Untersuchungen zum zeitabhängigen mechanischen Materialverhalten von S460 im Brandfall

Für die Brandbemessung von Stahlbauten ist eine genaue Kenntnis des mechanischen Materialverhaltens unter erhöhter Temperatur erforderlich. Der Eurocode 3 Teil 1-2 [1] stellt hierzu für die Baustahlsorten S235 bis S460 einheitliche Spannungs-Dehnungsbeziehungen bis 1200 °C zur Verfügung. Für den hochfesten Feinkornbaustahl S460 sind diese jedoch nicht hinreichend experimentell abgesichert. Die im Brandfall auftretenden Kriechdehnungen können im Rahmen des Bemessungskonzeptes nach [1] grundsätzlich nicht explizit berücksichtigt werden. In diesem Artikel werden die Ergebnisse eines Forschungsprojektes zur Untersuchung des zeitabhängigen mechanischen Materialverhaltens hochfester Feinkornbaustähle S460 im Brandfall vorgestellt. Aus umfangreichen instationären Warmkriechversuchsreihen wurden die Hochtemperatur-Werkstoffgesetze ermittelt. Ferner wurde das Kriechverhalten von S460 im Brandfall analysiert und ein empirisches Kriechgesetz formuliert, das die exakte Berücksichtigung der Kriechdehnungen in den Werkstoffgesetzen ermöglicht. Mit Hilfe metallographischer Untersuchungen konnte der Einfluss der chemischen Zusammensetzung und des Herstellprozesses auf die Hochtemperaturfestigkeit identifiziert werden.

Analysis of the time-dependent mechanical behaviour of S460 in case of fire.
The knowledge of the mechanical behaviour of structural steel at elevated temperatures is essential for structural fire design. In Eurocode 3 Part 1-2 [1] stress-strain relationships up to 1200 °C are provided which are uniform for steel grades from S235 to S460. However, there is no sufficient experimental data base for the high strength fine grain structural steel S460. Creep strain developing in the course of a fire can, according to the design concept of [1], not be considered explicitly. This article presents the results of a research project dealing with the time-dependent mechanical material behaviour of high strength fine grain structural steel S460 in case of fire. The stress-strain relationships at elevated temperatures were derived from the results of extensive transient test series. Subsequently the creep behaviour of S460 under fire conditions was analysed and an empirical creep law was developed which allows for the accurate consideration of creep strain in the stress-strain relationships. By means of metallographic investigations it was possible to identify the influence of the chemical composition and the production process on the high temperature resistance.