23/11/2015 - Untersuchung der Wirkung von Explosionen in der Nähe auf strukturelle Elemente

Menéame

El Sprengstoffgruppe der Technische Hochschule für Bergbau- und Energieingenieure der Polytechnische Universität Madrid (UPM) hat ein numerisches Modell entwickelt, das es ermöglicht, das Verhalten von Stahlbeton gegen nahe gelegene Sprengladungen zu untersuchen. Es ist das Ergebnis des SEGTRANS-Projekts, das vom Zentrum für industrielle technologische Entwicklung (CDTI) im Rahmen des Programms Technologiefonds und Integrierte Projekte.

Bewehrter Beton ist eines der wichtigsten Materialien, die beim Bau von Verkehrsterminals und Kommunikationsinfrastrukturen eingesetzt werden. Die Gründe sind viele: Preis, Verschleißfestigkeit oder Feuer, einfache Handhabung und gute mechanische Eigenschaften. Die Verwendung von improvisierten Sprengstoffen (auch bekannt als EID) bei jüngsten Terroranschlägen, wie etwa in Madrid (2004), Stockholm (2010), Moskau (2011) und Boston (2013), zeigt jedoch, dass diese Strukturen angesichts solcher Angriffe sehr anfällig sind.

Um die Explosionsbeständigkeit dieser Materialien zu verbessern, wird auf zwei Wegen gearbeitet. Die erste besteht darin, Fasern (Stahl, Kohle, Glas oder Polypropylen) als innere Verstärkung in den Beton aufzunehmen, was als verstärkter Beton bekannt ist. Die zweite besteht darin, den Beton mit Elementen wie Aluminiumschaum oder Stahlblech zu beschichten. Beide Techniken sind komplex, in einigen Fällen kostspielig, und sie sind nicht immer die endgültige Lösung. Die numerische Simulation ermöglicht es jedoch im Voraus, das Verhalten dieser Lösungen gegen ein dynamisches Phänomen wie Explosionen vorherzusagen und somit die Kosten für Experimente und Inbetriebnahmen zu optimieren.

Neben der Entwicklung, Umsetzung und Validierung von numerischen Modellen war die UPM-Explosivgruppe von 2010 bis 2014 für die Durchführung von Tests in den Anlagen des Technologieinstituts La Marañosa zuständig. Es wurden 8 Prüfungen durchgeführt, davon 3 Kalibrierungen und die übrigen unterschiedlichen Konfigurationen mit Verstärkungen aus Fasern (Metall und Polypropylen) und Schutz wie Stahlplatten.

Für die Kalibrierungstests wurden zwei Modelle entwickelt, die unterschiedliche Betondefinitionen nach den Materialien verwendeten, die in der LS-DYNA-Software implementiert wurden. Im Vergleich zu den bei der Arbeit erreichten Druck- und Beschleunigungsmessungen hat sich gezeigt, dass der passive Schutz, der nicht auf Beton (stähle aus Stahl) passiv ist, nicht die beste Lösung ist, da er zu einem Anstieg des Spalling- oder Beschädigungsbereichs führt. Der Grund dafür ist, dass die Stahlplatte die Wirkung des Drucks auf den unteren Bereich fokussiert und dass an den Enden des Drucks eine Konzentration von Spannungen auftritt, die die Zunahme der Schäden an der Struktur begünstigen.

Die Arbeit hat außerdem gezeigt, dass der passive Schutz, der nicht Beton (Stahlhemdentyp) enthält, nicht die beste Lösung ist, da er zu einer Zunahme des Spalling- oder Schadensbereichs führt. Der Grund dafür ist, dass die Stahlplatte die Wirkung des Drucks auf den unteren Bereich fokussiert und dass an den Enden des Drucks eine Konzentration von Spannungen auftritt, die die Zunahme der Schäden an der Struktur begünstigen.

Die Forscher sind zuversichtlich, dass entwickelte numerische Modelle als Schritt vor Experimenten genutzt werden können, um bessere Versuche zu entwickeln, die Auswirkungen auf bereits gebaute Gebäude oder sogar auf passive Lösungen in in Betrieb befindlichen Gebäuden zu untersuchen.

Ref.

R. CASTEDO, P. SEGARRA, A. ALAÑON, L.M. LOPEZ, A.P. SANTOS, J.A. SANCHIDRIAN 2015. "Air blast resistance of full-scale slabs with different compositions: Numerical modeling and field validation". International Journal of Impact Engineering, 86:145-156. Prüfungen, eines der beiden verwendeten materiellen Modelle, CSCM, zeigten bessere Ergebnisse und wurden daher in den übrigen Prüfungen eingesetzt. Der relative durchschnittliche Fehler zwischen Simulation und tatsächlichen Prüfungen lag bei etwa 12%.

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UPM

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