Anprall und Explosion - Experimentelle Untersuchungen an Verbundbauteilen / Balst and impact - Experimental investigations on composite structures

Veranlasst durch die zunehmende Zahl von Terroranschlaegen auf Gebaeude wird im Rahmen des europaeischen RFCS (Research Fund for Coal and Steel)-Forschungsprojekts COSIMB (Composite Column and Wall Systems for Impact and Blast Resistance) auch der Frage nachgegangen, wie Stuetzen besser gegen Fahrzeuganprall und Explosionen geschuetzt werden koennen, damit die integrale Standsicherheit des Gebaeudes nicht gefaehrdet wird. Der Beitrag stellt zu dieser Thematik experimentelle Untersuchungen an Verbundbauteilen und die sich daraus ergebenden Erkenntnisse vor. Verbundkonstruktionen aus Stahl und Beton eignen sich wegen der hohen Energieaufnahmefaehigkeit ganz besonders zum Abtragen extremer dynamischer Beanspruchungen aus Fahrzeuganprall oder Explosionswellen. Die Versuche wurden an Verbundstuetzen und Stuetzen-Wand-Verbundsystemen aus hoeherfesten Staehlen S460 und hochfestem Beton C40/50 durchgefuehrt, wobei sowohl statische als auch dynamische Versuche zum Untersuchungsprogramm gehoerten. Ziel der statischen Versuche war die Bestimmung der maximalen Traglast, die Analyse des Last-Verformungsverhaltens und die Bestimmung der Resttragfaehigkeit. Die Versuchsaufbauten und die Versuchsdurchfuehrungen fuer die Stuetzen sowie die Stuetzen-Wand-Verbundsysteme werden im Beitrag ausfuehrlich vorgestellt. Die experimentellen Untersuchungen zum dynamischen Verhalten erfolgten an Stuetzen-Wand-Verbundsystemen mit kammerbetonierten Stuetzen HEA140, S460 mit einem Betongurt von 12,5 cm x 75 cm und Kopfbolzenduebel als Verbindungsmittel. Die dynamische Belastung wurde durch ein anprallendes Fahrzeug mit definierter Geschwindigkeit, an dem ein Anprallkoerper befestigt war, der etwa der mittleren Anprallsteifigkeit eines Kleinbusses oder kleinem Lkw entsprach, erzeigt. Da die Anpralldauer nur wenige Millisekunden betrug, musste mit einer hohen Messfrequenz von 100 kHz gemessen werden. Bei allen Versuchen bildete sich in Probekoerpermitte ein plastisches Gelenk aus, verbunden mit gleichmaessig verteilten Betonrissen. Zur Simulation von Explosionen wurden unter Tage Versuche durch Ausnutzung des sogenannten Stossrohreffekts als Ersatz fuer Spengungen durchgefuehrt. Die Energiedichte (spezifischer Impuls) von Versuchen mit dem Stossrohr ist vergleichsweise hoeher als bei Explosionen. Die erzeugte Druckwelle verursachte bleibende Biegeverformungen in der Spannweitenmitte der Probekoerper. Anhand der Ergebnisse der Untersuchungen und deren Bewertung sollen Tragwerksplaner eine Grundlage zum gezielten Einsatz der untersuchten Verbundsysteme erhalten, da diese aufgrund ihrer hohen Robustheit besonders gut zum Schutz gegen Explosionen und Fahrzeuganprall geeignet sind. ABSTRACT IN ENGLISH: Nowadays civil engineers pay more attention to the extraordinary loads like blast and impact. This trend was set off by the political development after the Cold War when the risk of terrorist attacks increased. The passive protection of the buildings becomes more important. The effects of such loads are not the same as the effect of a static load with the same maximum amplitude. It is a fact that currently used structures are not designed for such extreme events. Within the European RFCS research project COSIMB experimental study on composite column and wall systems made out of high performance steel and concrete was done. The experimental study includes static and dynamic tests. The impact velocities were up to 14.5 m/s. The mass of the impact moving barrier was up to 1,460 kg. The blast loads corresponds to an explosive charge up to 2,240 kg TNT. In this paper the performance of the tests and the test results are presented. (A)

• Authors:
  • BRITNER, A
  • Ummenhofer, T
  • ELGHAZOULI, A Y
  • BANGERT, F
  • DUERR, A
• Publication Date: 2010

Language

• German

Media Info

• Pagination: 580-9
• Serial:
  • Stahlbau
  • Volume: 79
  • Issue Number: 8
  • Publisher: Ernst (Wilhelm) and Sohn

Subject/Index Terms

• TRT Terms: Beams; Bearing capacity; Bridge piers; Ductility; High performance concrete; High strength; Measurement; Presplitting (Blasting); Shock (Mechanics); Steel; Structures; Tests; Walls
• ITRD Terms: 3355: Bauwerk; 5909: Duktilität; 5188: Explosion; 5537: Hochfest; 4783: Hochleistungsbeton; 6136: Messung; 3434: Pfeiler; 5471: Schlag; 4542: Stahl; 3085: Tragfähigkeit; 3472: Verbundtraeger; 6255: Versuch; 3368: Wand
• Subject Areas: Bridges and other structures; I24: Design of Bridges and Retaining Walls; I32: Concrete; I34: Steels and Metals;

Filing Info

• Accession Number: 01321459
• Record Type: Publication
• Source Agency: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
• Files: ITRD
• Created Date: Nov 29 2010 11:36AM