Erfahrungs- und Forschungsbericht 2012 - Ensi

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Erfahrungs- und Forschungsbericht 2012 - Ensi

Abbildung 1:

Versuchseinrichtung

für Plattenbeschussversuche

bei VTT in

Espoo (Finnland)

Projektziele

Das Ziel dieses Projektes ist es, experimentelle Daten

und Informationen zu physikalischen Phänomenen

beim Anprall eines Flugzeuges auf Stahlbetonstrukturen

zu erarbeiten. Mit dem Projekt

IMPACT wird sichergestellt, dass dem ENSI stets der

weltweit aktuelle Stand von Wissenschaft und Technik

bezüglich Versuchsdaten und Berechnungsmethoden

in Bezug auf die Einwirkung Flugzeugabsturz

zur Verfügung steht. Die Validierung der

Berechnungsmodelle fördert eine realistischere Abschätzung

von Versagensgrenzen und von vorhandenen

Tragreserven.

Das ENSI festigt durch die Teilnahme an diesem Projekt

das Know-how zur Auslegung der Kernanlagen

gegen Flugzeugabsturz. Überdies erfolgt ein regelmässiger

Austausch zu dieser Thematik mit den Experten

und nuklearen Aufsichtsbehörden anderer

Länder. Damit wird ein wesentlicher Beitrag zur Sicherheit

der Kernanlagen geleistet.

Durchgeführte Arbeiten und

erreichte Ergebnisse

Versuchseinrichtung und Versuchsparameter

Die Versuche werden im «VTT Technical Research

Centre» in Espoo (Finnland) durchgeführt. Bild 1

zeigt ein Foto der Beschussanlage mit einem 13,5 m

langen Druckspeicher im hinteren Bereich (im Bild

im Vordergrund) sowie einem anschliessenden 12

m langen Rohr, in dem das Projektil auf bis zu 200

m/s beschleunigt wird. Die maximale Projektilmasse

beträgt 100 kg. Bei Verwendung von Projektilen der

Masse 50 kg ist eine maximale Geschwindigkeit von

ca. 165 m/s möglich.

Die wesentlichen Parameter der in diesem Bericht

näher betrachteten Versuche F1, X1 und X2 sind in

Tabelle 1 zusammengefasst.

Berechnungsverfahren und Berechnungsmodell

Die versuchsbegleitenden rechnerischen Untersuchungen

(blinde Vorausberechnungen und Nachrechnungen

in Kenntnis der Messergebnisse) erfolgen

mit dem Finite-Elemente(FE)-Programm

SOFiSTiK, vgl. [1]. Für die getroffene Stahlbetonplatte

werden nichtlineare Schalen-/Plattenelemente

eingesetzt, die aus Stahlrahmen und sogenannten

«Back Pipes» bestehende Unterstützungs -

konstruktion wird auf lineare Balkenelemente abgebildet,

vgl. Bild 2. SOFiSTiK erlaubt die Betrachtung

nichtlinearen Materialverhaltens von Schalen-/

Plattenelementen sowie die Berücksichtigung von

Effekten zweiter und dritter Ordnung aus geometrischen

Nichtlinearitäten. Das Betonmodell ist ein sogenanntes

Schichtenmodell, bei dem der Bewehrungsstahl

entsprechend seiner Lage im Querschnitt

erfasst wird. Das nichtlineare Materialverhalten ist

definiert durch

einaxiale nichtlineare Spannungs-Dehnungslinien

des Betons mit Erfassung von Festigkeitserhöhungen

aus zweiaxialem Verhalten,

Mitwirkung des Betons zwischen den Rissen (tension

stiffening),

(Rest-)Zugtragfähigkeit des Betons bei Überschreiten

der Zugfestigkeit in Abhängigkeit der Zugbruchenergie

(tension softening),

näherungsweise Erfassung des nichtlinearen

Schub tragverhaltens durch Begrenzung der maximalen

Querkrafttragfähigkeit,

trilineare Spannungs-Dehnungslinien des Be wehrungs

stahls.

Die Eignung von SOFiSTiK für die Analyse von

Stahlbetonstrukturen unter extremen Anpralllasten

wurde unter anderem durch die Vergleichsberechnungen

zu den grossmassstäblichen Meppener

Plattenbeschussversuchen gezeigt, vgl. [2].

Diese wurden in Deutschland zu Beginn der 80er-

Jahre als Referenzversuche zum Lastfall Flugzeugabsturz

durchgeführt.

Neben den in Tabelle 1 aufgeführten Parametern

wurden die folgenden Parameter in den Berechnungen

verwendet: Elementgrösse Plattenelemente

50 x 50 mm, Strukturdämpfungen 2% für

die nichtlinearen Stahlbetonelemente und 4% für

die linearen Stahlelemente, Zugbruchenergie 75

N/m (abgeschätzt auf Basis einer Korngrösse

8 mm), Zeitschrittweite 0,5 ms.

Durchstanzversuche

Im Jahr 2012 wurden sechs Versuche zum Studium

des Durchstanzverhaltens durchgeführt. Die Aufprallgeschwindigkeiten

lagen im Bereich 100 bis

166

ENSI Erfahrungs- und Forschungsbericht 2012

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