Baulicher Brandschutz fuer Tunnel in offener Bauweise : Rechnerischer Nachweis

Structural fire protection for tunnels built "open cut" – calculation method

In dem geltenden Regelwerk fuer Strassentunnel, der ZTV-ING, ist das derzeitige rechnerische Nachweisverfahren zum baulichen Brandschutz fuer Rechteckrahmenquerschnitte im Teil 5, Abschnitt 2 ueber ein vereinfachtes Nachweisverfahren mit Ansatz eines Temperaturgradienten von 50 K in Wand und Decke geregelt. Alternativ kann nach ZTV-ING ein "genauerer" rechnerischer Nachweis durchgefuehrt werden, der jedoch in der Praxis kaum angewendet wird, da hierzu bisher keine eindeutigen Regelungen zur Durchfuehrung vorliegen. Es stellen sich insbesondere die Fragen, inwieweit ueber einen genaueren rechnerischen Nachweis Einsparpotenziale bei der Bewehrung gegenueber dem vereinfachten Nachweis vorliegen und welchen Einfluss eine verlaengerte ZTV-ING-Kurve (55 Minuten Vollbrandphase statt 25 Minuten Vollbrandphase) auf die erforderlichen Bewehrungsgehalte hat. Im vorliegenden Forschungsvorhaben wurden die genaueren rechnerischen Nachweise fuer typische Rechteckrahmenquerschnitte von Strassentunneln (ein- und zweizellig) auf Grundlage des Eurocodes EN 1992-1-2, "Allgemeines Rechenverfahren", durchgefuehrt. Aufgrund des deutlich unterschiedlichen Abplatzverhaltens von Beton ohne PP-Fasern und Beton mit PP-Fasern mit entsprechendem Einfluss auf das Tragverhalten im Brandfall wurden differenzierte Berechnungen durchgefuehrt. Die Annahmen fuer die Groesse und den Zeitpunkt der Betonabplatzungen basieren auf den Auswertungen von Grossbrandversuchen fuer Rechteckrahmen. In zusaetzlichen statischen Berechnungen wurde der Lastfall nach dem Brand mit Beruecksichtigung der veraenderten Baustoffeigenschaften durch die Brandeinwirkung nachgewiesen. Auf Grundlage der durchgefuehrten Berechnungen wurde ein Leitfaden mit Musterstatik fuer den genaueren rechnerischen Brandschutznachweis erstellt. Der Leitfaden mit Musterstatik soll bei der zukuenftigen Dimensionierung von Rechteckkonstruktionen von Strassentunneln einen optimierten Brandschutznachweis mit einhergehenden Kostenoptimierungen gegenueber dem bisherigen vereinfachten Brandschutznachweis ermoeglichen. Es hat sich gezeigt, dass der genaue rechnerische Nachweis des Brandfalls ein komplexes Berechnungsverfahren ist, das in der Praxis noch nicht erprobt ist. Auf Grundlage der Ergebnisse des genaueren rechnerischen Nachweisverfahrens wurde ein fuer die Praxis zweckmaessiges Berechnungsverfahren mit Vorgabe eines von der Bauteildicke abhaengigen linearen Temperaturgradienten entwickelt. Voraussetzung fuer die Anwendung dieses Nachweisverfahrens sind vergleichbare Randbedingungen im Brandfall hinsichtlich Groesse von Betonabplatzungen und Temperaturverteilungen im Bauteil, welche bei der Verwendung von Betonen mit PP-Fasern und entsprechenden Vorgaben an Rezeptur, Herstellung und Verarbeitung gesehen werden. Fuer eine Fortschreibung der ZTV-ING, Teil 5, Abschnitt 2, Nummer 10 "Baulicher Brandschutz" werden entsprechende Empfehlungen formuliert. ABSTRACT IN ENGLISH: In the ZTV-ING Part 5, Section 2 the current calculation method for structural fire protection for road tunnels (open cut method) is based on a simplified calculation method with the approach of a temperature gradient of 50 K. Under certain circumstances, an advanced calculation method has to be carried out. This method is not often used in practice, because there are no clear regulations on the procedure, yet. Particularly it raises the question, how far an advanced calculation method is useful for possible savings in reinforcement in contrast to the simplified method and what influence the extended ZTV-ING curve (55 minutes fully developed fire phase instead of 25 minutes) to the required reinforcement has. In this research project the advanced calculation method is performed on for regular road tunnel cross-sections based on the "Advanced calculation method" of the euro code EN 1992-1-2. Due to the significantly different spalling behavior of concrete with and without PP-fibers with a corresponding influence on the structural behavior during and after the fire differentiated calculations were performed. The assumptions for the size and timing of concrete spalling are based on the evaluation of fire test. In additional static calculations the load bearing capacity of tunnels was analyzed considering the changes in properties of material through the effects of fire. A guideline for structural fire design was created. With the guideline a structural fire design for road tunnels (cut and cover method) with cost optimization should be possible. It turned out that the advanced calculation of the fire event is a complex calculation method which is also untested in practice. Based on the results of the advanced calculation method a simplified calculation method with a linear temperature gradient, dependent on the thickness of the lining was developed. The conditions for the application of this calculation method are comparable boundary conditions in a fire case concerning the size of the concrete spalling and temperature penetration in the lining, which can be seen in the use of concrete with fibers and corresponding requirements to composition and processing. An appropriate text has been formulated as an update to the ZTV-ING Part 5, Section 2, No. 10 "Structural Fire Protection".

Language

  • German

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Filing Info

  • Accession Number: 01485885
  • Record Type: Publication
  • Source Agency: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
  • Files: ITRD
  • Created Date: Jun 18 2013 7:28AM