Zur detaillierten Erfassung des lokalen Verhaltens von Stahlbetonbauteilen beim Aufprall harter Projektile wurden in der Vergangenheit hauptsächlich im Bereich der militärischen Forschung diverse Beschussversuche durchgeführt, die sich in der Durchführung an die waffentechnischen Versuche zur Entwicklung von Geschossen bzw. Panzerungen anlehnten. Die gewonnenen Erkenntnisse resultierten im Wesentlichen in Näherungsformeln zur Berechnung der erforderlichen Dicke einer Betonschale zur Verhinderung einer Perforation bei Beschuss mit einem starren Projektil. Die entwickelten Näherungsformeln wurden dann auch für den Aufprall von Triebwerkkonstruktionen auf Containments angewendet und haben auch Eingang in die Empfehlungen des KTA gefunden.
Um ein besseres Verständnis derartiger Schädigungsprozesse und von deren Auswirkungen zu erhalten, wurde das vorangegangene GRS-Vorhaben 1501438 (Tankaufprall Phase 1A, TU Dresden) durchgeführt. Die im Rahmen dieses Vorhabens durchgeführten Untersuchungen umfassten v. a. die experimentelle Schädigung von Stahlbetonplatten kleineren bis mittleren Maßstabs unter Verwendung eines starren Impaktors. Die Versuche wurden in der im Zuge des Projektes neu errichteten Fallturmanlage des Otto-Mohr-Laboratoriums des Instituts für Massivbau der TU Dresden mit einer großen Anzahl an betrachteten und variierten Versuchsparametern durchgeführt. Die Auswertung erfolgte bisher vorrangig unter der Betrachtung der maximalen Durchbiegung der Platten infolge der Impaktbelastung. Weiterhin erfolgte im Schlussbericht zum Vorhaben GRS 1501438 eine qualitative Beschreibung der Plattenschädigung.
Der nachfolgende Bericht entstand im Rahmen des Folgevorhabens:
Bauteilverhalten unter stoßartiger Beanspruchung durch aufprallende Behälter (Flugzeugtanks) – Phase 1B: Quantifizierung der Schädigungen des Betongefüges, Teilprojekt: Fallturmversuche (GRS 1501479).
Im Rahmen dieses Nachfolgevorhabens wurden verschiedene Aspekte von Impaktversuchen betrachtet, die kurz zusammengefasst werden sollen.
Hauptsächlich erfolgte eine weiterführende und tiefergreifende Auswertung der Gesamtheit der Versuche, die bereits in Projektphase 1A durchgeführt worden waren, um weitere Erkenntnisse über das Impaktverhalten sowie die Wechselwirkungen zwischen den Belastungs- und Bauteilparametern zu erlangen. Dazu kamen unterschiedliche Methoden der Aufbereitung der Messwerte zur Anwendung, für die die erforderlichen Auswertungsalgorithmen (weiter-)entwickelt wurden. Die Vorgehensweise und die daraus resultierenden Ergebnisse werden ausführlich beschrieben und dargelegt. Ebenso erfolgt eine Darstellung der in der Projektphase 1B zusätzlich durchgeführten Impaktversuche mit Stahlbetonplatten. Diese Versuche dienen zum einen als Eingangsdaten für den Projektpartner BAM und zum anderen zur Klärung von noch offenen Fragestellungen aus der Projektphase 1A. Die gemessenen Kenngrößen wurden systematisch gegenübergestellt, um vorhandene Zusammenhänge zwischen Belastung, Schädigung und Reaktion der Stahlbetonplatte bzw. des Materials herauszustellen. Darauf aufbauend werden der Zweimassenschwinger als mögliches Ingenieurmodell für die Versuchsnachrechnung angewendet und dessen Anwendungsgrenzen dargelegt sowie Möglichkeiten zur Verbesserung, Überarbeitung bzw. Ergänzung dieses Modells aufgezeigt.
Weiterhin werden theoretische Grundlagen der Skalierung von Versuchen zusammengefasst und den vorhandenen Versuchsergebnissen gegenübergestellt. Diese Betrachtung führte bei den im Projekt Tankaufprall Phase 1B durchgeführten Untersuchungen noch zu keinem zufriedenstellenden Ergebnis. Grund hierfür ist, dass aufgrund der begrenzten Versuchszahl noch nicht sämtliche Einflussparameter untersucht werden konnten, die für den Maßstabseffekt von Interesse sind. Vor allem konnte noch keine Quantifizierung der maßgebenden Einflussparameter für die Skalierung von Versuchen vorgenommen werden. Zu diesem Punkt sind Anschlussuntersuchungen in einer weiterführenden Projektphase geplant.
Ergänzend werden die kleinteiligen Versuche beschrieben, mit deren Hilfe die erforderlichen Materialkennwerte bestimmt wurden, die für die Bewertung der Plattenversuche und die Modellbildung nötig sind.
Abschließend sei als Fazit der bisherigen Arbeiten angemerkt, dass es nicht möglich ist, allein durch experimentelle Untersuchungen sämtliche Einflussgrößen detailliert zu analysieren. Aus diesem Grund sind für die Beantwortung der offen gebliebenen Fragen in weiteren Projektphasen umfassende numerische Untersuchungen und begleitende experimentelle Tests in einem überschaubaren Umfang sinnvoll. Mit Hilfe von Simulationen kann ein detaillierterer Einblick in die Versagensmechanismen erhalten werden, welche durch rein experimentelle Untersuchungen oft nicht vollständig und umfassend erfasst werden können.
An dem in diesem Bericht beschriebenen Projekt war als Projektpartner die Bundesanstalt für Materialprüfung (BAM) Berlin beteiligt. Der Schwerpunkt bei den Forschungsarbeiten der BAM lag bei tomografischen Untersuchungen von durch Impakt geschädigten Platten. Hierzu wird der Projektpartner einen gesonderten Bericht vorlegen.