Bauteilverhal­ten bei aufprallenden Behältern (Flugzeugtanks)

Inhaltsverzeichnis

1. 1. 1. Projektdaten
      2. Bericht aus dem Jahrbuch 2020
      3. Bericht aus dem Jahrbuch 2019, Teil I (Experiment)
      4. Bericht aus dem Jahrbuch 2019, Teil II (Numerik)
      5. Bericht aus dem Jahrbuch 2018, Teil I
      6. Bericht aus dem Jahrbuch 2018, Teil II
      7. Bericht aus dem Jahrbuch 2017, Teil I
      8. Bericht aus dem Jahrbuch 2017, Teil II (numerischer Teil)
      9. Bericht aus dem Jahrbuch 2016
      10. Bericht aus dem Jahrbuch 2015
      11. Bericht aus dem Jahrbuch 2014

Projektdaten

Titel | Title Bauteilverhalten unter stoßartiger Beanspruchung durch aufprallende Behälter (Flugzeugtanks) | Structural behaviour under impact loading by the impacting container (aircraft tanks) Förderer | Funding Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) Zeitraum | Period 07/2012 − 12/2014 (Phase 1A) 08/2014 − 07/2016 (Phase 1B) 04/2017 − 09/2020 (Phase 1C) Leiter | Project manager Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Manfred Curbach (experimenteller Teil) Prof. Dr.-Ing. habil. Ulrich Häußler-Combe (numerischer Teil) Bearbeiter | Contributors Tino Kühn M.Sc., Dipl.-Ing. Tilo Senckpiel-Peters, Dipl.-Ing. (FH) Franz Bracklow, Tino Kühn M.Sc. Projektpartner | Project partner BAM – Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Berlin

Das hier vorgestellte Forschungsvorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages unter dem Förderkennzeichen 1501541 gefördert.

Bericht aus dem Jahrbuch 2020

Neue Maßstäbe in der Impaktforschung

Im Rahmen des Projekts Tankaufprall wird am Institut für Massivbau seit nunmehr über neun Jahren das Verhalten von Stahlbeton unter dynamischer Beanspruchung untersucht. Hierbei wurde eine Vielzahl an Impaktversuchen unter Variation diverser Material- bzw. Prüfparameter durchgeführt. Für die Übertragbarkeit der experimentellen Erkenntnisse auf Bauwerksdimensionen sind jedoch zusätzliche Kenntnisse über die Skalierbarkeit und deren Einflussgrößen notwendig, welche projektabschließend Gegenstand der Untersuchungen waren.

Hierfür wurden insgesamt 15 Stahlbetonplatten mit drei unterschiedlichen Maßstäben hergestellt. Alle inneren Parameter, wie beispielsweise die Plattendimensionen, die Bewehrungsdurchmesser und –abstände sowie die Betondeckungen, wurden dabei gleichermaßen verkleinert bzw. vergrößert. Für die Durchführung der Versuche wurde die beschleunigte Konfiguration der Fallanlage des Otto-Mohr-Laboratoriums genutzt. Die Verwendung der ebenfalls geometrisch angepassten Impaktoren stellte dabei eine besondere Schwierigkeit dar. Insbesondere die Änderung des Durchmessers führte in der druckluftgetriebenen Versuchsanlage zwangsläufig zu einer unzureichenden Beschleunigung des Impaktors. Zur Sicherstellung der gewohnten Funktionsweise wurde dieser mit einer Art Treibspiegel ummantelt, welcher die Abdichtung des Zwischenraums von Impaktor und Innenwandung des Rohrs gewährleistet. Somit konnte eine geradlinige und ausreichend beschleunigte Bewegung des Impaktors ermöglicht werden. Im Rahmen zahlreicher Vorversuche wurde die Robustheit dieses Systems ausgiebig untersucht und die Ladedruck-Geschwindigkeits-Beziehungen für jeden Impaktor aufgestellt.

