Brand stellt eine der wichtigsten Gefahren für die bebaute Umwelt mit erheblichen wirtschaftlichen Folgen für die Gesellschaft und größten Bedrohungen für das Leben dar. Nach der Sterblichkeitsschätzung der WHO weisen Brände die höchste Anzahl an Todesopfern aller Arten von Schäden an Tragstrukturen auf. Die Brandingenieurwissenschaft stellt die Schlüsseldisziplin dar, um eine bessere Brandsicherheit der bebauten Umwelt auf kosteneffiziente Weise zu erreichen. In Hochhäusern, Brücken, Industriehallen etc. können Primär- und Sekundärbauteile einem Brand ausgesetzt sein. Die gründliche Analyse des strukturellen Brandverhaltens und der Tragfähigkeit dieser Bauteile bei erhöhten Temperaturen ist unerlässlich. Stahlblechträger sind Konstruktionselemente, die häufig im Bauwesen verwendet werden, um den Herausforderungen der Tragwerksplanung inklusive hohen Lasten und/oder großen Spannweiten zu begegnen. Diese Eigenschaft macht Stahlblechträger zur ersten Wahl für tragende Bauteile, wie z.B. Abfangträger, um eine stützenfreie Grundfläche für Gebäude zu schaffen, und für primäre Bauteile in Brücken mit kleinen bis mittleren Spannweiten. Stahlblechträger werden hergestellt, indem schmale Flansche und schlanke Stegbleche verschweißt werden. Diese Träger werden häufig in Kombination mit einer Betonplatte verwendet, die mit dem Träger über Kopfbolzen verbunden ist und als Stahl-Beton-Verbundquerschnitt wirkt. Aufgrund der schlanken Querschnittsverhältnisse sind die Stege von Stahlblechträgern sehr anfällig für Schubbeulen aus der Ebene.

Das strukturelle Verhalten von Stahlblechträgern wird immer besser verstanden, jedoch wurde nur begrenzt Forschung betrieben, um die Schubtragfähigkeit des Steges von Verbundträgern sowohl bei Raumtemperatur als auch bei erhöhten Temperaturen abzuschätzen. Die Untersuchung der Scherfestigkeit ist elementar für die Vorhersage der Tragfähigkeit von Verbundträgern, speziell wenn sie einer Brandgefahr ausgesetzt sind. Versuche an Stahlblechträgern haben eine Verringerung der Scherfestigkeit von bis zu 50 % sogar bei Temperaturen unter 400 °C gezeigt, während numerische Studien aufwiesen, dass zusätzliche thermische Zwangskräfte die Festigkeit von Trägern weiter verschlechtern und ein Biegeknickversagen in einen schubdominierten Versagensfall ändern können. Darüber hinaus vernachlässigt EN 1994-1-1 den Beitrag der Betonplatte zur Schubtragfähigkeit der Stahlblechträger.

Im Rahmen dieses Projektes werden Versuche an entsprechend dimensionierten Verbundträgerproben mit einem Versuchsofen durchgeführt, um einen Einblick in das grundsätzliche Verhalten bei Raum- und erhöhten Temperaturen zu erhalten; numerische Simulationsmodelle werden generiert und mittels der experimentellen Ergebnisse validiert, um die Versagensmechanismen sowohl qualitativ als auch quantitativ zu verstehen; ein analytisches Modell zur genauen Vorhersage des baulichen Brandverhaltens wird ebenfalls entwickelt.

Numanović, M., & Knobloch, M. (2025a). Web shear buckling of steel-concrete composite girders: large-scale experimental study. Journal of Structural Engineering, 151(1), Article 04024194. https://doi.org/10.1061/jsendh.steng-13998

Numanović, M., & Knobloch, M. (2025b). Web shear buckling of steel-concrete composite girders: advanced numerical analysis. Thin-Walled Structures, 206(Part A), Article 112671. https://doi.org/10.1016/j.tws.2024.112671

Numanović, M., Knobloch, M. (2025). Fire Performance of Steel-Concrete Composite Girders in Web Shear Buckling: Large-Scale Tests. Journal of Constructional Steel Research. Volume 234. 109693. ISSN 0143-974X. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2025.109693

Numanović, M., Knobloch, M., Sultangirova, A., & Numanović, M. (2025). Structural fire performance of steel-concrete composite girders in web shear buckling: Advanced numerical analysis. Engineering Structures. Publiziert. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2025.120966

Numanović, M. (2025). Shear buckling behavior of steel-concrete composite plate girders at ambient temperature and in fire. https://doi.org/10.13154/294-13379

Numanović, M., & Knobloch, M. (2024). Experimentelle Untersuchungen zum Schubbeulen von Stahl-Beton-Verbundträgern. 24. DASt-Forschungskolloquium, 148–151. https://dast.deutscherstahlbau.de/veroeffentlichungen/dast-kolloquium

Numanović, M., & Knobloch, M. (2023a). Advanced Analysis of Steel Plate Girders Subjected to Web Shear Buckling. Thin-Walled Structures (ICTWS2023). Publiziert. Thin-walled structures (ICTWS2023), Sydney.

Numanović, M., & Knobloch, M. (2023b). Numerical Analysis of Shear Buckling of Steel and Composite Plate Girders under Fire Exposure [Konferenz-Abstract]. In E. Kuligowski & Y. Wang (Hrsg.), Fire safety science (Verlagsversion, Bd. 14).

Numanović, M., & Knobloch, M. (2023c). Numerical modeling of steel‐concrete composite girders exposed to web shear buckling. EUROSTEEL 2023, 6, 1741–1747. https://doi.org/10.1002/cepa.2295

Panoramablick auf den Versuchsaufbau

DIC-Messungen des Stegschubbeulens aus der Ebene

Durchführung des Brandversuchs

Verformter Zustand des Verbundblechträgers