Gekoppelte Impaktereignisse (Tankaufprall Phase 2)
Inhaltsverzeichnis
Projektdaten
|
Titel | Title |
Gefördert durch: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages unter dem Förderkennzeichen 1501647.
Bericht aus dem Jahrbuch 2023
Aufprall auf Betonstrukturen
Verformbare Impaktoren nach der Aufprallprüfung
Betonbauwerke der kritischen Infrastruktur benötigen gemäß Normung einen Standsicherheitsnachweis für den außergewöhnlichen Lastfall Anprall. Beim lokalen Nachweis für das dem Anprall zugewandte Bauteil sind dessen Schutzwirkung durch Absorbierung der Anprallenergie sowie, wenn notwendig, die Resttragfähigkeit zu bestimmen. Dies dient der Sicherstellung des Schutzes sekundär Betroffener, also zum Beispiel Menschen. Aktuell starke Verbesserungen in Material- und Strukturfestigkeit erfordert deshalb eine detaillierte Erforschung der Widerstandsfähigkeit von Betonbauteilen.
Im Vorhaben Tankaufprall Phase 2 wird die bisherige Forschung über das Bauteilverhalten von Stahlbetonplatten unter stoßartiger Beanspruchung durch aufprallende Behälter fortgeführt. Es wird detailliert ein gekoppeltes Anprallereignis betrachtet, bei dem im Anprallverlauf erst ein harter Gegenstand auf die Betonoberfläche trifft und nachfolgend ein weicher verformbarer. Im Anschluss an diese Anprallvorgänge soll zudem ein mögliches Eindringen von Flüssigkeiten in die entstandenen Rissstrukturen experimentell untersucht werden.
Für die Erforschung der Anprallvorgänge wird der institutseigene große Fallturm verwendet. In diesem können zylinderförmige Impaktoren mit einem Durchmesser von 10 cm und einer Masse von bis zu 100 kg mit Luftdruck beschleunigt auf Betonkörper geschossen werden. Der Anprallvorgang sowie das Strukturverhalten werden dabei messtechnisch mit verschiedenen Sensoren dokumentiert und mit Hochgeschwindigkeitskameras zur digitalen Bildkorrelation begleitet.
Ziel ist es, mit den Versuchsergebnissen die Zusammenhänge zwischen Anprallenergie, Schädigungszustand und Rissgrößen zu ermitteln. In ersten Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass ein auf einen harten Anprall folgender weicher Anprall mit gleichem Energieeintrag die sichtbaren Rissstrukturen weitet und einen vergrößerten Ausbruchkegel an der Betonoberfläche erzeugt.
Ein weiteres Hauptziel ist es, die Möglichkeiten der numerischen Modellierung und Analyse von anprallbeanspruchten Bauteilen zu verbessern. Eine detaillierte Untersuchung soll helfen, ein geeignetes Materialmodell zu kalibrieren, welches für den Entwurf von Schutzbauteilen eingesetzt werden kann.
Bericht aus dem Jahrbuch 2022
Aufprall mit deformierbarem Objekt
Zur Validierung des numerischen Modells werden Balkenproben und Photogrammetrie verwendet
Die bauliche Sicherheit der kritischen Infrastruktur gegenüber natürlichen oder technischen Risiken wird in der Fachwelt seit jeher diskutiert. Seit den neuesten globalen Entwicklungen ist die Sicherheit von Kernkraftwerken wieder stärker in den Blickpunkt der Öffentlichkeit gerückt. Bewehrter Beton ist das bevorzugte Material für den Bau von Kraftwerken, sowohl für den Neubau als auch für eventuell geplante nachträgliche Ummantelungen. Trotz vieler Jahrzehnte weltweiter intensiver Forschung gibt es noch offene Fragen zum komplexen Struktur- und Materialverhalten beim Aufprall von verformbaren oder steifen Objekten auf Beton. Ein Ziel im Projekt Tankaufprall – Projektphase 2 – ist deshalb die grundlegende Untersuchung von Betonstrukturen im großmaßstäblichen Umfang, um die auftretende Schädigung infolge eines ganzheitlichen Anprallereignisses beurteilen zu können.
Das Projekt baut auf umfangreichen Vorarbeiten aus der Projektphase 1 auf. Anhand der Ergebnisse wurden Zusammenhänge zwischen Impaktenergie, Schädigungsmuster und Rissvolumen abschätzbar. In Projektphase 2 sollen nun Betonstrukturen unter kombinierter Lasteinwirkung – Impakt mit hartem sowie anschließendem weichem Stoß inklusive möglichem Eindringen von brennbaren Flüssigkeiten – untersucht werden. Die experimentellen Ergebnisse werden mit umfangreichen numerischen Untersuchungen begleitet und ergänzt.
Mit den generierten Schädigungsmustern werden weitere Auswirkungen aus sekundären Lasten wie einer Treibstoffbeaufschlagung untersucht. Zu betrachten sind dabei die Art des Brandszenarios in Abhängigkeit von Schädigungsform und -grad sowie anderer belastungsbezogener Parameter. So könnten sich auf der Oberfläche brennbare Lachen bilden oder der in den Betonkörper eingedrungene Treibstoff kann sich entzünden. Forschungsrelevant hierzu sind die Bedingungen, unter denen das jeweilige Szenario eintritt, sowie die Auswirkungen der Szenarien auf die geschädigte Struktur als auch auf die Schutzobjekte.