Messtechnische Herausforderungen bei der Analyse von hochdynamischen Aufprallbeanspruchungen

Das Verständnis von Impaktvorgängen auf Stahlbetonstrukturen ist von grundlegender Bedeutung für die Auslegung von Bauwerken in Hinblick auf die Bewertung außergewöhnlicher Belastungssituationen, wie beispielsweise Steinschlag oder aber Fahrzeug- oder Flugzeuganprall. Bei hohen Verzerrungsraten, die sich bei derartigen Belastungen im Bauteil einstellen, wird ein anderes Material- und Werkstoffverhalten beobachtet als unter quasi-statischen Einwirkungen. Dieses äußert sich zum Beispiel durch eine Zunahme der Festigkeit bei steigender Verzerrungsrate. Daher ist eine Analyse und Bewertung des Tragverhaltens von Bauteilen unter derartigen Belastungszuständen geboten, um das Tragverhalten auf Material- und Bauteilebene zu ermitteln und Tragreserven erkennen zu können. Eine entsprechende Methodik und der Einsatz geeigneter Messtechnik sind dafür essenzielle Voraussetzungen.
Der vorliegende Aufsatz richtet seinen Fokus auf die messtechnischen Methoden und die Herausforderungen bei schnell ablaufenden Belastungsvorgängen. Am Beispiel der experimentellen Untersuchung von Stahlbetonplatten unter Impakt, bei denen Belastungszeiten von wenigen &mgr;s und ms auftreten, werden der Versuchsaufbau und die Mess- und Analysesysteme in Hinblick auf die Messmethoden und die erzielten Messergebnisse beschrieben. Die Ermittlung von Zeitverläufen bzgl. der Impaktgeschwindigkeit, der Reaktionskräfte, des Verformungsverhaltens sowie auch der Bestimmung von Schallwellengeschwindigkeiten innerhalb des Bauteils erfordert eine entsprechend hohe Abtastrate bei der Signalaufzeichnung. Diese Ergebnisse ermöglichen letztlich eine ganzheitliche Bewertung des Strukturverhaltens und der Schädigungsphänomene.
Schallwellengeschwindigkeit

Metrological challenges analyzing high dynamic impact on reinforced slabs
The comprehension of high dynamic impact processes on reinforced concrete structures is of essential importance for the dimensioning of structures regarding exceptional loading scenarios like airplane impacts. Since, for high strain rates in comparison with quasi-static conditions an altered material behavior appears, an adequate methodology and application of appropriate measurement is required to assess the structural behavior of building components.
The present paper describes the metrological methodology and the challenges of the experimental investigations of reinforced concrete slabs under impact with loading periods of only a few &mgr;s or ms. The determination of time history curves of impact velocities, bearing forces, displacements and the determination of sound wave velocities inside the structure requires an appropriate high sampling rate with the signal recording. The results lately lead to a holistic assessment of the structural behavior and the damage phenomena of such processes.