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 µs 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