Lit.
Serie: Forschungsbericht - Deutscher Ausschuß für Stahlbau DASt, Nr.3/2018

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[Quelle: https://dast.deutscherstahlbau.de]
Im Rahmen des Forschungsprojektes AIF 19176 N wurden thermoanalytische Messmethoden weiterentwickelt und Experimente durchgeführt, um das thermische Materialverhalten von Brandschutzplatten und reaktiven Brandschutzsystemen zum Schutz von Stahlbauteilen unter Naturbrand zu untersuchen. Mit Hilfe der Forschungsergebnisse sollen standardisierte Handlungsempfehlungen und Randbedingungen für Prüfverfahren zur experimentellen Bestimmung der thermischen Materialkennwerte für Naturbrände ermöglicht werden. Zudem sollen Kenntnislücken bzgl. des thermischen Materialverhaltens von Brandschutzbekleidungen und reaktiven Brandschutzsystemen sowohl für die Aufheizphase als auch die Abkühlphase von Naturbränden geschlossen werden. Hierfür wurden die Grenzen der Anwendung von thermoanalytischen Messverfahren und Messmetoden aufgezeigt und im Hinblick auf die betrachteten Brandschutzmaterialien untersucht. Die Anwendung der bestimmten thermischen Materialkennwerte wurde sowohl in einem großmaßstäblichen Naturbrandversuch als auch anhand von numerischen Modellen, die zur Berechnung der thermischen Schutzwirkung und des Erwärmungsverhaltens von geschützten Stahlbauteilen unter Naturbrand angewendet werden können, überprüft. Untersucht wurden der aktuelle Stand der Erkenntnisse im Hinblick auf die thermischen Materialkennwerte von Brandschutzbekleidungen und reaktiven Brandschutzsystemen. Eine systematische Datenanalyse konnte die aktuellen Kenntnislücken zum temperaturabhängigen Materialverhalten der betrachteten Brandschutzmaterialien aufzeigen. Ferner wurden mit Brandsimulationsberechnungen (Zonen- und Feldmodelle) verschiedene Naturbrandszenarien berechnet. Hierfür erfolgte auf Basis typischer Anwendungsbereiche geschützter Stahlbauteile die Bestimmung möglicher Brandszenarien unter Variation der Brandraumgeometrie, der Ventilationsverhältnisse und der Brandlasten (Art und Menge). Auf Basis der Brandsimulationsergebnisse ist ein repräsentativer Naturbrandverlauf für die Untersuchungen ausgewählt worden. Weiterhin wurden thermoanalytische Messverfahren und Methoden angewendet, um die temperaturabhängigen Materialkennwerte der untersuchten Brandschutzbekleidungen und reaktiven Brandschutzsystemen zu bestimmen. Anschließend wurde ein Großbrandversuch mit mechanisch belasteten, geschützten Stahlträgern und unbelasteten Stahlstützenabschnitten mit den untersuchten Brandschutzmaterialien durchgeführt, um die thermische Schutzwirkung der Brandschutzmaterialien unter Naturbrand und mechanischer Belastung im Großmaßstab zu ermitteln. Mit Hilfe des Finite-Elemente-Programms Abaqus CAE 2016 wurden zweidimensionale Modelle von geschützten Stahlbauteilen erstellt und mit den Ergebnissen des Großbrandversuchs validiert. Mit Hilfe der numerischen und experimentellen Untersuchungen konnte die thermische Schutzwirkung der betrachteten Brandschutzmaterialien unter Naturbrand beschrieben und bewertet werden.
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