Hiermaier / Gebbeken / Klaus 7. Workshop Bau-Protect

Gefährdung, dynamische Analyse und Schutzkonzepte für bauliche Strukturen
1. Auflage 2017
ISBN: 978-3-8396-1153-1
Verlag: Fraunhofer Verlag
Format: PDF
Kopierschutz: Wasserzeichen (»Systemvoraussetzungen)

E-Book, Deutsch, 375 Seiten

Der moderne bauliche Schutz dient dem Schutz der Bevölkerung und deren Sachwerten, sowie dem Schutz der kritischen Infrastrukturen und historischen Kulturgütern. Dabei kann der bauliche Schutz nicht als isoliertes Element gesehen werden, sondern als Element einer ganzheitlichen Sicherheitsplanung und Umsetzung. Während die technische Lösung vieler Problemstellungen erzielt werden konnte, stellen die Sensibilisierung gegenüber den Gefährdungen, Akzeptanz der Lösungen und die Bewertung der Effizienzsteigerung weiterhin eine Herausforderung dar. Hier setzt die Bau-Protect an und greift die Implementierung einer physikalischen Resilienz als eine interessante Erweiterung der etablierten Sicherheitsarchitekturen auf. Die Entscheidungsträger und die am Bau Beteiligten sollen umfassend und anwendungsbezogen über die Risiken, die technischen und organisatorischen Möglichkeiten, deren Performanz und die damit verbundenen Kosten-Nutzen-Effekte des bauliche Schutzes informiert werden. Die Ausführungen im vorliegenden Buch bilden die detaillierten, aber anwendungsbezogenen Fragestellungen und dazugehörigen Lösungen komprimiert, anschaulich und verständlich ab.

Autoren/Hrsg.

