Filtern
Dokumenttyp
- Zeitschriftenartikel (1)
- Beitrag zu einem Sammelband (1)
- Beitrag zu einem Tagungsband (1)
- Dissertation (1)
- Vortrag (1)
Schlagworte
- UMAT (3)
- Brandschutz (2)
- Finite element method (2)
- Steel (2)
- ABAQUS (1)
- Beton (1)
- Betonabplatzungen (1)
- Brand (1)
- Brandkurven (1)
- Brandprüfung (1)
Organisationseinheit der BAM
Eingeladener Vortrag
- nein (1)
Brandprüfungen stellen die derzeit einzige Methode dar, um die brandschutztechnische Wirkung eines Tunnelbauteils zu bestimmen. Der folgende Aufsatz gibt dem Leser einen Überblick über die derzeitige Vorgehensweise bei Tunnelbrandprüfungen.
Zunächst werden übliche Brandkurven, die Brandszenarien in Tunnelbauwerken abbilden, vorgestellt. Darauf aufbauend werden die speziellen Anforderungen an den Prüfstand beschrieben, die zur genauen Ansteuerung der Brandkurven erforderlich sind. Dabei wird unter anderem auf die Schwierigkeit verwiesen, den schnellen Temperaturanstieg innerhalb der ersten Minuten eines Vollbrandszenarios nachzubilden. Es werden Ausführungen zur versuchstechnischen Anordnung der Temperaturmesstechnik in den Betonprobekörpern dargestellt, die zur Bestimmung des Durchwärmungsverhaltens erforderlich sind.
Anschließend werden die relevanten Bewertungskriterien der brandschutztechnischen Wirksamkeit eines Betonbauteils und die Ermittlung der dazu erforderlichen Kenngrößen beschrieben. Als wesentlich sind dabei die Bestimmung der Betonabplatzungen und des Masseverlustes, die Ermittlung des Durchwärmungsverhaltens sowie der Nachweis der Standsicherheit zu nennen. Ergänzend werden Versuchsergebnisse vorgestellt, die den Einfluss von zusätzlichen mechanischen Einwirkungen zur Simulation von realen Schnittgrößen auf den Schädigungsgrad deutlich zeigen.
Kontinuumsmechanische Werkstoffmodelle zur numerischen Simulation von Stahlbauteilen im Brandfall
(2020)
Das nichtlineare und geschwindigkeitsabhängige1 Materialverhalten von Stahl wird besonders bei hohen Temperaturen sichtbar. Für Finite-Elemente-Simulationen von Stahlkonstruktionen im Brandfall sollte aus diesem Grund plastisches und geschwindigkeitsabhängiges Materialverhalten beschrieben werden. Die vorliegende Arbeit betrachtet unter diesem Aspekt bisherige Materialuntersuchungen und macht Vorschläge für dreidimensionale Materialmodelle mit entsprechenden Eigenschaften.
Es werden zunächst die phänomenologischen Eigenschaften von Baustahl anhand einer Literaturrecherche analysiert, wobei verstärkt auf Untersuchungen des Materialverhaltens bei Belastungen und Aufheizprozessen, wie sie im Brandfall zu erwarten sind, geachtet wird. Die für die Bemessung von Stahlkonstruktionen gebräuchliche Spannungsbeschreibung des EC 3-1-2 wird untersucht. Es werden ihre Stärken, aber auch die zur Entwicklung einer kontinuumsmechanischen Materialformulierung fehlenden Eigenschaften, aufgezeigt.
Ein nichtlinear-elastisches kontinuumsmechanisches Materialmodell der Deformationstheorie der Plastizität wird so angepasst, dass es die Spannungs-Dehnungslinien gemäß EC 3-1-2 im einachsigen Spannungszustand beschreibt.
Es wird des Weiteren ein thermoelastisch-viskoplastisches Modell vorgestellt, das in der Lage ist, Kriechen und Relaxation bei Aufheiz- und Abkühlprozessen zu beschreiben. Die Struktur dieses Materialmodells wird so gewählt, dass die Parameter an hierfür geeigneten Messergebnissen leicht identifiziert werden können. Der deviatorische Anteil des Modells besteht aus einem geschwindigkeitsunabhängigen, plastischen Anteil und einem geschwindigkeitsabhängigen, viskoelastischen Anteil. Der geschwindigkeitsunabhängige, plastische Anteil wurde als Differentialgleichung auf Grundlage der so genannten endochronen Plastizitätstheorie formuliert.
Die Parameter der Materialmodelle werden auf Grundlage der Messergebnisse stationärer Warmzugversuche an Baustahlproben identifiziert.
Sowohl das nichtlinear-elastische EC 3-1-2-Materialmodell als auch das thermoelastisch-viskoplastische Materialmodell mit den an Baustahl angepassten Materialparametern wird numerisch für die Verwendung mit Finite-Elemente-Programmen aufbereitet und als UMAT-Subroutine für ABAQUS in der Programmiersprache FORTRAN implementiert. Hierbei wird insbesondere auf die Bereitstellung der konsistenten Tangentenoperatoren Wert gelegt, um eine effiziente numerische Berechnung bei Verwendung der Materialmodelle zu ermöglichen.
Abschließend werden erste Simulationsrechnungen vorgestellt, um beispielhaft die Möglichkeiten der Anwendung der entwickelten und implementierten Materialmodelle für Simulationen von Stahlkonstruktionen im Brandfall aufzuzeigen.
Stichworte: Brandschutz, Stahl, Brandverhalten, Finite-Elemente-Methode, Materialmodell, Eurocode 3-1-2, UMAT
1Ist das Materialverhalten abhängig von der Prozessgeschwindigkeit, wird es als geschwindigkeitsabhängig bezeichnet. Prozesse können sowohl dehnungs- als auch spannungs- oder temperaturgesteuert sein. Die Begriffe zeitabhängig und zeitunabhängig werden hier vermieden, da diese in der Materialwissenschaft mit Alterungsprozessen (’aging’) in Verbindung gebracht werden.