Im Anschluss konnten die Hauptversuche an den vorab hergestellten, skalierten Stahlbetonplatten durchgeführt werden. Insgesamt wurden fünf Geschwindigkeitsstufen getestet – jeweils drei Probekörper unterschiedlichen Maßstabs pro Stufe. Die Geschwindigkeitsabweichungen der verschiedenen Impaktoren konnten, aufgrund der aufgestellten Ladedruckbeziehungen, minimiert werden. Qualitativ wiesen die Probekörper innerhalb der jeweiligen Geschwindigkeitsstufe maßstabs-
übergreifend ähnliche Schädigungen auf. Des Weiteren erfolgte eine Auswertung hinsichtlich quantifizierbarer Schädigungsparameter sowie dem globalen und lokalen Bauteil bzw. Materialverhalten.

Bericht aus dem Jahrbuch 2019, Teil I (Experiment)

Höchstgeschwindigkeit bis 270 km/h

Das Verhalten von Stahlbeton unter statischen Bedingungen gilt als weitgehend gut erforscht. Im Hinblick auf dynamische Einwirkungen bestehen jedoch noch Wissenslücken, welche es zum Schutz der kritischen Infrastruktur vor natürlichen und technischen Risiken oder Terroranschlägen zu schließen gilt. Für ein besseres Verständnis des Materialverhaltens von Stahlbeton unter hohen Belastungsgeschwindigkeiten wurde daher das Projekt Tankaufprall initiiert. In dem aktuell bewilligten dritten Teil der ersten Phase, sollen die in den vorangegangenen zwei Projektabschnitten durchgeführten Versuche ergänzt und systematisch erweitert werden.

Für die Durchführung der Impaktversuche steht dem Institut für Massivbau die Fallanlage des Otto-Mohr-Laboratoriums in der beschleunigten Konfiguration zur Verfügung. Die Experimente zum Einfluss der Plattendicke auf den Impaktwiderstand von Stahlbetonplatten sowie auch die Versuche mit variierender Biege- und Bügelbewehrung konnten bereits abgeschlossen werden. Das Hauptaugenmerk lag hierbei auf der experimentellen Abbildung verschiedener Schädigungsstufen, welche vom Auftreten erster Biegerisse bis hin zum Durchstanzversagen des Stahlbetons durch eine vollständige Perforation durch den Impaktor reichen. Für die Beurteilung des Materialverhaltens und einer nachträglichen Schädigungsanalyse wurden während der Versuche an verschiedenen Punkten Durchbiegungen und Eigenfrequenzen gemessen sowie die Durchlässigkeit der geschädigten Platten unter atmosphärischem Druck nachträglich getestet. Zusätzlich erfolgte die Beurteilung des Durchstanzwinkels am Querschnitt der im Nachgang zersägten Probekörper.

Für eine mögliche Übertragbarkeit von Versuchsergebnissen auf reale Bauwerksdimensionen sind Versuche zum Maßstabseinfluss projektabschließend vorgesehen. In Vorbereitung hierfür wurden bereits Probekörper mit einheitlich skalierten Plattengeometrien und Bewehrungsanordnungen hergestellt. Diese sollen anschließend unter gleichermaßen angepassten Versuchsparametern geprüft und ausgewertet werden.

Bericht aus dem Jahrbuch 2019, Teil II (Numerik)

Impaktversuche rein virtueller Strukturen

Aufbauend auf den bisherigen experimentellen Ergebnissen wurde ein numerisches Modell erstellt, mit Hilfe dessen es möglich sein soll, die realen Experimente möglichst exakt abzubilden. Die Simulationen dienen nicht dem Selbstzweck, sondern im Wesentlichen der Unterstützung der experimentellen Methoden, der Abschätzung sinnvoller Versuchsanordnungen und der Extrapolation der gewonnenen Erkenntnisse auf allgemeinere Strukturen.

Die Methode wurde in LSDyna, auf Basis der FEM mit einer diskreten Bewehrungsanordnung mit Balkenmodellen, erstellt. Es konnte gezeigt werden, dass als Stoffgesetz das Schwer Murray Cap Model die experimentell gewonnenen Ergebnisse bei geringen Geschwindigkeiten am besten abbildet. Bei höheren Geschwindigkeiten als den bisher betrachteten versagt dieses Gesetz allerdings, sodass eine vollständige Neubetrachtung des werkstoffseitigen Verhaltens über den gesamten Geschwindigkeitsbereich notwendig ist.

