Simulation von Mauerwerk aus Kalksandsteinen unter Brandbeanspruchung

Der Beitrag stellt die Entwicklung eines prognosefähigen Simulationsmodells zur Vorhersage des Verhaltens und der Feuerwiderstandsdauer brandbeanspruchter Mauerwerkswände aus Kalksandsteinen im Rahmen eines europäischen Forschungsprojekts der European Calcium Silicate Producers Association (ECSPA) vor. Wesentliche Elemente des gekoppelten thermisch-mechanischen Simulationsmodells im Finite-Elemente-Programmsystem ANSYS sind die thermische Simulation der Brandbeanspruchung und der daraus resultierenden zeitabhängigen Temperaturverteilung in der Mauerwerkswand sowie die mechanische Simulation mit Hilfe eines temperaturabhängigen nichtlinearen Materialmodells für Mauerwerk zur Prognose der Verformungen, Spannungen, Rissbildungen und Feuerwiderstandsdauer infolge Brandbeanspruchung.

Der Entwicklungsprozess des Simulationsmodells erfolgt mit Hilfe der Optimierungsplattform optiSLang unter Einsatz modernster Analysestrategien der Sensitivitätsanalyse und der System- bzw. Parameteridentifikation.

Mit Hilfe von Sensitivitätsanalysen konnten die wesentlichen Einflussgrößen und physikalischen Phänomene brandbeanspruchter Mauerwerkswände identifiziert werden. Anschließende Parameteridentifikationen mit leistungsfähigen genetischen und evolutionären Optimierungsalgorithmen dienten der inversen Bestimmung der Temperaturabhängigkeit der relevanten Materialparameter. Mit Hilfe des entwickelten dreidimensionalen Simulationsmodells ist es nun möglich, die Feuerwiderstandsdauer und Schädigung brandbeanspruchter Mauerwerkswände mit hoher Qualität sehr realitätsnah vorherzusagen.