Wirklichkeitsnahe Brandeinwirkungen fuer die Planung und Nachrechnung von Tunnelschalen

Realistic fire loads for design and re-analysis of tunnel linings

Ausgeloest durch schwere Brandereignisse in Tunneln waehrend der vergangenen Jahrzehnte wurden Grossbrandversuche in bestehenden Tunnelroehren durchgefuehrt, aus deren Ergebnissen man Temperatur-Zeit-Kurven (Brandkurven) zur Bemessung der Tunnelinnenschalen und zum Personenschutz ableitete. Die meisten dieser Versuche decken jedoch die Bandbreite der real vorliegenden Randbedingungen in Verkehrstunneln nicht hinreichend ab. Dies betrifft zum Beispiel die Querschnittsabmessungen, die Tunnellaenge, die Luftgeschwindigkeiten im Tunnel und die meteorologischen Verhaeltnisse. Der Beitrag stellt zu dieser Thematik numerische Analysen zur Simulation wirklichkeitsnaher Brandeinwirkungen in Tunneln an zwei Modellen vor. Eines dieser Modelle dient der Kalibrierung der Brandlast am Beispiel der Brandversuche in einem Tunnel in Norwegen. Mit dem anderen Modell wurden die Einfluesse verschiedener Tunnelparameter, insbesondere die Groesse des Tunnelquerschnitts, auf die Brandgastemperaturen an der Oberflaeche der Innenschale untersucht. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass die Temperaturbeaufschlagung im Brandfall nicht als feste, nur von der Brandlast abhaengige Groesse angesehen werden darf. Die anderen Tunnelparameter, insbesondere die Querschnittsgroesse, zeigen bei identischer Brandlast deutliche Unterschiede der Maximaltemperatur sowie der zeitlichen und oertlichen Temperaturentwicklung. Dabei weichen die Oberflaechentemperaturen teilweise erheblich von den Brandkurven der aktuellen Regelwerke ab und ergeben vor allem bei kleineren und auch relativ grossen Tunnelquerschnitten deutlich guenstigere Werte. Mit dem Verfahren lassen sich somit objektspezifische und nutzungsbedingte Randbedingungen besser erfassen, sodass sich realistischere Beanspruchungen ergeben, als bei Verwendung der in den Regelwerken verankerten Brandkurven. ABSTRACT IN ENGLISH: Meanwhile, the development of numerical systems for the simulation of flow phenomena has reached a level, which even allows the analysis of complex scenarios such as tunnel fires, within acceptable time-periods. On the one hand, this provides the possibility to critically question fire-curves from standards (derived and calibrated for the general case) against the background of tunnel-specific temperature fields. On the other hand, both temperature and smoke development as well as expected structural impairment may be assessed on a relatively realistic basis without large-scale conflagration tests being necessary. In addition to general options of non-linear structural analyses (i.e. utilisation of load re-distribution and activation of additional bedding reactions) the simulation-based evaluation of fire loads particularly provides a valuable potential for the re-analysis of existing tunnel linings. This especially applies in such cases where the calculation with conventional fire-curves requires extensive strengthening and retrofit, whereas more favourable loading conditions may be expected by taking into account the tunnel-specific boundary conditions. In the present paper, firstly tunnel fire accidents and the derivation of fire-curves are generally discussed. Then, the possibilities, the theoretical background and limits of CFD modelling of fire scenarios are presented and finally, major influence factors on the thermal loading (in particular the cross-sectional size of the tunnel) are investigated by sensitivity studies. (A)

Language

  • German

Media Info

  • Media Type: Print
  • Features: Figures; References;
  • Pagination: pp 622-34
  • Serial:

Subject/Index Terms

Filing Info

  • Accession Number: 01637000
  • Record Type: Publication
  • Source Agency: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
  • Files: ITRD
  • Created Date: Mar 8 2017 8:16AM