In ähnlicher Weise trifft dies auch für die Einbindung der diskreten Bewehrung zu. Hierfür wird aktuell an einer zufriedenstellenden Lösung gearbeitet. Zuarbeiten aus momentan parallel laufenden Projekten zur korrekten Bewehrungsabbildung könnten hierbei einen Durchbruch liefern. Einige Arbeitspunkte des numerischen Projektteils und die Nachrechnung der experimentell gewonnenen Ergebnisse wurden daher zu Gunsten der Untersuchungen zu den Impaktoren zurückgestellt.

In diesem Themenbereich wurde mit unterschiedlichen numerischen Modellen das Szenario eines gekoppelten Impaktereignisses betrachtet, welches sich aus einem Aufprall eines starren Impaktors und dem anschließenden Auftreffen eines deformierbaren Impaktors zusammensetzt. Es wurden Modelle mit alternativen Impaktorvarianten entwickelt. Auf Basis dieser Modelle wurden die experimentellen Randbedingungen ermittelt. Es wurden Zusammenhänge zwischen Massen, Energien und Geschwindigkeiten für die einzelnen Beanspruchungsarten und Impaktovarianten analysiert. Hieraus lassen sich Vergleichsparameter bei konstantem Schädigungsgrad ableiten.

Bericht aus dem Jahrbuch 2018, Teil I

Impaktforschung – langsam wird es ernst

Seit mehr als 8 Jahren werden am IMB Betonstrukturen auf unterschiedlichste Weise dynamisch beansprucht. Unter der Überschrift „Impaktforschung“ verbergen sich dabei Versuche auf struktureller und materieller Ebene. Begonnen hat alles mit Freifallversuchen auf Betonplatten aus wenigen Metern Höhe mit handlichen Gewichten. Inzwischen wurde eine Anlage hierfür installiert, die Gewichte von bis zu 2,5 Tonnen aus maximal 10 Metern Höhe fallen lassen kann. Parallel dazu wurde Kompetenz in der hochdynamischen Werkstoffcharakterisierung aufgebaut. Hierfür entstanden mehrere Split-Hopkinson-Bar Anlagen, an denen seither tausende Versuche durchgeführt wurden.

Schnell zeigte sich, dass sich die wesentlich interessanteren strukturellen Effekte bei höheren Geschwindigkeiten einstellen. Mit der Beschleunigeranlage am OML wurden seither einige hundert Versuche in Geschwindigkeitsbereichen von bis zu 100 m/s durchgeführt und analysiert. Es zeigte sich, dass die Kapazität der Anlage bei weitem noch nicht erschöpft ist und auch Geschwindigkeiten bis zu 250 m/s realisierbar waren.

Seit dem Projektstart von Tankaufprall 1C wird verstärkt auf den numerischen Part gesetzt, denn die Versuche sind nur Gewinn bringend, wenn sie in geeigneter Weise auf dieser Ebene abgebildet und reproduziert werden können. Hier fließen die Erfahrungen der Projekte seit 2010 ein. Damals wurde mit dem VERD-Modell die Grundlage einer stofflichen Beschreibung auf makroskopischer Ebene gelegt. Seither entwickelte sich die Numerik parallel auf meso- und makroskopischer Ebene weiter. Die Integration der Erfahrungen aus dynamischen Verbundversuchen ermöglicht es nunmehr, die Gesamtstruktur mit all ihren Einflussgrößen zu studieren. 2017 wurde hierzu mit Vorstudien zu unterschiedlichen Projektilvarianten begonnen, mit dem Ziel einer vollumfänglichen Abbildung der wesentlichen Impaktszenarien. Im Hinblick auf Phase 2 wird es erstmals möglich sein, eine komplexe Gesamtstruktur zu beschreiben und die Schädigungsmechanismen vorherzusagen. Es wird also ernst mit den Bestrebungen der strukturellen Dimensionierung und Verstärkung einer derartigen Großstruktur.

