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Das Verhalten von Tunneln offener Bauweise, die einem Brand ausgesetzt sind, kann auf Grundlage der allgemeinen Rechenverfahren nach der EN1992-1-2 unter Verwendung eines realistischen Tragwerksmodells analysiert werden. Dieses Modell berücksichtigt mechanische und thermisch-induzierte, indirekte Effekte, die gleichzeitig auf die Tragstruktur wirken. Darüber hinaus verweist die EN 1992-1-2 auf ein implizites konstitutives Spannungs-Dehnungsmodell für Beton bei erhöhten Temperaturen. Dieses Modell wird für die Betonkonstruktionen unter der Einheits-Temperaturzeitkurve für die Heizraten zwischen 2 und 50 K/min empfohlen. Es basiert auf den mechanischen und thermischen Dehnungen, die aus kleinen Betonproben bei niedrigen Erwärmungsraten mit stationären und instationären Versuchen ermittelt wurden. Das Materialmodell der EN 1992-1-2 ist in verschiedenen strukturellen Finite-Elemente-Softwarepaketen implementiert und dient zur Durchführung nichtlinearer (physikalischer) Strukturanalysen für verschiedene brandgefährdete Bauwerke. Für Tunnel mit offener Bauweise wird in Deutschland die ZTV-ING-Brandbelastungskurve für den Brandfall angenommen. Diese Kurve nach der ZTV-ING weist eine wesentlich höhere Temperaturanstiegsrate auf als die Einheits-Temperaturzeitkurve und erreicht die Maximaltemperatur im Brandfall von 1200°C bereits binnen fünf Minuten. Um die Gefahr von Abplatzungen während des Brandes zu verringern, werden den Betonmischungen für Tunnel in offener Bauweise häufig Polypropylenfasern (PP-Fasern) zugesetzt. Diese können im Falle eines Tunnelbrandes zu unterschiedlichen globalen Reaktionen der Tragstruktur führen. In dieser Arbeit werden verschiedene Aspekte der Heißbemessung (allgemeine Rechenverfahren) von Tunneln in offener Bauweise, die einem Brand ausgesetzt sind, untersucht. Es wird im Zuge dieser Arbeit eine Formel entwickelt, um die Temperaturen in den verschiedenen Schichten innerhalb des brandbeanspruchten Querschnitts eines Tunnels in offener Bauweise zu bewerten. Die Temperaturen innerhalb des beeinflussten Bereichs lassen sich in Abhängigkeit von der Brandexpositionskurve, der Breite senkrecht zur Wärmeübertragungsrichtung und der Dicke des Querschnitts ermitteln. Dies kann angewandt werden, um die auftretenden Temperaturen in der Bewehrungslage für den praktischen Einsatz zu berechnen, ohne detaillierte thermische Analysen durchführen zu müssen. Es werden Spannungsanalysen für eine Zylinderprobe unter verschiedenen Aufheizraten durchgeführt, die im FE-Softwarepaket SOFiSTiK unter Verwendung eines Volumenmodells und eines Plattenschichtmodells simuliert werden. Damit werden die sogenannten strukturellen Effekte untersucht, die bei einer Zylinderprobe unter geringer Druckbelastung und hoher Aufheizrate unter instationären Temperaturbedingungen auftreten können. Um den Einfluss der zugegebenen PP-Fasern in der Betonmischung hinsichtlich des thermomechanischen Verhaltens des Betons zu untersuchen, wurden 214 Zylinderproben unter stationären und instationären Temperaturbedingungen untersucht. Es werden zwei unterschiedliche Betonrezepturen erstellt. Eine Rezeptur enthält keine PP-Fasern, während der zweiten Rezeptur 2 kg/m³ PP-Fasern hinzugefügt werden. Alle weiteren Bestandteile der beiden Rezepturen sind identisch. Die Eigenschaften des Festbetons erfüllen dabei die Anforderungen an einen ein bis zwei Jahre alten Beton in der Baupraxis. Die Probekörper der beiden Rezepturen werden in Bezug auf ihr thermomechanisches Verhalten bei erhöhten Temperaturen miteinander verglichen. Die Bereinigung der Dehnungsergebnisse erfolgt auf der Grundlage von drei entwickelten Kalibriermethoden. Zusammenfassung XIII Basierend auf den Testergebnissen der untersuchten Zylinder wird ein implizites konstitutives Materialmodell für Beton mit PP-Fasern erarbeitet, welches eine modifizierte Form des Materialmodells der EN 1992-1-2 darstellt. Darüber hinaus wurden in SOFiSTiK physikalische nichtlineare thermomechanische Analysen von Tunnelbauwerken, die einer Brandeinwirkung der ZTV-ING ausgesetzt sind, durchgeführt. Es wird untersucht, inwieweit die Beanspruchungen auf Tunnelbauwerke in offener Bauweise durch Veränderungen im konstitutiven Materialmodell bei erhöhten Temperaturen beeinflusst werden können.

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