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Untersuchung der Sprengauswirkungen im Nahbereich, Verifizierung und Validierung globaler Sprengmodelle

Untersuchung der Sprengauswirkungen im Nahbereich, Verifizierung und Validierung globaler Sprengmodelle
Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Georgios Michaloudis
Dipl.-Ing. Gunther Blankenhorn
Dipl.-Ing. Steffen Mattern
Prof. Dr.-Ing. Karl Schweizerhof

Projektgruppe:Research Group “Computer Based Destruction of Complex Structures through Explosion” - Subproject 2
Förderung:Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Wave propagation in concrete structures, numerical simulation with robust 3D shell and volume elements, adaptive FE algorithms

Projektbeschreibung


Gesamtproblemstellung der Forschergruppe:

Der gezielte Abbruch von Bauwerken am Ende ihrer Nutzungs- bzw. Lebensdauer – hier als Destruktion bezeichnet – hat in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Dies hängt damit zusammen, dass die Anzahl der Bauwerke, die durch Schädigung oder Umwelteinflüsse unbrauchbar geworden sind oder den heutigen Anforderungen an Funktionsfähigkeit, Ästhetik oder Qualität nicht mehr genügen, ständig wächst. Ein weiter Grund liegt darin, dass die Ressourcen an Bauland begrenzt sind und somit ein Neubau – auch bei noch intakter Bebauung – oft nur durch Destruktion vorhandener Bausubstanz möglich bzw. finanzierbar wird. Diese Situation trifft insbesondere auf innerstädtische Bereiche dichter Bebauung, starkem öffentlichen Verkehr und intensivem Geschäftsbetrieb zu.


Ziele der Forschergruppe:

Der Forschungsverbund hat die Erhöhung der Zuverlässigkeit von Simulationsmodellen für das Sprengen komplexer Tragwerke zum Ziel. Hierzu wird die „Destruktion von Komplextragwerken durch Sprengung“ als mehrstufiges Problem (Multi-Level-Problem) modelliert und dieses dann durch Einsatz mehrer moderner Methoden der Ingenieurinformatik sowie der computerorientierten Mechanik mit Hilfe der numerischen Analyse gelöst.


Projektinhalte Teilprojekt 2 (Institut für Mechanik, Universität Karlsruhe (TH)):

Innerhalb des Konzeptes der Forschergruppe 500 entwickelt Teilprojekt 2 Algorithmen und Methoden, die einzelnen Aspekten der spezifischen Anforderungen an die Analyse eines Sprengabbruchs gerecht werden. Die Untersuchungen beziehen sich einerseits auf Ermittlung der maßgebenden Phänomene, die bei einer Analyse eines Gebäudekollapses berücksichtigt werden müssen und andererseits auf die Entwicklung leistungsfähiger Algorithmen, um diese Analysen innerhalb eines moderaten Zeitrahmens durchführen zu können. Zentrale Aspekte des Projektes sind

  1. die Prognose des Einflusses der sich ausbreitenden Belastungswelle um eine Detonation auf die Schädigung der Struktur,
  2. die durch Entfernen tragender Bauteilstrukturen eingeleiteten Prozesse der Verformung der Gesamtstruktur,
  3. die Ermittlung der Orte hoher Schädigung

und, als modelltechnischer Aspekt, die Abgrenzung von Bauteilstrukturen mit flexiblem oder starrem Verhalten während des Kollapses. Die eingesetzte Finite Elemente Methode mit expliziter Zeitintegration bietet eine hohe Flexibilität bezüglich der nötigen Weiterentwicklung der Algorithmen an diese spezielle Fragestellung.


Die Forschergruppe unterteilt sich inhaltlich in folgende Teilprojekte:

Teilprojekt 2: Untersuchung der Sprengauswirkungen im Nahbereich, Verifizierung und Validierung globaler Sprengmodelle
Leiter: Prof. Dr.-Ing. Karl Schweizerhof, Institut für Mechanik, Universität Karlsruhe (TH)

Teilprojekt 3: Widerstandskennlinien in kritischen Tragwerksbereichen kollabierender Stahlbetonsysteme bei Abbruchvorgängen
Leiter: Prof. Dr.-Ing. Friedhelm Stangenberg, Lehrstuhl für Stahlbeton- und Spannbetonbau, Ruhr-Universität Bochum

Teilprojekt 4: Numerische Simulation von Sprengvorgängen unter Berücksichtigung von Daten- und Modellunschärfe
Leiter: Prof. Dr.-Ing. habil. Bernd Möller, Lehrstuhl für Statik, Technische Universität Dresden

Teilprojekt 5: Objektorientiertes Softwaresystem zur Multi-Level-Simulation und Optimierung der Sprengung von Gesamttragwerken
Leiter und Sprecher der Forschergruppe: Prof. Dr.-Ing. Dietrich Hartmann, Lehrstuhl für Ingenieurinformatik, Ruhr-Universität Bochum