Bauteilverhalten unter stoßartiger Beanspruchung durch aufprallende Behälter (Flugzeugtanks): Phase 1C: Experimentelle und numerische Untersuchungen zu Maßstabseffekten, Versagensmechanismen und Bauteilschädigung - Abschlussbericht: Reaktorsicherheitsforschung Vorhaben-Nr. 1501541

Publikation: Buch/Konferenzbericht/Sammelband/GutachtenMonographieBeigetragen

Beitragende

Abstract

Seit nunmehr über 100 Jahren schreibt der Werkstoff Stahlbeton an seiner Erfolgsgeschichte als Allzwecklösung für Häuser, Brücken und eine Vielzahl anderer Ingenieurbauwerke. Angesichts dieser Einsatzmöglichkeiten und den damit verbundenen Anforderungen wurde die statische Wirkungsweise im Laufe der Zeit kontinuierlich erforscht und weiterentwickelt. Im Bereich der kurzzeitigen Belastungen, welche beispielsweise bei Schutzkonstruktionen auftreten können, besteht bei der Verwendung von bewehrtem Beton jedoch noch Forschungsbedarf hinsichtlich des dynamischen Verhaltens. Hierzu konnten im Vorfeld der vorliegenden Projektphase bereits zahlreiche eigene, von der Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) geförderte Vorarbeiten durchgeführt werden. Im Rahmen des GRS-Vorhabens 1501438 (Tankaufprall Phase 1A, TU Dresden) wurde zunächst eine Fallanlage zur Durchführung von erd- bzw. druckluftbeschleunigten Impaktversuchen am Otto-Mohr-Laboratorium (OML) konzipiert und errichtet. In einer anschließenden Parameterstudie konnten anhand von 60 Freifallversuchen die Einflüsse variierender Fallhöhen, Fallmassen, Impaktordurchmesser, Plattengeometrien sowie unterschiedlicher Betongüten und Bewehrungskonfigurationen untersucht werden. Die Auswertung erfolgte über die gemessenen Durchbiegungen sowie aufgetretenen Schädigungen, welche mithilfe einer qualitativen Schädigungsbeschreibung beurteilt wurden. Die Nachrechnung der Versuche konnte durch ein entwickeltes Zweimassenschwingermodell realisiert werden.
An diesen Kenntnisstand anknüpfend erfolgte im Rahmen des GRS-Vorhabens 1501479 (Phase 1B, TU Dresden) weiterführend eine tiefgreifendere Auswertung der durchgeführten Experimente unter anderem auch im Hinblick auf die zusätzlich erarbeiteten theoretischen Grundlagen zur Maßstäblichkeit. Die Arbeiten am vorhandenen Zweimassenschwingermodell konnten ebenfalls fortgeführt und zu einem Bemessungsansatz auf Basis eines Dreimassenschwingers erweitert werden. Neben der Realisierung von kleinteiligen Versuchen zur Ermittlung der für die Modellbildung notwendigen Materialparameter konnten auch weitere Impaktversuche unter der Verwendung der beschleunigten Konfiguration der Fallanlage durchgeführt werden. Im Rahmen von insgesamt 19 Experimenten wurden die Einflussparameter Impaktgeschwindigkeit, Impaktorlänge und -spitzenform sowie Betongüte unter intensivierter messtechnischer Begleitung untersucht. Für die Beurteilung der aufgetretenen Plattenschädigungen wurden, gemeinsam mit der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM, GRS-Vorhaben 1501477), erweiterte Kenntnisse erarbeitet.
Bis zu diesem Punkt wurden zusammenfassend sowohl Freifall- als auch beschleunigte Impaktversuche durchgeführt. Hierbei konnte vor allem der Einfluss äußerer Versuchsparameter hinsichtlich der Plattendurchbiegung untersucht und die aufgetretenen Schädigungen qualitativ klassifiziert werden. Für ein tiefgreifenderes Verständnis des Trag- und Verformungsverhaltens von Stahlbetonplatten unter stoßartiger Belastung bestand jedoch die Notwendigkeit, auch der Variation von inneren Parametern intensiver Beachtung zu schenken. Die durch einen Impakt hervorgerufenen Schädigungen der Stahlbetonplatte sollten dabei nicht ausschließlich qualitativ in die Gesamtbetrachtung einbezogen werden. Auf Grundlage der beschriebenen Ausgangssituation entstand der vorliegende Bericht als Abschluss des Folgevorhabens \textbf{Bauteilverhalten unter stoßartiger Beanspruchung durch aufprallende Behälter (Flugzeugtanks) -- Phase 1C: Experimentelle und numerische Untersuchungen zu Maßstabseffekten, Versagensmechanismen und Bauteilschädigung (GRS 1501541)}.
Hauptaugenmerk der hierin durchgeführten Untersuchungen lag vor allem auf den äußeren Plattendimensionen und den inneren Parametern wie Bewehrungsdurchmesser bzw. -abstand sowie verschiedenen Bügelbewehrungsvarianten, deren Einfluss bis dato wenig untersucht und nicht klar beschreibbar war. Unter diesem Gesichtspunkt wurden auch die Auswirkungen unterschiedlicher Skalierungsfaktoren analysiert. Um dabei die Interaktionen und Einflüsse in ihrer Gesamtheit erfassen zu können, war eine große Anzahl von Impaktversuchen im Rahmen eines aussagekräftigen Versuchsrasters notwendig, was eine systematische experimentelle Untersuchung gewährleistete. Angesichts dieser Tatsache wurden insgesamt 102 beschleunigte Impaktversuche durchgeführt und die dabei aufgetretenen Schädigungen durch Eindringversuche ohne zusätzlich aufgebrachten Druck sowie anhand messbarer Größen systematisch evaluiert. Gleichzeitig erfolgten an der BAM weitere Untersuchungen zur Schadensbeurteilung (GRS-Vorhaben 1501542), welche in einem gesonderten Bericht vorliegen.
Für die Analyse aller Einflussgrößen und deren Wirkung wurden zusätzlich zu den experimentellen erstmalig auch vertiefte numerische Untersuchungen durchgeführt. Hiermit konnten Impaktversuche detailliert nachgebildet werden, was einerseits einer optimalen Vorausplanung der experimentellen Untersuchungen, andererseits dem besseren Verständnis der daraus resultierenden Beobachtungen diente. Zusätzlich konnte durch die Numerik beispielsweise auch der Einfluss von flüssigkeitsgefüllten oder Hohlkörperimpaktoren untersucht werden, welche in Verbindung mit den gewonnenen experimentellen Erkenntnissen die Grundlage der in Projektphase 2 geplanten Großversuche mit kombinierter Impakt- und Brandbelastung darstellen.

Details

OriginalspracheDeutsch
ErscheinungsortDresden
VerlagTechnische Universit
Seitenumfang517
PublikationsstatusVeröffentlicht - März 2021
Peer-Review-StatusNein

Externe IDs

ORCID /0000-0002-1596-7164/work/111044147

Schlagworte