Hiermaier, Stefan

Gebbeken, Norbert

Klaus, Michael

Klaus, Manfred

Stolz, Alexander

Inhaltsverzeichnis

1;Vorwort;3
2;Inhaltsverzeichnis;5
3;Experimentelle Nachweisverfahren als Grundlage der Risikobetrachtung am Beispiel VBIED;7
3.1;ABSTRACT;7
3.2;1 EINLEITUNG;8
3.3;2 BEGRIFFSDEFINITION UND ERLÄUTERUNG;9
3.4;3 BENÖTIGTE DATEN ZUR BESCHREIBUNG DER GEFÄHRDUNG;11
3.4.1;3.1 Luftstoß / Blast;12
3.4.2;3.2 Tru?mmer und Schock;14
3.4.2.1;Primärsplitter/-trümmer;14
3.4.2.2;Sekundärtrümmer;16
3.4.3;3.3 Thermische Wirkung (Hitze), Feuerball;16
3.5;4 MÖGLICHKEITEN DER DATENGENERIERUNG;17
3.5.1;4.1 Numerische Simulation;17
3.5.2;4.2 Analytische Beschreibung;18
3.5.3;4.3 Experimentelle Untersuchungen;19
3.6;5 AUSWERTEVERFAHREN;21
3.6.1;5.1 Auswerteverfahren Blast;23
3.6.2;5.2 Auswerteverfahren Splitter/Tru?mmer;25
3.6.3;5.3 Auswerteverfahren Tru?mmer-Abgangsbedingungen;29
3.7;6 MODELLBILDUNG;30
3.7.1;6.1 Datenanalyse;31
3.7.2;6.2 Modellierung;33
3.8;7 AUSBLICK;34
3.9;LITERATURVERZEICHNIS;35
4;Von der Bedrohung und Gefährdung zur Resilienz Urbaner Räume;37
4.1;ABSTRACT;37
4.2;1 EINLEITUNG;38
4.3;2 RISIKOANALYSE UND ANFÄLLIGKEIT URBANER OBJEKTE;38
4.3.1;2.1 Empirische Ereignisanalyse;39
4.3.2;2.2 Gewichtete Verteilung möglicher Orte von Ereignissen;41
4.4;3 PHYSIKALISCHE MODELLIERUNG DER VERWUNDBARKEIT;43
4.4.1;3.1 Gefährdungs- und Verwundbarkeitsmodelle;43
4.4.2;3.2 Validierung eines Einzelereignisses;44
4.4.3;3.3 Robuste Auslegung fu?r eine Vielzahl von Ereignissen;45
4.4.4;3.4 Exemplarische Anwendung auf eine Gebäudekonfiguration;45
4.5;4 KOSTEN UND NUTZEN VON SCHUTZMASSNAHMEN;47
4.6;5 RISIKOBASIERTE QUANTIFIZIERUNG VON RESILIENZ;48
4.7;6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK;51
4.8;LITERATURVERZEICHNIS;52
5;Physikalisches Gefährdungspotenzial bei Explosionsereignissen;54
5.1;ABSTRACT;54
5.2;1 EINLEITUNG;54
5.3;2 BLASTBELASTUNG;56
5.3.1;2.1 Freifeldausbreitung;56
5.3.1.1;2.1.1 Blastwellencharakteristika;56
5.3.1.2;2.1.2 Skalierung von Blastwellen;58
5.3.1.3;2.1.3 Analytische Beschreibung der Freifeldausbreitung;59
5.3.2;2.2 Innenraumexplosion und komplexe Blastausbreitung;61
5.4;3 WEITERE GEFÄHRDUNGSQUELLEN;63
5.4.1;3.1 Fragmentwurf;63
5.4.1.1;3.1.1 Splitterwurf;63
5.4.1.2;3.1.2 Tru?mmerwurf;64
5.4.1.3;3.1.3 Fragmentmatrix;64
5.4.1.4;3.1.4 Fragmenttrajektorien;65
5.5;4 SCHÄDIGUNGSPOTENTIAL BEI EXPLOSIONSEREIGNISSEN;68
5.5.1;4.1 Personenschäden;68
5.5.2;4.2 Sachschäden;70
5.6;5 ZUSAMMENFASSUNG;71
5.7;6 LITERATURVERZEICHNIS;71
6;Von der Bedrohung zur Lastannahme;75
6.1;ABSTRACT;75
6.2;1 EINLEITUNG;75
6.3;2 DRUCK, ÜBERDRUCK UND REFLEKTIERTERÜBERDRUCK – ANSCHAULICHE DARSTELLUNG;77
6.4;3 ZUR PHYSIK UND MATHEMATIK DES EBENENLUFTSTOSSES;79
6.4.1;3.1 Zustandsgleichung fu?r Luft;79
6.4.2;3.2 Bestimmung des Überdruck-Zeit-Verlaufes;80
6.4.3;3.3 Senkrechte Reflexion an starren Oberflächen;82
6.5;4 ZUM EINFLUSS DES MATERIALS UND DERBAUTEILDICKE AUF DEN REFLEXIONSFAKTOR;86
