Stahlbetonwände unter Explosionsdrücken (D924)
Allgemeine Angaben:
- Diplomarbeit Nr. D924
- Bearbeiter: Robert Schuler
- Verantwortl. Hochschullehrer: Prof. Dr.-Ing. habil. Ulrich Häußler-Combe
- Betreuer: Jörg Weselek
- Tag der Verteidigung: 18/11/2014
Zusammenfassung
Abweichend von den planmäßigen Einwirkungen können im Verlauf des Lebenszyklus von Tragwerken auch außergewöhnliche Belastungen insbesondere Einwirkungen durch Explosionen eintreten. Die aktuell gültigen Normen stellen lediglich einen Hinweise für die Komplexität dieses Bereiches dar und beinhalten keine umfangreichen Vorschriften. Ziel der Arbeit war es einen Überblick zu dieser Thematik und deren Problemstellungen zu geben.
Zur Berechnung des Verhaltens von Konstruktionen unter dynamischer Beanspruchung wurde die Ermittlung der Belastungen aus Fernfeldexplosionen vorgestellt. Es wurde gezeigt, dass die alleinige Berechnung des einfallenden Explosionsdrucks nicht ausreichend ist, um die bemessungsrelevanten Einwirkungen auf das Bauteil zu erhalten.
Neben den Einwirkungen wurde auch der Bauteilwiderstand untersucht. Dazu wurden die Materialeigenschaften insbesondere von Beton beschrieben. Anhand dieser Kenntnisse konnte das prinzipielle Tragverhalten von Stahlbetonbauteilen charakterisiert werden.
Mit den Grundlagen von Explosionen und dem nichtlinearen Materialverhalten wurden die Möglichkeiten einer strukturdynamischen Modellierung einer Stahlbetonwand aufgezeigt. Anhand eines vereinfachten äquivalenten Einmassenschwingers konnten die Ergebnisse berechnet und mit Hilfe von Vergleichsrechnungen durch das institutseigene FE-Programm ConFem eine ausreichend genaue Ergebnisdarstellung erreicht werden.
Für die Untersuchungen der Explosionsbelastungen sind die Kombinationen aus dem einwirkenden Druck und dem resultierenden Impuls zu beachten und anschaulich im Druck-Impuls-Diagramm dargestellt. Dabei erfolgte die Abgrenzung der Belastungskombinationen in einen Versagensbereich und einen Überlebensbereich. Die Grenze zwischen diesen Bereichen stellt die Versagenskurve der Konstruktion dar.
Abschließend wurde eine nichtlineare Sensitivitätsstudie durchgeführt. Dabei sollten durch Veränderungen von dem Material und der Querschnittsgeometrie Einflüsse auf das dynamische Tragverhalten von Stahlbetonwänden aufgezeigt werden. Während für die Wanddicke und die Bewehrungsmenge große Einflüsse festgestellt worden sind, waren die Betondruckfestigkeit sowie die Normalkrafteinwirkung von untergeordneter Rolle für die Gesamtvarianz der Endergebnisse. Die Ergebnisse der Sensitivitätsanalyse bilden die Grundlage für weiterführende Parameterstudien.