Das diesem Bericht zugrunde liegende Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages unter dem Förderkennzeichen 1501541 gefördert.

Bericht aus dem Jahrbuch 2018, Teil II

Stahlbeton unter Impakt - aller guten Dinge sind drei

Dem Verbundwerkstoff Stahlbeton kommt im Bereich des Bauens wortwörtlich sowie auch im übertragenen Sinne eine tragende Rolle zu. Trotz langjähriger Forschungen sind dabei weiterhin Fragen zum Materialverhalten offen, insbesondere unter dynamischer Belastung. Um diese zu beantworten, sollen die in den vorangegangenen zwei Projektphasen Tankaufprall 1A und 1B durchgeführten Versuche weiter ergänzt und damit der Einfluss verschiedenster Parameter systematisch untersucht werden.

Im Rahmen der dritten Phase 1C werden dazu weitere Plattenversuche im beschleunigten Modus der Fallanlage des Otto-Mohr-Laboratoriums durchgeführt. Hierbei steht vor allem die Variation von äußeren und inneren Parametern im Vordergrund. Diese umfassen neben der Änderung von Plattendicke auch die Modifikation der verwendeten Biegebewehrung. Es wird weiterhin davon ausgegangen, dass der Einsatz von Schubbewehrung signifikante Auswirkungen auf das Schädigungsverhalten der Platten besitzt, sodass die Anordnung verschiedener Bügel ebenfalls Gegenstand des Versuchsplans ist. Alle Versuche werden mit variierenden Impaktorgeschwindigkeiten durchgeführt und bilden die Grundlage für weitere Untersuchungen zum Maßstabseffekt sowie zur detaillierten numerischen Abbildung der Impaktversuche. Auf diese Weise sollen die erzielten Erkenntnisse auf größere Bauteilstrukturen skaliert werden.

Neben der anspruchsvollen messtechnischen Erfassung der Versuche mit Messraten bis in den Megahertzbereich werden im Rahmen der Schädigungsbeurteilung weitere begleitende Untersuchungen, wie die Eindringprüfung von Flüssigkeiten unter atmosphärischem bzw. höherem Druck oder die direkte Analyse des Schädigungsbildes an den durchgesägten Plattenhälften, vorgenommen. Dabei nicht sichtbare Erscheinungen, beispielsweise Mikrorissbildung, fließen infolge der planartomographischen Untersuchung an der Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung in die Versuchsauswertung ein.

Bericht aus dem Jahrbuch 2017, Teil I

Impaktversuche in der dritten Runde

Bewehrter Beton ist das bevorzugte Material für den Bau von Kraftwerken, sowohl für den Neubau als auch für eventuell geplante nachträgliche Ummantelungen. Trotz Jahrzehnten intensiver Forschung gibt es noch offene Fragen zum komplexen Materialverhalten bei hochdynamischer Belastung speziell im zivilen Bereich. In den zwei bisherigen Projektphasen zu diesem Thema wurde ein grundlegendes experimentelles Verständnis für Beanspruchungen bei Impaktereignissen entwickelt. In der dritten Phase werden nun die lokalen Effekte vorerst rein numerisch evaluiert und darauf aufbauend die geplanten Versuche im Vorfeld optimiert. Schließlich fließen alle Erkenntnisse in einem Großversuch zusammen.

