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Reaktive Brandschutzsysteme können die Feuerwiderstandsdauer von Stahlbauteilen signifikant erhöhen. Im Brandfall schäumt das reaktive Brandschutzsystem auf und bildet um das Stahlbauteil eine thermische Schutzschicht aus. Dadurch wird die Erwärmung des Stahls verlangsamt und der temperaturbedingte Festigkeitsverlust verzögert. Reaktive Brandschutzsysteme werden überwiegend in drei Bereichen angewendet: Hochbau, Offshore bzw. maritimer Sektor sowie Tank- bzw. Behälterbau. Insbesondere bei Stahltanks und -behältern sind häufig einfach oder auch doppelt gekrümmte Bauteiloberflächen anzutreffen. Aufgrund des meist begrenzten seitlichen Expansionsvermögens von reaktiven Brandschutzsystemen kann es bei Bauteilen mit konvexer Oberflächenkrümmung zu einer Intensivierung der Rissbildung im Schaum kommen, wodurch sich häufig die thermische Schutzwirkung verschlechtert. Da zum Thema des Einflusses der Oberflächenkrümmung auf die Leistungsfähigkeit reaktiver Brandschutzsysteme bisher kaum Untersuchungen vorliegen, wurden exemplarisch zwei Tankböden mit zwei verschiedenen Trockenschichtdicken eines reaktiven Brandschutzsystems einer Brandprüfung unterzogen. Bei gleicher Trockenschichtdicke des reaktiven Brandschutzsystems zeigten die Tankböden eine wesentlich schnellere Erwärmung als ebene Stahlplatten mit vergleichbarem Profilfaktor. Die Brandprüfungen und die Ergebnisse zum Einfluss der Oberflächenkrümmung werden im Beitrag ausführlich vorgestellt und diskutiert.
Um Stahlbauteile im Brandfall vor einer zu schnellen Erwärmung zu schützen, wird häufig auf reaktive Brandschutzsysteme (RBS) zurückgegriffen. Die Produkte eigenen sich besonders aufgrund der profilfolgenden Applikationsmöglichkeit und der vergleichsweise geringen Beschichtungsdicken. Bei einer Brandbeanspruchung schäumt das RBS auf und bildet eine thermische Schutzschicht um das Stahlprofil aus. Dadurch wird die Erwärmung des Stahls verlangsamt und der temperaturbedingte Festigkeitsverlust verzögert, wodurch sich die Feuerwiderstandsdauer des Stahlbauteils verbessert. Aus Brandversuchen ist bekannt, dass die Leistungsfähigkeit von RBS auf Stahlprofilen mit gekrümmter Oberfläche meist schlechter ausfällt als bei vergleichbaren Bauteilen mit ebener Oberfläche. Zum Einfluss der Oberflächenkrümmung auf die thermische Schutzwirkung von RBS werden in dem folgenden Beitrag sowohl theoretische Hintergründe als auch die Ergebnisse aus Brandversuchen an kleinformatigen Probekörpern vorgestellt. Die systematischen Untersuchungen zeigen, dass mit zunehmender Oberflächenkrümmung die Leistungsfähigkeit des RBS tendenziell abnimmt. Bei der Beurteilung der thermischen Schutzwirkung eines RBS sollte die Oberflächenkrümmung eines Bauteils berücksichtigt werden. Die alleinige Fokussierung auf den Profilfaktor eines Stahlprofils ist im Allgemeinen nicht ausreichend. Die Untersuchungen bilden die Grundlage für die Entwicklung von Screening-Tests zur Beurteilung der Eignung von RBS für gekrümmte Oberflächen, wodurch eine Vorauswahl von Produkten für diesen Einsatzzweck ermöglicht wird.
Steel tension rod systems consist of tension rods, fork connectors and associated intersection or connecting plates. They are used for truss systems, bracings or suspensions owing to slender design and increased economic efficiency. In case of fire, beside the tension rods themselves, the connection parts require appropriate fire protection. The use of intumescent fire protection coatings prevents a rapid heating of the steel and helps to ensure the load-carrying capacity of the structures. Because the connection components of the tension rod systems feature surface curvature as well as a complex geometry, high demand is placed on the intumescence and thermal protection effectiveness of the reactive fire protection coatings. Experimental studies were carried out to investigate the performance of intumescent coatings applied to the components of tension rod systems. The examined aspects include the foaming and cracking behaviour of the intumescent coatings, the influence of different dry film thicknesses (DFT), the heating rate of the steel connecting parts in comparison to the tension rods, as well as the mounting orientation of the tension rods together with their associated fork connectors. The results show that a decrease in the surface curvature and/or an increase in the mass concentration of the steel components lead to a lower heating rate of the steel. Moreover, the performance of the intumescent coating on tension rod systems is influenced by the mounting orientation of the steel components.
