Wellenausbreitung in bewehrten Feinbetonpaneelen

Die Schutzwirkung von bewehrten Feinbetonpaneelen bei dynamischen Einwirkungen bereits im Bemessungsprozess ausreichend genau einzuschätzen, ist eine Aufgabe von hoher Bedeutung und Aktualität. Ziel dieses Beitrages ist die analytische Beschreibung der Wellenausbreitung in einem solchen Bauteil, welches mit Stahlfasergelegen verstärkt ist. Das analytische Modell kann entsprechende experimentelle Untersuchungen begleiten und darüber hinaus an numerische Methoden gekoppelt werden. Es ist damit geeignet, die (Weiter-)Entwicklung von Regelwerken zur Bemessung von Feinbetonpaneelen unter stoßartigen Einwirkungen aktiv zu begleiten. In einem ersten Schritt der Modellbildung erfolgt eine Beschränkung auf die Behandlung von Scherwellen. Ausgangspunkt ist ein mechanisches Modell, welches die einzelnen Bewehrungselemente einschließlich des Übergangsbereichs zur homogenen Feinbetonmatrix separat abbildet. Die hierdurch entstehenden Differentialgleichungen werden anschließend analytisch gelöst. Den im Bauwesen inhärenten Abweichungen vom geplanten Soll-Zustand wird beispielhaft dadurch Rechnung getragen, dass die Dicke dieses Übergangsbereichs als Zufallsgröße modelliert wird. Die sich hierdurch ergebenden Auswirkungen auf die Wellenausbreitung werden anschließend aufgezeigt und bewertet.

Wave propagation within panels made of FRC
Properly estimating the protective effect of slender walls made of fine-grained concrete under dynamic loading is a major task in civil engineering. The aim of this contribution is to analytically describe the wave propagation in such a structural element reinforced with steel fibres. The analytical model may be an addendum to experimental studies and can be coupled to numerical methods. In a first step of modelling shear waves are dealt with. Within the mechanical model every reinforcement element is treated as a single inclusion surrounded by a so-called interphase embedded in a homogeneous matrix of fine-grained concrete. The differential equations resulting from this mechanical model are then solved analytically. In civil engineering praxis structural elements produced on-site regularly differ from the intended configuration. These deviances are exemplarily taken into account by modelling the thicknesses of the interphases surrounding the reinforcement elements as random variables. The consequences of this consideration to the wave propagation are presented and evaluated.