Axiale Verschiebung als Funktion der Zeitdauer der Brandbeanspruchung in den vier Versuchsphasen
Quelle: BAM, Fachbereich Brandingenieurwesen
Wurden früher die beiden Ereignisse Erdbeben und Brand immer – obwohl nicht der Realität entsprechend – als nicht-simultane Katastrophen betrachtet, werden in jüngster Vergangenheit verstärkt die Folgen eines Erdbebens im Brandfall analysiert. Im Fokus der vorliegenden Untersuchung, die von der Alexander von Humboldt-Stiftung im Rahmen eines Postdoc-Stipendiums gefördert wurde, steht das Verhalten von zylindrischen Stahl-Beton-Verbundstützen (Concrete Filled Tubes (CFT) Columns). Deren Widerstand sowohl gegenüber Erdbeben als auch Brandbeanspruchung als Einzelereignis konnte in vielen Studien demonstriert werden. Hier geht es insbesondere um die kombinierte Belastung aus Erdbeben und nachfolgender Brandbeanspruchung.
Dazu wurde zunächst ein nichtlineares dreidimensionales Finite-Elemente-Modell (FE) entwickelt und validiert, um die Auswirkungen der Lage der seismischen Schäden auf die Reaktion von zylindrischen Stahl-Beton-Verbundstützen (CFT-Stützen) bei Bränden nach Erdbeben zu untersuchen. Es wurden nacheinander eine zyklische, thermische und strukturelle FE-Analyse durchgeführt. Die Genauigkeit des vorgeschlagenen FE-Modells wurde durch Vergleich der numerischen Ergebnisse mit verfügbaren Feuerwiderstandsprüfungen und Experimenten bei Raumtemperatur mit zyklischer Belastung überprüft. Anhand des validierten Modells wurde dann das Verhalten von vorgeschädigten CFT-Stützen unter Brandbeanspruchung nach einem Erdbeben untersucht. Als seismische Vorbeanspruchung wurde im Rahmen eines hohen Schadensniveaus angenommen, dass die Stütze 50 % ihrer Tragfähigkeit gegen Querlastbeanspruchung erreichte, während trotzdem ihre Gesamtstabilität nach dem Erdbeben erhalten blieb. Das axiale Verformungsverhalten kann als Funktion der Zeitdauer der Brandbeanspruchung nach dem Erdbeben in vier Phasen eingeteilt werden: Nach der zyklischen Beanspruchung findet zunächst eine reine thermische Ausdehnung gegen die anliegende Last statt bis in der zweiten Phase aufgrund einer thermisch bedingten Festigkeitsabnahme eine Umlagerung der Last von der Stahlhülle auf den Beton stattfindet, die von einer starken Abnahme der Axialverschiebung begleitet wird. Nach einer relativ langen Widerstandsphase des Betons tritt das Bauteil in die vierte Phase ein, in der die Tragfähigkeit des Betons endgültig überschritten wird und die Stütze versagt.
The performance of concrete filled steel tube columns under postearthquake fires
Elnaz Talebi, Manfred Korzen, Sascha Hothan
Journal of Constructional Steel Research, 2018, Volume 150, Pages 115-128
BAM Abteilung Bauwerkssicherheit, Fachbereich Brandingenieurwesen