Numerische Tragfähigkeitsermittlung von Holzbauteilen im Brandfall unter Berücksichtigung des nichtlinearen Materialverhaltens

Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines allgemeingültigen thermisch-struktur-mechanischen Modells zur Simulation der Tragfähigkeiten von Voll- und Brettschichtholzbauteilen im Brandfall. Dabei standen insbesondere die Variationsmöglichkeiten der Eingangsparameter, wie die Wahl der Festigkeitsklassen des Holzes, der Beanspruchung des Bauteils sowie der Brandbeanspruchungsart und -dauer im Vordergrund. Die Beschreibung der Temperaturentwicklung innerhalb der Holzquerschnitte im Brandfall erfolgte über eine transiente, instationäre Temperaturfeldberechnung mit der Methode der Finiten Elemente. Sie berücksichtigt die Veränderung der thermischen Materialeigenschaften unter Temperatureinwirkung, den Anfangsfeuchtegehalt und die Verdunstung der Holzfeuchte sowie die Pyrolyse des Holzes. Da zur Abhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit von der Rohdichte des Holzes bisher keine genauen Erkenntnisse vorliegen, wurden zusätzlich Versuche zur Bestimmung der rohdichteabhängigen Wärmeleitfähigkeiten durchgeführt. Aufbauend auf den thermischen Querschnittsanalysen wurde ein strukturmechanisches FE-Modell entwickelt. Es basiert auf der Grundlage der Theorie des plastischen Materialgesetzes nach Glos unter Normaltemperaturen. Anhand der Ergebnisse umfangreicher Parameterstudien konnten allgemeingültige praxisgerechte Bemessungsmethoden für den Nachweis von Voll- und Brettschichtholzbauteilen im Brandfall entwickelt werden.