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https://nap.nationalacademies.org/catalog/27432/critical-issues-in-transportation-for-2024-and-beyond

Grossbraende in Stahlbeton-Strassentunneln. Temperaturbeanspruchung, Durchwaermungs- und Abplatzverhalten / Fires in reinforced concrete road tunnels. Temperature loads, temperature distribution and concrete spalling

Grossbraende in Strassentunneln haben nicht nur grosse Aufmerksamkeit in den Medien und Aengste in der Bevoelkerung ausgeloest, sondern hatten auch eine Vielzahl von Forschungvorhaben und Normungsaktivitaeten zur Folge. Zentrale Punkte im Rahmen der Forschung sind die hinreichende Darstellung des Brandfalls in Temperatur-Zeit-Kurven zur Berechnung der Temperaturbeanspruchung sowie des Abplatzverhaltens bei Innenschalen aus Beton. Vorgestellt wird ein Forschungsvorhaben der Bundesanstalt fuer Strassenwesen (BASt) zum Brand eines mit Benzin beladenen Tanklastzuges unter Beruecksichtigung verschiedener Szenarien. Untersucht wurden dabei insbesondere unterschiedliche Energiefreisetzungsraten und deren Einfluss auf die Tragsicherheit des Tunnels. Alle bisher ausgewerteten Tunnelbraende zeigen, dass es bei den Tunnelwandungen zu erheblichen Temperaturbeanspruchungen kommen kann, die bei Beton zu Abplatzungen fuehren. Das Forschungsvorhaben konzentriert sich auf die Auswirkungen eines Lachenbrandes nach Auslaufen eines 28 Tonnen-Benzintankzugs. Die Modellierung des Fluessigkeitslachenbrandes erfolgte schrittweise. In einem ersten Schritt wurde die zeitabhaengige Lachengeometrie bestimmt. Dabei gingen die Ausgangsgeometrie der brennenden Lache, die Austrittsmenge und die Abflussrate des Benzins, die Abbrandgeschwindigkeit und die Tunneltopologie ein. Der zweite Schritt umfasste eine numerische Stroemungssimulation des Heizgases mittels des Feldmodells FDS (Fire Dynamic Simulator), das ein speziell fuer brandschutztechnische Belange entwickeltes Rechenprogramm der CFD-Simulation (CFD = Computational Fluid Dynamics) ist. Das Programm legt die zeitabhaengige Lachengeometrie zugrunde und beruecksichtigt Tunneltopologie, Fahrzeuganordnung, Lueftungsparameter sowie weitere Randbedingungen. Die Berechnung des Durchwaermungsverhaltens erfolgte mittels der Finite-Element-Methode (FEM) unter Beruecksichtigung temperaturabhaengiger Materialparameter entsprechend DIN EN 1992-1-2. Die Simulationsergebnisse werden beschrieben fuer Lacheneigenschaften, adiabatische Bauteiltemperaturen, Temperatur-Zeit-Verlaeufe, Durchwaermungsverhalten und Abplatzverhalten. Die groesste Energiefreisetzungsrate tritt auf bei den flaechenmaessig groessten Lachen in gleichmaessig geneigten Tunneln bei einer austretenden Fluessigkeitsmenge von 300 Kilogramm pro Sekunde. Die Temperatur-Zeit-Verlaeufe dienen als Eingangsgroessen fuer die Berechnung des zeitabhaengigen Durchwaermungsverhaltens des Betons. Aus den Berechnungsergebnissen laesst sich erkennen, dass Betonabplatzungen in den ersten 10 bis 25 Minuten der Brandbeanspruchung erfolgen. In der Zeit davor und waehrend dieser Zeitspanne entwickeln sich die aus der Verdampfung des Wassers entstehenden Poreninnendruecke. Die Berechnungsergebnisse verdeutlichen auch die herausragende Bedeutung der Tunnelentwaesserung zur Begrenzung der Folgen eines Fluessigkeitslachenbrandes. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass die Auswirkungen der untersuchten Fluessigkeitslachenbraende durch die Anwendung der ZTV-ING-Temperatur-Zeit-Kurve abgedeckt sind. Eine Erhoehung der Maximaltemperatur dieser Kurve ist nach derzeitigem Kenntnisstand nicht erforderlich. ABSTRACT IN ENGLISH: Tunnels are important infrastructure constructions. The assessment of the effects of fire events is therefore also of major economic importance. The fire of a tank truck loaded with gasoline represents such a fire event. Part of a research project of the Federal Highway Research Institute (BASt) examined different scenarios for an extreme case, different rates of energy release and their influence on the tunnel safety by means of CFD and FEM simulations. It could be shown that even fire scenarios with liquid puddle burns up to 28t petrol can be covered by the ZTV-ING temperature time curve. The article summarizes the most important results. (A)

  • Availability:
  • Authors:
    • SCHMIDT, J
    • Bergerhausen, U
    • DEHN, F
  • Publication Date: 2013-10

Language

  • German

Media Info

Subject/Index Terms

Filing Info

  • Accession Number: 01503879
  • Record Type: Publication
  • Source Agency: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
  • Files: ITRD
  • Created Date: Jan 22 2014 10:59AM