Im aktuellen Fokus stehen Untersuchungen zur hinreichend genauen numerischen Abbildung des Verbundverhaltens zwischen Bewehrungsstahl und Betonmatrix, die Skalierbarkeit der Experimente auf reale Bauteilgeometrien sowie die Optimierung einer beanspruchungsgerechten Bewehrungsanordnung. Die Modellierung der Kopplung zwischen Bewehrung und Betonmatrix stellt auf dieser makroskopischen Skalierungsebene eine besondere Herausforderung dar. Nur durch eine diskrete Modellierung der Bewehrung können genügend Informationen über die auftretenden Schädigungsmechanismen erhalten werden. Momentan erfolgt diese Modellierung durch starre Kopplung der jeweiligen Knoten, was zu leichten Verfälschungen der Ergebnisse speziell bei der Integration von Bügelbewehrungen führen kann. Durch Parameterstudien mit verschiedenen Abbildungsvarianten kann gezeigt werden, dass diese Methode zwar das globale Bauteilverhalten gut abbildet, allerdings lokale Effekte unzureichend berücksichtigt werden. Beispielsweise lässt sich eine quer zur Bewehrungsachse verlaufende Beanspruchung nicht wirklich berücksichtigen.

Es kann weiterhin der Einfluss von flüssigkeitsgefüllten oder Hohlkörperimpaktoren mit ihren variablen Steifigkeiten verdeutlicht werden. Diese provozieren ein deutlich anderes Bauteilverhalten als die bisher untersuchten massiven Starrkörper. Es wurde gezeigt, dass durch eine entsprechende Kopplung von Finite-Elemente- und SPH-Methoden (SPH = smoothed-particle hydrodynamics) plausible Effekte und Kenngrößen rein numerisch erzeugt werden können.

Bericht aus dem Jahrbuch 2017, Teil II (numerischer Teil)

Einschlägige Verbundmodelle                                  

Wie in dem vorhergehenden Bericht „Impaktversuche in der dritten Runde“ bereits erwähnt, sind numerische Untersuchungen durchgeführt worden, um die Möglichkeiten der Abbildung des Verbundverhaltens zwischen dem Bewehrungsstahl und der Betonmatrix genauer zu berücksichtigen. Hierfür sind innerhalb des Projekts in einem separaten Arbeitspaket mithilfe einer Finite-Elemente-Simulation virtuelle Ausziehversuche durchgeführt worden. Im dazugehörigen FE-Modell war der virtuelle Probekörper in der Form gestaltet, wie er für die experimentelle Prüfung des Verbundverhaltens für gerippten und profilierten Bewehrungsstahl nach DIN EN 10080 normiert ist. Hierbei wird ein in einem Betonwürfel eingefügter Stab mit einer Zugkraft beaufschlagt. Das Versuchsergebnis ist eine Zugkraft-Schlupf-Beziehung, wobei der Schlupf die relative Verschiebung zwischen Stahl und Beton ist. Die Ergebnisse aus den Simulationen wurden mit denen aus experimentellen Tests bzw. mit Daten aus der Literatur verglichen.

Für die Berücksichtigung der Verbundmechanismen sind verschiedene Verbundmodelle umgesetzt worden. Im bisherigen Computermodell wurde die Anbindung der Balkenelemente der Quer- und Biegebewehrung an die Volumenelemente des Betons – wie üblich in der Stahlbetonsimulation – mit Hilfe von festen Knotenverbindungen umgesetzt. Durch diese Art der Modellierung wird jedoch der Schlupf, welcher in der Realität auftritt, vernachlässigt. Um die Genauigkeit der Simulation also zu erhöhen und um den Schlupf der Bewehrung bei der Verwendung von Balkenelementen zuzulassen, wurden darauf aufbauend alternative Verbundmodelle berücksichtigt. Diese sind hinsichtlich ihrer Eignung, Genauigkeit und Umsetzbarkeit in Parameterstudien näher untersucht worden. Hierbei wurde die übliche Vorgehensweise bei der Verbundmodel-lierung mit dem Einsatz von Federelementen und der Anwendung von sogenannten constraints (Nebenbedingungen) verglichen. Gute Ergebnisse wurden bei letzterem erzielt. Neben der realitätsnahen Abbildung des Schlupfes bietet diese Möglichkeit nämlich einen zusätzlichen Vorteil: Das Finite-Elemente-Netz der Balkenelemente kann unabhängig von dem Netz der Volumenelemente definiert werden.

