Experimentelle Untersuchung des Verhaltens von Stahlbetonplatten unter Impaktbelastung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Manfred Curbach; Professor Dr. Klaus Thoma
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 219749818

Ein Gebäude oder Bauteil erfährt durch einen Anprall (Impakt) zwei Belastungsformen. Zum einen kommt es in der unmittelbaren Wechselwirkungszone zu lokalen Schädigungs- und Versagensmechanismen, ausgelöst durch die erste Druckwellenfront und die unmittelbar folgende Entlastungswelle. Darüber hinaus treten an weiter entfernten Orten durch Überlagerungen von Primär- und reflektierten Sekundärwellen weitere Versagenseffekte auf. Methoden zur prognosefähigen Beschreibung von lokaler Belastung und globaler Systemantwort liegen derzeit nicht vor. Obwohl Impaktbeanspruchung unter vergleichsweise niedrigen Belastungsgeschwindigkeiten (um 10 m/s) wie zum Beispiel Fahrzeuganprall, Steinschlag im Gebirge oder Störfällen in Industrieanlagen, ein häufiger auftretendes Szenario ist und obwohl auch der Flugzeugimpakt mit Belastungsgeschwindigkeiten von über 100 m/s eine reale Bedrohung darstellt, ist das Tragverhalten unter Impakt bislang nicht konsistent untersucht.Das zentrale Ziel dieses Teilprojekts besteht daher darin, das strukturdynamische Verhalten von Stahlbetonplatten bei einer Impaktbelastung mit Aufprallgeschwindigkeiten von einerseits um 10 m/s und andererseits bis zu mehreren 100 m/s zu untersuchen und ein Ingenieurmodell für eine überschlägige Bemessung zu entwickeln.Dazu werden Impaktversuche messtechnisch so ausgestattet, dass die hervorgerufenen Spannungsund Verformungswellen im Nah- und Fernfeld aufgezeichnet werden können. Dabei werden die transienten Belastungen des Bauteiles mit Verzerrungsraten von 10-5 1/s bis maximal 103 1/s (Impaktort) sowie die transienten Betonspannungen und Auflagerreaktionen erfasst. Über Dehnmessstreifen und High-Speed-Kameras wird die Versagensphänomenologie aufgezeichnet. Für eine Auswahl an Plattengeometrien, -materialien und -bewehrungen sollen in diesem Teilprojekt die Reaktionen auf verschiedene Belastungsszenarien untersucht werden. Darüber hinaus sollen auch die Geometrie, die Geschwindigkeit und die Masse des stoßenden Körpers variiert werden. Diese Experimente stellen Grundlagenuntersuchungen auf dem Gebiet der Impaktforschung dar. Im Teilprojekt soll somit eine konsistente experimentelle Datengrundlage für den Bereich niedriger wie auch höherer Verzerrungsraten geschaffen werden, so dass auf deren Basis mathematische Beschreibungen entwickelt werden können. Diese konsistente Grundlage experimenteller Daten wird zur Validierung der numerischen Simulation verwendet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen