Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Organisationseinheit der BAM
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Dieser Vortrag stellt die technologischen und industriellen Meilensteine bei der Etablierung von Lean Duplex Stählen im Bereich des Bauwesens vor. Ein weiterer Blick geht auf die weiteren Entwicklungen an der BAM hinsichtlich der Ausweitung der Kapazitäten und Standorte atmosphärischer Bewitterungsstände der BAM.
Aufgrund der stark korrosiven Atmosphäre in Tunnelbauwerken kommt es aufgrund von Reinigungs- und Sanierungsmaßnahmen an Ein- und Anbauteilen aus nichtrostendem Stahl häufig zu wartungsbedingten Verkehrsbeeinflussungen und Tunnelsperrungen. Bislang ist nur eine kleine Gruppe rostfreier Edelstähle für die Verwendung in Tunnelbauwerken zugelassen. Im Sinne einer mittel- bis langfristigen Reduktion von Wartungsarbeiten besteht jedoch großes Interesse, die Einsatzmöglichkeiten alternativer nichtrostender Stähle zu erhöhen.
Um dies zu ermöglichen, entwickelten die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), gemeinsam mit dem Landesbetrieb Straßenbau NRW, in Zusammenarbeit mit der Informationsstelle Edelstahl Rostfrei (ISER), mit Unterstützung des Edelstahlherstellers Outokumpu und der Wilhelm Modersohn GmbH & Co. KG ein Forschungsprojekt zur Auslagerung von nichtrostenden Duplexstählen in Straßentunnel. Im Oktober 2019 beteiligte sich der Landesbetrieb Straßen, Brücken und Gewässer in Hamburg und ermöglichte die Auslagerung im Elbtunnel auszuweiten.
Ziel des Projektes ist die Qualifizierung von Duplexstählen in Tunnelbauwerken um die Einsatzmöglichkeiten alternativer nichtrostender Stähle zu den bislang gebräuchlichen rostfreien Edelstählen 1.4404 und 1.4571 zu eruieren. Da Duplexstähle im Vergleich zu austenitischen Stählen über eine doppelt so hohe Festigkeit verfügen, können Bauteile schlanker konstruiert werden, wodurch Material eingespart werden kann. Neben der Wirtschaftlichkeit muss die Dauerhaftigkeit untersucht werden. Dazu wurden speziell konzipierte Wand- und Deckenracks mit unterschiedlichen metallenen Werkstoffen und Oberflächen hergestellt und in den Tunnelbauwerken montiert. Nach bestimmten Auslagerungszeiten von bis zu drei Jahren werden die Proben demontiert und auf ihr Korrosionsverhalten untersucht. Ein weiteres Ziel neben der Qualifizierung der Werkstoffgruppe sind die Reduktion der Instandsetzungs- und Wartungsmaßnahmen der Tunnelbetreiber
Ziel des Projektes ist die Qualifizierung von Duplexstählen in Tunnelbauwerken um die Einsatzmöglichkeiten alternativer nichtrostender Stähle zu den bislang gebräuchlichen rostfreien Edelstählen 1.4404 und 1.4571 zu eruieren. Da Duplexstähle im Vergleich zu austenitischen Stählen über eine doppelt so hohe Festigkeit verfügen, können Bauteile schlanker konstruiert werden, wodurch Material eingespart werden kann. Neben der Wirtschaftlichkeit muss die Dauerhaftigkeit untersucht werden. Dazu wurden speziell konzipierte Wand- und Deckenracks mit unterschiedlichen metallenen Werkstoffen und Oberflächen hergestellt und in den Tunnelbauwerken montiert. Nach bestimmten Auslagerungszeiten von bis zu drei Jahren werden die Proben demontiert und auf ihr Korrosionsverhalten untersucht. Ein weiteres Ziel neben der Qualifizierung der Werkstoffgruppe sind die Reduktion der Instandsetzungs- und Wartungsmaßnahmen der Tunnelbetreiber.
A comparison between the results obtained from a Computational Fluid Dynamic (CFD) simulation and from the application of an empirical formula for determining the temperature distribution inside a tunnel in case of fire is presented. The temperature is measured and calculated at different distances from the location of the fire and at different time intervals. The fire considered varies with time following a time-heat release rate curve which has a parabolic growing phase, a constant period and a linear decay. The comparison reveals differences in the results. The temperatures calculated with the empirical formula resulted higher than the temperatures obtained by means of the CFD simulation. A list of possible reasons for this limited correspondence is also presented and commented. A proposal for further studies to better define the limitations of both the procedures and to define the influence of each parameter involved is finally presented.
Probabilistic thermo-Mechanical analysis of a concrete tunnel lining subject to fire The probability distributions of the parameters related to the thermal analysis was considered in order to study the variability of the results and to carry out a reliability analysis. This assessment considered as random variables the thermo-mechanical properties of the concrete, the maximum heat release rate (HRR), the duration of the period of maximum HRR, the convective coefficient, the emissivity at the surface exposed to the fire, the air velocity within the tunnel, and the initial fire radius. The temperature-time curve was described by a correlation. An experimental design based on a Latin Hypercube Sampling algorithm was performed to define the input parameters to each analysis case. The definition of a limit state function based on the punctual strain status has permitted to carry out a reliability analysis.
A probabilistic finite elements analysis (FEA) of a tunnel lining subject to fire is presented. The probability distributions of the parameters related to the thermal analysis was considered in order to study the variability of the results and to carry out a reliability analysis. This assessment considered as random variables the thermo-mechanical properties of the concrete, the maximum heat release rate (HRR), the duration of the period of maximum HRR, the convective coefficient, the emissivity at the surface exposed to the fire, the air velocity within the tunnel, and the initial fire radius. The temperature-time curve was described by a correlation. An experimental design based on a Latin Hypercube Sampling algorithm was performed to define the input parameters to each analysis case. The definition of a limit state function based on the punctual strain status has permitted to carry out a reliability analysis.