Zur brandschutztechnischen Ertüchtigung von Stahlkonstruktionen werden reaktive Brandschutzsysteme aufgrund der geringen Beschichtungsdicken und der profilfolgenden Applikation in zunehmendem Maße eingesetzt. Da die für Zugstabsysteme eingesetzten Bauteile meist eine stark konvex gekrümmte Oberfläche aufweisen und der Anschlussbereich über eine vergleichsweise komplexe Geometrie verfügt, stellt dies besonders hohe Anforderungen an die Leistungsfähigkeit von reaktiven Brandschutzsystemen. Anhand von realmaßstäblichen Brandversuchen wurden das Aufschäumungs- und Rissverhalten, der Einfluss der Trockenschichtdicke, die Erwärmung der einzelnen Stahlbauteile sowie der Einfluss der Bauteilorientierung untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Abnahme der Oberflächenkrümmung oder eine Erhöhung der Massenkonzentration der Stahlbauteile zu einer geringeren Aufheizrate des Stahls führt. Darüber hinaus ist festzustellen, dass die Leistungsfähigkeit des reaktiven Brandschutzsystems von der Bauteilorientierung der Zugstabsysteme beeinflusst wird. Die durchgeführten Brandversuche können zur Entwicklung geeigneter Prüfszenarien für die Beurteilung von reaktiven Brandschutzsystemen auf Zugstabsystemen und deren Anschlusskonstruktionen verwendet werden, wodurch eine Erweiterung des zulassungsbasierten Anwendungsbereichs ermöglicht wird.
Purpose – The purpose of this paper is to investigate the performance of intumescent coating on tension rod systems and their components. Steel tension rod systems consist of tension rods, fork end connectors and associated intersection or gusset plates. In case of fire, beside the tension rods themselves, the connection parts require appropriate fire protection. Intumescent fire protection coatings prevent a rapid heating of the steel and help secure the structural load-carrying capacity. Because the connection components of tension rod systems feature surface curvature and a complex geometry, high demand is placed on the intumescence and thermal protection performance of the coatings.
Design/methodology/approach – In this paper, experimental studies were carried out for steel tension rod systems with intumescent coating. The examined aspects include the foaming and cracking behaviour, the influence of different dry film thicknesses, the heating rate of the steel connecting parts in comparison to the tension rods, and the mounting orientation of the tension rods together with their fork end connectors.
Findings – The results show that a decrease in surface curvature and/or an increase inmass concentration of the steel components leads to a lower heating rate of the steel. Moreover, the performance of the intumescent coating on tension rod systems is influenced by themounting orientation of the steel components.
Originality/value – The findings based on fire tests contribute to a better understanding of the intumescent coating performance on connection components of tension rod systems. This subject has not been extensively studied yet.
The application of intumescent coatings for fire protection of steel constructions is
increasing. Thanks to the relative thin thickness of the coatings, the typical visual
appearance of the structures can remain essentially unchanged. In Germany, the
applicability of the systems is regulated by the national as well as European technical
assessments. According to the approvals, the application on steel members in tension is
only allowed with limitations. Especially, the application on solid steel rods in tension is
currently excluded from the approval. The paper explains the actual state of the art of the
application of reactive fire protection systems applied to steel structures. Physical and
technical background information are provided. Furthermore, the latest scientific results
of an on-going research project funded by the German National Institute of Building
Technology (DIBt) and conducted by the Federal Institute for Materials Research and
Testing (BAM) will be described.
Im Vortrag werden aktuelle Entwicklungen auf dem Gebiet der Prüfung und Bewertung reaktiver Brandschutzsysteme auf filigranen Stahlzuggliedern vorgestellt. Die Erkenntnisse eines kürzlich an der BAM abgeschlossenen Forschungsprojektes werden präsentiert und Prüfempfehlungen vorgeschlagen. Darüber hinaus werden zu diesem Thema die Entwicklungen der nationalen und internationalen Normung erläutert und diskutiert.
In civil engineering, steel tension members are normally used for bracings, suspensions and underbracing systems. Typically, slim circular solid sections (CSS) are used for such tension members. However, sufficient knowledge about the performance of reactive fire protection systems (RFPS) applied to solid steel tension members has so far been missing. The application of RFPS on such members was not covered by national German approvals (abZ) as well as European technical assessments (ETA) and therefore only possible by approvals in individual case by the building authority. This paper describes the world’s first scientifically investigated fire tests of RFPS applied to steel tension members with CSS. The influence of various parameters such as profile geometry, dry film thickness of the RFPS, level of the load utilization as well as member orientation was tested. In addition, the foaming and cracking behaviour and thermal protection of the RFPS used are investigated and failure mechanisms are identified. To measure the steel temperature of the tension member without weakening the cross-section a special method for the application of thermocouples was developed. The fire tests show that an application of RFPS on steel tension members with solid section is generally possible. However, due to the slim cross-sections and the missing possibility of load distribution within the tension member, high requirements are placed particularly on the effectiveness and reliability of the RFPS. In particular, the testing of mechanically loaded tension members is essential, since the necessary three-dimensional foaming results in the highest stress level for the RFPS. The findings obtained from the performed fire tests are of general nature. Recommendations for the testing and assessment of RFPS applied to steel tension members with solid section are briefly described in this paper and explained in detail in [1] and [2]. Based on this research, the German building authority (DIBt) has defined national approval guidelines for the testing and the assessment of RFPS applied to tension members with solid section. Since November 2015, a general building approval for a RFPS is available in Germany.
