A. Hummeltenberg/M. Curbach · Entwurf und Aufbau eines zweiaxialen Split-Hopkinson-Bars
Tab. 1. Oberes 5% Quantil der Druckfestigkeit für den einaxialen bzw. zweiaxialen statischen Belastungszustand für verschiedene Betonfestigkeitsklassen Tab. 1. Upper 5% quantile of compressive strength for uniaxial and biaxial statical loading in relation to several strength classes 1-axialer Druck
2-axialer Druck mit Querdehnungsbehinderung
2-axialer Druck ohne Querdehnungsbehinderung
Festigungsklasse
Betonfestigkeit oberes 5% Quantil (N/mm2)
durch Stab aufzunehmende min. Spannung (N/mm2)
entspricht bei 50 mm Würfel min. Kraft F (kN)
durch Stab aufzunehmende min. Spannung (N/mm2)
entspricht bei 50 mm Würfel min. Kraft F (kN)
C8/10*
16
48.0
120.0
24.0
60.0
C12/15
28
84.0
210.0
42.0
105.0
C16/20
32
96.0
240.0
48.0
120.0
C20/25
36
108.0
270.0
54.0
135.0
C25/30
41
123.0
307.5
61.5
153.8
C30/37
46
138.0
345.0
69.0
172.5
C35/45
51
153.0
382.5
76.5
191.3
C40/50
56
168.0
420.0
84.0
210.0
C45/55
61
183.0
457.5
91.5
228.8
C50/60
66
198.0
495.0
99.0
247.5
C55/67
71
213.0
532.5
106.5
266.3
C60/75
76
228.0
570.0
114.0
285.0
C70/85
86
258.0
645.0
129.0
322.5
C80/95
96
288.0
720.0
144.0
360.0
C90/105
106
318.0
795.0
159.0
397.5
C100/115
116
348.0
870.0
174.0
435.0
UHPC
208
624.0
1560.0
312.0
780.0
Die Mindestgröße der Betonproben ist ihrerseits über die Größe des Größtkorns limitiert. Nach DIN 1048-2 [13] muss die kleinste Abmessung eines Probekörpers mindestens das Dreifache des Größtkorns des Zuschlages betragen. Im Falle eines 16 mm Größtkorns beträgt die Mindestabmessung des Probekörpers 48 mm. Auf Basis eines Probewürfels mit 50 mm Kantenlänge wurde die aufzubringende statische Kraft entsprechend der Betonfestigkeit errechnet (vgl. Tabelle 1).
3.2 Druckluftbeschleunigungsanlage Die Druckluftbeschleunigungsanlage ist nach dem Aufbauprinzip von Meenken [14] konstruiert (Bild 4). Der Druckluftbehälter ist um den Beschleunigungslauf angebracht. Die Druckluftkammer wird gefüllt, bis der Zieldruck erreicht ist. Der Impaktor fungiert zusammen mit den Dichtringen als Dichtung zwischen Druckkammer und Lauf. Durch einen zusätzlichen Druckluftzugang hinter dem Impaktor kann der Impaktor ein kurzes Stück in den Lauf geschoben werden. Die Druckluft aus der Druckluftkammer strömt schlagartig in den Lauf und beschleunigt den Impaktor in Richtung Eingangsstab. Für die Auslegung der Anlage wurde, unter der Annahme der adiabatischen Entspannung, die Druckluftbehältergröße entsprechend der Zielgeschwindigkeiten festgelegt. Um eine möglichst schnelle Entleerung des Druckluftbehälters
in Richtung des Laufs zu ermöglichen, wurde die Größe der Gasaustrittsbohrungen unter Berücksichtigung des pneumatischen Leitwerts ermittelt.
3.3 Länge der Eingangs- und Ausgangsstäbe Die Länge der Eingangs- bzw. Ausgangsstäbe muss verschiedenen Kriterien entsprechen. 1. Das Verhältnis zwischen der Länge des Eingangsstabes L und seinem Durchmesser D muss so groß sein, dass eine ausschließlich longitudinale Wellenausbreitung angenommen werden kann. Nach Gray [7] wird ein Verhältnis L/D > 20 empfohlen. 2. Die Messung der Eingangs- und der Reflexionswelle muss ohne Überschneidung möglich sein. Das heißt, dass die Stablänge länger als die doppelte Stoßimpulslänge sein muss. L > 2 · Impulslänge. 3. Um Störeinflüsse zu vermeiden, sollten die Eigenfrequenzen des Eingangs- und Ausgangsstabes klein sein. Mit zunehmender Stablänge nimmt die Eigenfrequenz ab. f = c/(2 · L). 4. Um Dispersionseffekte gering zu halten, sollte die Stablänge klein gewählt werden. Um die Kriterien 1 bis 3 zu erfüllen, sollen Eingangs- bzw. Ausgangsstab möglichst lang gewählt werden. Demgegenüber soll nach Kriterium 4 die Stablänge eher kurz sein,
Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6
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