Bericht aus dem Jahrbuch 2016

Plattenversuche mit durchschlagender Wirkung                                                                     

Wie sich eine Stahlbetonplatte bei ruhender bzw. statischer Belastung verhält und welche Bauteilwiderstände gegenüber solchen Belastungen vorhanden sind, ist allgemein bekannt. Solchen Bauteilen begegnen wir alltäglich in der Form von raumabschließenden Elementen oder Deckenplatten. Doch wie verhält sich eine solche Deckenplatte im Falle einer stoßartigen Beanspruchung? Welche Schädigung ist zu erwarten und welche verbleibende Tragkapazität ist nach einer solchen Belastung noch vorhanden? Diese Fragestellungen werden im Projekt „Tankaufprall“ untersucht.

In dem sich bereits in der Phase 1B befindlichen Projekt wurde eine große Anzahl an Stahlbetonplatten unter Impaktbeanspruchung untersucht. Eine wichtige Grundsatzfrage, die sich hierbei stellt, ist: was genau ist eine Impaktbelastung? Im Gegensatz zu statischen Belastungen muss bspw. zwischen „weichen“ und „harten“ Impaktvorgängen unterschieden werden. Die Differenzierung findet hierbei anhand der Interaktion zwischen getroffenem Objekt (in diesem Fall der Stahlbetonplatte) und dem Impaktor statt. Ein harter Impakt liegt vor, wenn sich der verwendete Impaktor selbst sehr starr verhält und bei dem Impaktvorgang nicht signifikant deformiert wird. Im Gegensatz zu dem Impaktor erfährt die Stahlbetonplatte jedoch eine erhebliche Deformation. Im hier vorgestellten Forschungsprojekt wird die Wirkung eines harten Impakts auf Stahlbetonplatten untersucht.

Ziel ist es, Zusammenhänge zwischen der Belastung und der entstehenden Schädigung zu untersuchen, um letztendlich den Impaktprozess und das daraus resultierende Material- und Bauteilverhalten zu verstehen. Die Schädigungsuntersuchung der Stahlbetonplatten erfolgt in diesem Forschungsprojekt durch den Projektpartner BAM in Berlin. Hierbei wird eine zerstörungsfreie Methode der Bauteilprüfung, konkret die Planartomographie, angewendet. Mit Hilfe dieses Untersuchungsverfahrens ist es möglich, in das Innere der Stahlbetonplatte zu sehen und Erkenntnisse über Rissverläufe und Rissgrößen zu erlangen. Mit diesen Erkenntnissen soll ein Rückschluss auf die innere Schädigung der Stahlbetonplatte gezogen werden.

Bericht aus dem Jahrbuch 2015

Stahlbetonplatten unter Impakt​

​Seit den Ereignissen des 11.09.2001 ist das Szenario, dass ein Bauwerk von einem Flugzeug getroffen wird, kein rein theoretisches Problem für die zu betrachteten Bemessungssituationen im Bauwesen mehr. Ungeachtet der Ursache eines solchen Ereignisses besteht die Aufgabe von Ingenieuren darin, dieses Belastungsszenario zu berücksichtigen und die Standsicherheit eines Bauwerks zu gewährleisten. Mit den Untersuchungen im aktuellen Forschungsvorhaben soll betrachtet werden, mit welchen Methoden und Modellen diese Berechnungen durchgeführt werden können, um den Ingenieuren in der Praxis die richtigen Hilfsmittel an die Hand zu geben.

Um diese Modelle mit Messdaten zu hinterlegen, wurden bereits im Vorjahr in mehreren Versuchsreihen Impaktversuche mit Stahlbetonplatten im Fallturm des Otto-Mohr-Laboratoriums durchgeführt. Dabei wurden beispielsweise unterschiedliche Plattenabmessungen, Bewehrungsgehalte und Impaktmassen sowie durch variable Fallhöhen auch verschiedene Impaktgeschwindigkeiten betrachtet. In diesem Jahr folgten weitere zehn Versuche, um die Datengrundlage zu komplettieren. Insgesamt wurden im Rahmen dieses Projektes über 70 Impaktversuche mit Stahlbetonplatten durchgeführt. Anhand der gesammelten Versuchsdaten wurden das Tragverhalten und die sich jeweils einstellende Schädigung der Stahlbetonplatten untersucht. Dabei konnten Versagensbilder von Biegerissen bis hin zu vollständig ausgebildeten Ausbruchkegeln an den Stahlbetonplatten festgestellt werden. Die auftretenden Versagensbilder sind dabei vor allem von der jeweiligen Fallgeschwindigkeit des Impaktors abhängig.
Aber nicht nur die von außen sichtbare Beschädigung der Proben ist von Interesse. An der BAM in Berlin wird versucht, mittels tomographischer Methoden ins Innere der vorgeschädigten Platten zu schauen, um das Schädigungsausmaß quantifizieren zu können.

