IBK Jahresbericht 2004-2006 - Institut für Baustatik und Konstruktion ...

FORSCHUNG
Tragverhalten beulgefährdeter Stahlstützen
bei Brandeinwirkung
Projektleitung: Prof. Dr. M. Fontana
Mitarbeitende: K. Anhorn, M. Knobloch
Projektpartner: Schweizerischer Nationalfonds,
Bern.
Die Interaktion der Stabilitätsprobleme Knicken und
Beulen beeinflusst entscheidend den Tragwiderstand
von Stahlstützen mit dünnwandigen Querschnitten
im Brandfall. Für die Bemessung stabilitätsgefährdeter
Bauteile unter Brandeinwirkung fehlt derzeit ein
einfach anwendbares und zugleich sicheres und wirtschaftliches
Berechnungsverfahren.
Bei erhöhter Temperatur nimmt die Festigkeit
und Steifigkeit von Stahl stark ab, und die Spannungs-Dehnungs-Beziehungen
werden nichtlinear.
Daher sind die bekannten Berechnungsverfahren
für Normaltemperatur und linear elastisch-ideal
plastisches Materialverhalten für den Brandfall ungeeignet.
Im Rahmen dieser Forschungsarbeit wird das
Stabilitätsverhalten von Bauteilen unter Brandeinwirkung
mit analytischen, experimentellen und
numerischen Methoden untersucht. Basierend auf
einem an unserem Institut entwickelten dehnungsabhängigen
Berechnungsansatz zur Berücksichtigung
des Beulens bei erhöhten Temperaturen soll
ein Bemessungsverfahren für Stahlstützen im
Brandfall entwickelt werden.
In einem elektrischen Rohrofen für Temperaturen
bis 1000°C sollen das Beulverhalten von Stahlquerschnitten
mit Hilfe von „stub column tests“ sowie das
Tragverhalten und die Knick-Beul-Interaktion von
Stahlstützen bei erhöhten Temperaturen erforscht
werden. Die mechanische Beanspruchung erfolgt
durch zentrischen und exzentrischen Druck. In
Ergänzung zu den experimentellen Untersuchungen
werden Parameterstudien mit Hilfe der Finite-
Element-Methode durchgeführt.
Structural Behaviour of Steel Columns
Subjected to Local Buckling and Fire
The interaction of local and global buckling has a
strong influence on the resistance of steel structures
subjected to fire. A safe, economic and easily applicable
calculation model for steel members subjected
to local and global buckling in fire does not yet
exist.
Due to elevated temperatures, the strength and
the stiffness of steel decrease rapidly, and the typical
linearly elastic-perfectly plastic stress-strain
relationship of carbon steel becomes nonlinear.
Therefore, the commonly used design methods for
ambient temperature lead to imprecise results at
elevated temperatures.
The stability behaviour of steel columns under
fire conditions will be analysed with analytical,
experimental and numerical methods. A design
method for steel columns subjected to local buckling
and fire will be developed based on a strainbased
calculation approach.
This study will analyse the local buckling of
steel sections as well as the structural behaviour and
the local-global buckling interaction of steel
columns subjected to elevated temperatures. The
study includes column and stub column tests. The
experiments will be performed using an electric furnace
capable of producing temperatures of up to
1000°C. The test specimens will be subjected to
compression and/or bending. In addition to the
tests, the investigation includes a parametric study
using the finite element approach.
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