6.5.1;4.1 Material;86
6.5.2;4.2 Bauteildicke und Bauteillagerung;89
6.6;5 LUFTSTOSSWELLEN UND MEHRFACHREFLEXION;90
6.6.1;5.1 Boden-Gebäude-Reflexion;90
6.6.2;5.2 Innenraumexplosion;91
6.6.3;5.3 Außenraumexplosion;92
6.7;6 LUFTSTOSSWELLEN-STRUKTUR-INTERAKTION;93
6.8;7 STATISCHE ERSATZLASTEN;94
6.9;8 BEISPIEL EINER KAMPFMITTELRÄUMUNGIN MÜNCHEN – SICHERHEIT URBANER RÄUME;94
6.9.1;8.1 Ausgangslage in Mu?nchen;95
6.9.2;8.2 Angaben zur Bombe;98
6.9.3;8.3 Bestimmung der Bemessungslasten mittels empirischerLastfunktionen;98
6.10;9 ZUSAMMENFASSUNG;102
6.11;LITERATURVERZEICHNIS;103
7;Norminative Regelungen/Grenzen der Anwendung bezüglich Explosionsszenarien;105
7.1;ABSTRACT;105
7.2;1 ÜBERSICHT;105
7.3;2 AKTUELLE DIN EN NORMEN ZU SPRENGWIRKUNGSHEMMUNG;106
7.3.1;2.1 Anwendungsbereich DIN EN Normen;106
7.3.2;2.2 Blastbelastung und Klassifizierung DIN EN Normen;107
7.3.3;2.3 Auswertung der Ergebnisse/SchadensbeurteilungDIN EN Normen;111
7.4;3 ISO-NORMEN ZUR SPRENGWIRKUNGSHEMMUNG;112
7.4.1;3.1 Anwendungsbereich ISO-Normen;112
7.4.2;3.2 Blastbelastung und Klassifizierung ISO-Normen;112
7.4.3;3.3 Auswertung der Ergebnisse und Gefährdungsbewertungnach ISO-Normen;115
7.5;4 ZUSAMMENFASSUNG ZUSPRENGWIRKUNGSHEMMUNG;117
7.6;5 WEITERE VORSCHRIFTEN UND RICHTLINIEN;118
7.6.1;5.1 Eurocode 1;118
7.6.2;5.2 Richtlinienreihe VDI 2263;120
7.6.3;5.3 Weitere;121
7.7;LITERATURVERZEICHNIS;122
8;Analyse und Vergleich von Prüfnormen und Prüfverfahren für Glasfassaden unter extremer Einwirkung;124
8.1;ABSTRACT;124
8.2;1 EINFÜHRUNG IN DIE THEMATIK;125
8.3;2 GLAS ALS BAUWERKSTOFF, PRÜFNORMEN UND PRÜFVERFAHREN FÜR VERGLASUNGEN;126
8.3.1;2.1 Ausfu?hrungen von Bauteilen in Glas;127
8.3.2;2.2 Pru?fnormen fu?r Verglasungen im Bauwesen;128
8.3.3;2.3 Pru?fverfahren zur Sprengwirkungshemmung;129
8.3.3.1;2.3.1 Stoßrohrversuche;132
8.3.3.2;2.3.2 Freifeldversuche;135
8.4;3 ANWENDUNG UND VERGLEICH DER PRÜFVEFAHREN FÜR SPRENGWIRKUNGSHEMMUNG;137
8.5;4 DISKUSSION DER GENORMTEN VERFAHREN UND AUSBLICK;138
8.6;LITERATURVERZEICHNIS;139
9;Experimentelle Nachweismethoden;141
9.1;ABSTRACT;141
9.2;1 NOTWENDIGKEIT EXPERIMENTELLER NACHWEISFÜHRUNG GEGEN AUSSERGEWÖHNLICHE BELASTUNG;141
9.3;2 RICHTLINIEN UND REGELUNGEN ZUR BAUTEILPRÜFUNG;143
9.4;3 EXPERIMENTELLE NACHWEISMETHODEN AN DER WTD 52;144
9.4.1;3.1 Untersuchungen mit sprengstoffbetriebenen Stoßrohren;145
9.4.1.1;3.1.1. Große Universalsprenganlage (GUSA;145
9.4.1.2;3.1.2. Kleine Universalsprenganlage (KLUSA);149
9.4.2;3.2 Untersuchungen mit luftdruckbetriebenem Stoßrohr;151
9.4.2.1;3.2.1. Large Blast Simulator (LBS);151
9.4.3;3.3 Untersuchungen mit splitterbildender Munition;154
9.4.3.1;3.3.1. Mittlere Universalsprenganlage (MUSA);154
9.4.4;3.4 Freifeldversuche;156
9.5;4 EXPERIMENTELLE NACHWEISMETHODEN AM EMI;159
9.5.1;4.1 Einordnung in den Gesamtkontext;160
9.5.2;4.2 Möglichkeiten der Werkstoffcharakterisierung;161
