Aufsatz: Zur Sprödbruchsicherheit alter Stahlkonstruktionen – Fraunhofer IRB

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Zur Sprödbruchsicherheit alter Stahlkonstruktionen

Autor: Stroetmann, Richard; Sieber, Lars
Quelle: Stahlbau, Holzbau und Verbundbau. Festschrift zum 60. Geburtstag von Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ulrike Kuhlmann
Seiten: 148-154
2017

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Das Forschungsvorhaben verfolgt im Wesentlichen das Ziel, die Anwendbarkeit von reaktiven Brandschutzsystemen auf Zugstabsystemen auf Grundlage von allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen zu ermöglichen. Zu diesem Zweck sollen neben versuchstechnischen Beurteilungsverfahren auch rechnerische Nachweismöglichkeiten im Rahmen der sogenannten Heißbemessung entwickelt werden. Die Bearbeitung des Vorhabens erfolgt in drei Blöcken. In einem ersten Block erfolgen zunächst Literaturrecherchen bezüglich vorhandener Materialgesetze (Spannungs-Dehnungs-Beziehungen) für üblicherweise verwendete Stahlwerkstoffe. Diese bilden die Eingabewerte für sich daran anschließende numerische Modellierung auf Grundlage der Finite-Elemente-Methode. Ausgehend davon erfolgt dann die Entwicklung geeigneter Berechnungsmodelle. Der zweite Block dient vornehmlich der experimentellen Untersuchung zur Erwärmung unterschiedlicher Stahlquerschnitte mit reaktiven Brandschutzsystemen. Dabei sollen vor allem die Aufheizgeschwindigkeit und die Ausbildung der Temperaturfelder analysiert werden. Ferner werden anhand der gewonnenen Daten Materialgesetze anhand von Zugversuchen an Stahlproben unter vorgegebenen Aufheizgeschwindigkeiten gewonnen. Der dritte und letzte Block umfasst die Durchführung von Zugversuchen an beschichteten Stahlbauteilen unter Brandbeanspruchung im Realmaßstab und die Absicherung der in den Blöcken 1 und 2 entwickelten Modelle. Außerdem werden Empfehlungen für die erforderlichen Nachweise bei der Erteilung von Zulassungen (Berechnungen, Versuche, Beurteilungskriterien) erarbeitet.

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In DIN EN 1994-1-1 bzw. DIN 18800-5 wird der Einfluss von Profilblechen auf die Tragfähigkeit von Kopfbolzendübeln bei Verbundträgern durch Anwendung eines Abminderungsfaktors auf die Dübeltragfähigkeit bei Vollbetonplatten erfasst. Es hat sich gezeigt, dass dieser Ansatz die gänzlich anderen Versagensmechanismen bei Platten mit Profilblechen im Vergleich zur Vollbetonplatte nur unzureichend berücksichtigt. Des Weiteren ist die Lage des Dübels innerhalb der Sicke für die Tragfähigkeit des Dübels entscheidend. Diese Einflüsse werden bei der Berechnung nach DIN EN 1994-1-1 bzw. DIN 18800-5 nur ungenügend erfasst. Da davon auszugehen ist, dass vor allem Profile senkrecht zum Träger zur Anwendung kommen, wurde nur dieser Fall untersucht. Da im Vergleich zur Gesamtanzahl von vorliegenden Versuchen in der Literatur nur eine relativ geringe Anzahl von Versuchen mit außermittiger Kopfbolzenanordnung vorliegt, war die Position des Kopfbolzens in der Sicke neben der Einbindetiefe des Kopfbolzens in den Aufbeton die hauptsächlich variierte Einflussgröße. Für die 17 durchgeführten Push-Out Tests wurden 3 unterschiedlich hohe Profilbleche gewählt und so der gesamte Anwendungsbereich (h tief p kleiner gleich 85 mm) von DIN EN 1994-1-1 bzw. DIN 18800-5 abgedeckt. Ausgehend von den Ergebnissen der Push-Out Tests konnte gezeigt werden, dass gerade für Kopfbolzen in "unfavourable position" die normative Regelung die Tragfähigkeit deutlich unterschätzt, während gleichzeitig die Kopfbolzen in "favourable position" nur im Bereich der erwarteten Tragfähigkeit lagen. Somit ist die normative Forderung nach alternierender Anordnung im Fall, dass keine mittige Kopfbolzenanordnung möglich ist, zu hinterfragen. Des Weiteren musste festgestellt werden, dass viele der Versuchskörper, die nach Norm als duktil eingestuft wurden, kein duktiles Verhalten zeigten, aber andere Versuchskörper, die gewisse Anforderungen nach Norm verletzten, duktiles Verhalten zeigten. Der Vergleich der Tragfähigkeit im Versuch mit den Ergebnissen bei den bestehende

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