Ganzheitliche Betrachtung von Sprengversuchen an Stahlbetonwänden von der Belastung über die Bauteilantwort bis zur Schädigung durch Einsatz von NDT-Methoden und eingebettete Sensoren.
Quelle: BAM
Die numerische Modellierung ist zunehmend relevant für die Bewertung von Explosionswirkungen auf Bauwerke. Um Simulationsergebnisse sicher im Designprozess anzuwenden, ist eine rigorose Validierung der zugrunde liegenden Modelle und eine Kalibrierung für das jeweilige Szenario zu gewährleisten. Experimentell zugängliche Messwerte bei Sprengversuchen liefern im Vergleich zu numerischen Simulationen nur einen Bruchteil der Informationen, was eine gründliche Validierung verhindert.
Im Rahmen eines multidisziplinären Forschungsprojekts wurden an der BAM umfangreiche Sprengversuche an Stahlbetonbauteilen durchgeführt. Ziel war die ganzheitliche Erfassung der Belastung, der strukturellen Reaktion und der daraus resultierenden Schäden mit Hilfe des Einsatzes von Messtechnik auf dem neuesten Stand der Technik. Die Forschung unterstützt den Auftrag „Sicherheit in Technik und Chemie“, indem sie zur Bewertung und Verbesserung der Sicherheit technischer Systeme unter extremen Explosionseinwirkungen beiträgt.
Zwei Stahlbetonwände wurden unter variierenden Sprengszenarien getestet. Die Belastung durch die Explosions-Stoßwelle wurde mittels bündig montierten piezoelektrischen Drucksensoren erfasst und mit numerischen Simulationen verglichen. Die Bauteilantwort wurde durch den Einsatz von Hochgeschwindigkeitskameras (DIC: Digital Image Correlation) und Beschleunigungssensoren aufgezeichnet. Zusätzlich kamen verteilte faseroptische Sensorik und ein Ultraschallscanner zur Erfassung nicht sichtbarer Risse zum Einsatz.
Die Ergebnisse dienen der Weiterentwicklung von Schutzkonzepten für kritische Infrastrukturen. Insbesondere die Anwendung zerstörungsfreier Prüfmethoden (NDT) und eingebetteter Sensorik stärkt die wissenschaftlich fundierte sicherheitstechnische Bewertung. Außerdem bildet ein solcher ganzheitlicher Ansatz die nötige Grundlage für die Validierung und Weiterentwicklung numerischer Modelle zur Strukturanalyse unter Explosionsbelastung. Zukünftige Arbeiten sollen auf die Verbesserung der Sensorintegration, die Erweiterung der Versuchsszenarien und eine mögliche Anwendung der Methoden für die Bewertung von Bestandsbauwerken fokussieren. Die Kombination aus Datenerhebung in Feldversuchen und Nutzung von Simulationen verspricht eine erhöhte Effizienz bei der Sicherheitsbewertung und trägt zur Reduktion von Großversuchen und Ressourcenaufwand bei.
A comprehensive experimental assessment of reinforced concrete walls under blast: In situ monitoring of loading, dynamic response and damage with NDT methods and embedded sensors
Rene Costard, Daniel Kadoke, Thomas Kind, Konstantin Hicke, Götz Hüsken
International Journal of Protective Structures, 2025