DOI: 10.1002/best.202000067
Marcus Hering, Silke Scheerer, Manfred Curbach, Duy Minh Phuong Vo, Cornelia Sennewald, Chokri Cherif, Frank Liebold, Hans-Gerd Maas, Aurel Qinami, Christian Steinke, Alexander Fuchs, Michael Kaliske, Iurie Curosu, Viktor Mechtcherine
AUFSATZ
Impaktsicherheit von Baukonstruktionen durch mineralisch gebundene Komposite: Bauteilebene Ziel des seit 2017 durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Graduiertenkollegs GRK 2250 ist die interdisziplinäre Erforschung von Methoden zur Erhöhung des Impaktwiderstands von Bauwerken durch nachträgliche Verstärkung. Der vorliegende Beitrag gibt einen Einblick in die GRK-Forschung auf Strukturebene. Mineralisch gebundene Verstärkungsschichten wurden auf der dem Impakt abgewandten Bauteilseite untersucht. Als Material für diese Schichten kamen feinkörnige Matrices ohne und mit Kurzfasern zur Anwendung, deren Wirksamkeit in der Impaktverstärkung durch die Einbettung verschiedener Textilien variiert wurde. Derartig verstärkte Platten wurden in einer Fallturmanlage einer Impaktbelastung ausgesetzt. Ein wichtiger Indikator für die Effektivität einer Verstärkungsmethode ist die Beurteilung der Schädigung. Hierzu wurde unter anderem eine Methode zur Analyse von Rissmustern durch Bildsequenzanalyse entwickelt. Die Experimente dienten des Weiteren als Referenz für die Simulation der Rissausbreitung in den impaktbeanspruchten Bauteilen mit der Phasenfeldmethode.
Impact safety of building structures through mineral-bonded composites: Structural level The aim of the Research Training Group GRK 2250 funded by the German Research Foundation is interdisciplinary research to increase impact resistance of existing structures by strengthening. The article at hand provides insight into research at structural level. Mineral-bonded strengthening layers were investigated on the face of the structure which was not hit by impactor. As material for these layers, fine-grained matrices without and with short fibres were used. Their effectiveness was varied by embedding different textiles. Strengthened reinforced concrete plates were subjected to impact loading in a drop tower facility. An important indicator for the effectiveness of strengthening is the degree of damage. For this purpose, a method for the analysis of crack patterns by means of image sequence analysis was developed. Furthermore, the experiments serve as a reference for the simulation of crack propagation in the strengthened plates by the phase field method.
Stichworte Bauteilverstärkung; Impaktbelastung; hochduktiler Beton; Textilbeton; Bildsequenzanalyse; Microplane-Interface-Formulierung; Phasenfeld-Ansatz; FE-Simulation
Keywords component strengthening; impact load; HS-SHCC; textile reinforced concrete; image sequence analysis; microplane interface formulation; phase field method; finite element simulation
1 Einleitung
Die bauliche Verstärkung gegen Impaktereignisse wird seit 2017 im von der DFG geförderten Graduiertenkolleg GRK 2250 „Impaktsicherheit von Baukonstruktionen durch mineralisch gebundene Komposite“ [5] an der TU Dresden interdisziplinär erforscht. Einen Überblick über die GRK-Forschung auf der Materialebene gibt [6]. Auf Strukturebene arbeiten maßgeblich die Institute für Massivbau (IMB), Baustoffe (IfB), Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik (ITM), Photogrammetrie und Fernerkundung (IPF) und Statik und Dynamik der Tragwerke (ISD) zusammen. Im Folgenden werden ausgewählte Ergebnisse der gemeinsamen Forschung, die derzeit noch andauert, präsentiert.
Bauwerke sind unterschiedlichsten Belastungen ausgesetzt, diese werden in Planung und Ausführung berücksichtigt. Kritisch kann sein, wenn die Tragfähigkeit einer Struktur für einen Lastfall nachgewiesen werden muss, der zum Zeitpunkt der Planung nicht relevant oder nicht bekannt war. Ein solches Szenario können Anprall- bzw. Impaktereignisse infolge natürlicher oder anthropogener Ursachen sein. Um bauliche Strukturen dann trotzdem weiter nutzen zu können, müssen sie verstärkt werden. An der TU Dresden wird seit vielen Jahren intensiv sowohl an der Untersuchung von Stoßvorgängen als auch an der Entwicklung innovativer Verstärkungsmethoden geforscht. Der Fokus liegt auf Verstärkungskonzepten auf Basis von hochduktilem Beton mit Kurzfasern (engl.: Strain-hardening cement-based composites, SHCC), vgl. z. B. [1], und von Textil-/Carbonbeton [2]. Für die Impaktforschung steht im Otto-Mohr-Laboratorium (OML) eine Fallturmanlage zur Verfügung [3, 4], in der zahlreiche Impaktversuche an Stahlbetonplatten unterschiedlicher Konfiguration durchgeführt wurden. 58
2 Probekörper 2.1 Stahlbetonplatten Im hier vorgestellten Experiment wurden Stahlbetonplatten mit einer Grundfläche von 1,50 m × 1,50 m untersucht. Die Referenzplatten waren 20 cm dick. Sie waren an Ober- und Unterseite und in Hauptspannrichtungen mit Bewehrungsstäben B500B, Nenndurchmesser 8 mm
© 2020 Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin. Beton- und Stahlbetonbau 116 (2021), Heft 1
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