Infrastrukturschutz

Infrastrukturschutz


 

SCHUTZ BAULICHER INFRASTRUKTUR VOR EXPLOSION

 

Gefährdung:


Unfälle mit Explosionsfolgen in technischen Anlagen, Transporte explosionsgefährdeter Güter oder Gasexplosionen in Wohngebäuden sind Ereignisse, die Menschen, Einrichtungen, technische Infrastrukturen, Gebäude oder ganze Liegenschaften gefährden. Für bestimmte Szenarien, wie Staubexplosionen oder Kraftwerksunfälle, gibt es Richtlinien und Störfallverordnungen. Im terroristischen Umfeld waren in der Vergangenheit etwa 85% der Anschläge solche mit Explosivstoffen. Terroristische Angriffe finden aber nicht „genormt“ statt. Unter Betrachtung des Risikos und einer Eintretenswahrscheinlichkeit legen Bauherr, Versicherer und Polizei individuell Gefährdungsszenarien fest. Hier ist der Ingenieur nicht beteiligt, er kann aber in beratender Funktion hinzugezogen werden.

 

 

 

Erst nach Festlegung der Einwirkungsszenarien werden daraus die Bemessungslasten ermittelt. Dazu werden spezielle Programme zur Berechnung der Druckwellenausbreitung (Hydrocodes) verwendet. Die Belastungen werden durch Überdruck-Zeit-Funktionen beschrieben, da statische Ersatzlasten die reale Belastungssituation i.a. unzureichend repräsentieren. Die Berechnung der Bemessungslast kann in den meisten Fällen entkoppelt von der Bauteilbemessung vorgenommen werden. Treten Strukturelemente mit der Einwirkung in eine wechselseitige Beeinflussung, wie z.B. bei leichten, nachgiebigen Fassaden, muss eine Fluid-Struktur-Interaktion berücksichtigt werden.

 

Bauwerksanalyse:


Eine Bauteilbemessung gegen Explosionseinwirkungen kann meist unabhängig von der Gesamtstruktur durchgeführt werden. Je nach Belastungsart – Kontakt-, Nah- oder Ferndetonation – werden unterschiedliche Berechnungsmethoden ein-gesetzt. Für Kontakt- und Nahdetonationen werden Computerprogramme verwendet, die die Wellenausbreitung im Bauteil abbilden können. Für Ferndetonationen werden dynamische Analysen mit FEM-Programmen durchgeführt.

Um Schädigungen des Materials infolge der Detonationsbelastungen bestimmen zu können, wurden am Institut Materialmodelle für kurzzeitdynamische Beanspruchungen entwickelt, z. B. für Beton. Aus berechneten Bauteilschädigungen wird die Resttragfähigkeit von Bauteilen bestimmt, um Aussagen über die Standsicherheit der Bauteile und der Gesamtstruktur treffen zu können.

Da die zeitaufwendigen Berechnungen in der Ingenieurpraxis kaum durchführbar sind, werden Ingenieurtools entwickelt, um auch mit vereinfachten Nachweisen zuverlässige Bemessungen schnell durchführen zu können.

 

 

Die eigenen Forschungsaktivitäten werden regelmäßig an Praxisbeispielen evaluiert und finden ihren Niederschlag in unterschiedlichsten Bauwerksausführungen.

 

PROJEKTLEITUNG:

  • Univ.-Prof. Dr.-Ing. N. Gebbeken

 

BEARBEITUNG:

  • Dr.-Ing. Martin Larcher
  • Dipl.-Ing. Achim Pietzsch
  • Dipl.-Ing. Torsten Döge
  • Dipl.-Ing. Tobias Linse
     

 

KOOPERATIONEN:                   WTD 52
 

ZIEL:

Die Dimensionierung von Bauwerken hinsichtlich ihrer Sicherheit, Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit ist die wesentliche Herausforderung der Ingenieurdienstleistung. Insbesondere liegt in der heutigen Zeit eine erhöhte Nachfrage in der Bemessung von Gebäuden unter außergewöhnlichen Beanspruchungen vor, die beispielsweise aus natürlichen (Erdbeben) oder aus technisch verursachten Ereignissen (Explosion, Impakt) resultieren.