Ein weiterer Schwerpunkt in diesem Projekt ist die Betrachtung von Maßstabseffekten, um nach Möglichkeit einen standardisierten kleinmaßstäblichen Versuch zur Bestimmung des Impaktwiderstandes einer Stahlbetonplatte zu entwickeln, da reale Bauteilgrößen, wie z. B. bei den Außenhüllen von Kernkraftwerken, versuchstechnisch nur schwer zu meistern sind. Des Weiteren ist ein Berechnungsmodell für die Nachrechnung der durchgeführten Impaktversuche in Arbeit.

Bericht aus dem Jahrbuch 2014

Stahlbetonplatten unter stoßartiger Belastung

Stahlbetonplatten kommen üblicherweise in Form von Decken, Flachdächern oder auch als befahrbarer Teil von Brücken zum Einsatz. Dabei werden sie im Normalfall statisch beansprucht, was bedeutet, dass die Lasten in gemäßigtem Tempo aufgebracht werden, beispielsweise in Form von Möbeln auf Geschossdecken oder auch von Fahrzeugen auf Brücken. Neben diesen üblichen Beanspruchungen können aber auch in Ausnahmefällen extreme Lasten auftreten, welche sich neben deutlich höheren Absolutwerten oft auch durch eine höhere Belastungsgeschwindigkeit von den „normalen“ Lasten unterscheiden. Beispiele hierfür sind Erdbeben, Fahrzeuganprall oder auch herabstürzende Felsblöcke im Gebirge. Insbesondere der Lastfall An- oder Aufprall von Objekten mit hoher Geschwindigkeit führt zu extremen stoßartigen Beanspruchungen von Bauteilen oder Bauwerken in einem sehr kurzen Zeitraum.

Um beispielsweise Platten gegen solche Arten der Beanspruchung ausreichend widerstandsfähig ausbilden zu können, ist es erforderlich, das Verhalten dieser Bauteile unter den beschriebenen Bedingungen zu kennen. Dazu werden aktuell über 50 Platten in einem Fallturm getestet. Bei diesen Tests wird ein Impaktor mit einer Masse zwischen 600 kg und 1500 kg aus verschiedenen Höhen zwischen einem und vier Metern definiert auf Platten verschiedener Geometrie und Tragfähigkeit fallen gelassen. Für die Auswertung sind dabei die wirkenden Kräfte sowie die auftretenden Verformungen und Schädigungen von Interesse.

Erste Ergebnisse liegen vor. Wie erwartet, nimmt beispielsweise mit zunehmender Fallhöhe und Fallmasse die Schädigung der Platten zu. Jedoch nimmt ab einer gewissen Kombination aus Höhe und Masse gleichzeitig die maximale Durchbiegung des nicht zerstörten Teiles der Versuchsplatte ab. Ursache ist ein veränderter Versagensmechanismus. Bei geringeren Beanspruchungen wird die Platte primär auf Biegung beansprucht, wohingegen mit zunehmender Fallhöhe oder Fallmasse das Durchstanzen der Platte in den Vordergrund tritt.

Zum Abschluss des Projektes soll es dann möglich sein, anhand der gewonnenen Erkenntnisse das Verhalten von Stahlbetonplatten bei ähnlichen Belastungsverhältnissen vorherzusagen, um sie somit im Umkehrschluss ausreichend tragsicher konzipieren zu können.