Zur Bestimmung der Auswirkungen von Detonations- oder Penetrationslasten auf betonartigen Konstruktionen werden neben der Durchführung von aufwendigen und teuren Versuchen immer öfter numerische Simulationen angewendet. Die Entwicklung moderner Computertechnologien ermöglicht, mit neuen komplexen Materialmodellen, die eben genannten Effekte zu berücksichtigen. Die lokalen und/oder globalen Auswirkungen der außergewöhnlichen Einwirkungen auf das Tragwerk werden bestimmt. Das Gesamttragverhalten des Bauwerks muss mit zerstörten (vollständig geschädigt) oder geschwächten (verminderte Tragfähigkeit) Bauteilen untersucht werden. Mit den gewonnenen Erkenntnissen aus dem Tragverhalten des geschädigten Bauwerks können Konstruktionsverbesserungen und -verstärkungen von Gebäuden entwickelt werden.

 

PROJEKTE:

Entwicklung von zementgebundenen Konstruktionswerkstoffen mit explosionshemmenden, beschusshemmenden und brandhemmenden Eigenschaften. ZIM, 2011-2013.

Nah-, Kontakt- und Embeddeddetonationen von Mauerwerk. BMVg. Bearbeitungszeit: 2011-2013.

Modellierung von Mauerwerk unter dynamischen Belastungen. BMVg. Bearbeitungszeit: 2009-2013.

Ermittlung der Resttragfähigkeit von detonationsgeschädigten Stahlbetonteilen. BMVg. Bearbeitungszeit: 2009-2013.

Entwicklung eines Engineering-Tools zur Ermittlung der Waffenwirkung von Penetratoren auf betonartige Bauteile - PenSim. BMVg. Bearbeitungszeit: 01.10.2003 - 31.12.2005

Ermittlung der Resttragfähigkeit von detonationsgeschädigten Beton- oder Stahlbetonplatte. BMVg. Bearbeitungszeit: 01.07.2003-31.12.2004

Entwicklung eines Engineering-Tools zur Ermittlung von Kontakt- und Nahdetonationen auf betonartige Bauhilfe - Xplosim. BMVg. Bearbeitungszeit: 01.12.1998-30.06.2004

Gesamttragverhalten von Baustrukturen - Vermeidung von progressivem Kollaps. Bundesrepublik Deutschland, Bearbeitungszeit: 01.04.2002-30.09.2004 gemeinsam mit Professor Mangerig

OR-Studie "Infrastruktureller Schutz". Bundesrepublik Deutschland, Bearbeitungszeit: 01.07.2002-31.12.2003 gemeinsam mit Professor Mangerig

Entwicklung eines "Building Code" für Tragwerke unter außergewöhnlichen Einwirkungen. Bundesrepublik Deutschland, Bearbeitungszeit: 01.04.2002-31.12.2003

Last-Boden-Bauwerks-Interaktion. Federal Testing Center WTD52, Oberjettenberg, Bearbeitungszeit: 01.12.1999-31.12.2003

Explosionsschutz von Reaktoreinhausungen. Industrievorhaben, Bearbeitungszeit: 2002

Machbarkeitsstudie Engineering Tool "Gesamtstruktur". Bundesrepublik Deutschland, Bearbeitungszeit: 01.04.2002-30.09.2002, gemeinsam mit Professor Mangerig

Simulationsmodelle für unbewehrten und bewehrten (Faser-) Beton. BMVg: MF206, Fortsetzung. Bearbeitungszeit: 01.12.1998-31.12.2002

Demonstration of a procedure to establish guidelines for reliable and safe numerical simulations. European Office of Aerospace Research and Development, US Air Force Research Laboratory, US Air Force Office of Scientific Research, Arlington VA, Bearbeitungszeit: 01.06. 2000-30.05. 2001

Verhalten von Baustrukturen aus Beton unter Kontakt- und Nahdetonationen. Erforschung der Anwendungsmöglichkeit bestehender finiter Methoden und Entwicklung numerischer Modelle, BMVg: MF206, Bearbeitungszeit:01.01.1996-31.12.1999