9.5.2.1;Charakterisierung unter quasistatischer Einwirkung;161
9.5.2.2;Druckversuche;161
9.5.2.3;Zugversuche;162
9.5.2.4;Charakterisierung unter dynamischer Einwirkung;163
9.5.2.5;Versuche bei moderaten Verzerrungsraten;164
9.5.2.6;Versuche bei hohen Verzerrungsraten;165
9.5.2.7;Planar-Impakt-Versuche;167
9.5.3;4.3 Analysen zum Bauteilverhalten;168
9.5.3.1;Fernfelddetonationen;169
9.5.3.2;Nahfelddetonationen und Kontaktdetonationen;170
9.5.3.3;Impaktbelastung;172
9.5.4;4.4 Messtechnische Systeme;173
9.6;5 ZUSAMMENFASSUNG;179
9.7;LITERATURVERZEICHNIS;180
10;Effiziente Methoden zur Auslegung und Bewertung baulicher Strukturen in der Vorplanung;181
10.1;ABSTRACT;181
10.2;1 EINLEITUNG;182
10.3;2 EINLEITUNG;182
10.3.1;2.1 Blastparameter und TNT-Äquivalent;182
10.3.2;2.2 VCE-Blastkurven fu?r Gasexplosionen;184
10.3.3;2.3 Reflexionskoeffizienten;185
10.3.4;2.4 Verbesserte Berechnung der Explosionslasten;185
10.4;3 ERMITTLUNG VON STRUKTURSCHÄDEN;187
10.4.1;3.1 Methoden, basierend auf dem Explosionswiderstand;187
10.4.2;3.2 Dynamische Lastfaktoren;187
10.4.3;3.3 Feder-Masse-Modelle;188
10.5;4 BEISPIELANWENDUNG;190
10.5.1;4.1 Belastungsgrößen fu?r unterschiedliche Modellannahmen;191
10.5.2;4.2 Vergleich der Schädigungswirkung auf Gebäude;193
10.6;5 SCHLUSSFOLGERUNGEN;195
10.7;LITERATURVERZEICHNIS;196
11;Simulationsmethoden zur Detailplanung und Bewertung;199
11.1;ABSTRACT;199
11.2;1 EINLEITUNG;199
11.3;2 UNTERSUCHUNG VON IMPAKT UND BLAST AUF STAHLBETONWÄNDE;201
11.3.1;2.1 Impakt Stahlprojektil auf Stahlbetonwand mit Perforation;201
11.3.2;2.2 Berechnung der Blastbelastung auf Strukturen durchSprengstoffdetonation;203
11.3.3;2.3 Versagen einer Stahlbetonstu?tzwand durch Blastbelastung;206
11.4;3 DETONATIONSWIDERSTAND STAHLBETONWAND UNTER VORLAST;209
11.4.1;3.1 Kombinierte Belastung – kombinierte Verfahren;210
11.4.2;3.2 Validierung des Ansatzes;211
11.4.3;3.3 Einfluss einzelner Vorlasten;213
11.4.4;3.4 Zusammenfassung;213
11.5;4 PROJEKTIL AUF SANDWICH-WAND AUS STAHL UND GIPSKARTON;214
11.5.1;4.1 Ermittlung der Aufprallgeschwindigkeit;214
11.5.2;4.2 Simulation des Impaktvorganges;216
11.6;LITERATURVERZEICHNIS;218
12;Bewertung von Werkstoffen und Bauteilen;219
12.1;ABSTRACT;219
12.2;1 EINLEITUNG;220
12.3;2 WERKSTOFFE;222
12.3.1;Sand;224
12.3.2;Steine, Bruchsteine Kies und Findlinge;225
12.3.3;Mauerwerk;226
12.3.4;Stahlbeton;227
12.3.5;Stahl;229
12.3.6;Holz;229
12.3.7;Glas;231
12.3.8;Keramik;232
12.4;3 BEWERTUNGSVERFAHREN FÜR WERKSTOFFE;233
12.5;4 BEWERTUNG DES WIDERSTANDSVERHALTENS VON BAUWERKEN;238
12.6;5 ABSCHLIESSENDE BEMERKUNGEN;240
12.7;LITERATURVERZEICHNIS;241
13;Von der Bauteilschädigung zum Gebäudeschaden;243
13.1;ABSTRACT;243
13.2;1 EINLEITUNG;244
13.3;2 BAUTEILSCHÄDIGUNGSGRAD;247
13.3.1;2.1 Ingenieurverfahren zur Ermittlung der Bauteilschädigung;247
13.3.1.1;2.1.1 Schädigungskennlinien;247
13.3.1.2;2.1.2 Weitere Ingenieurverfahren;250
13.3.2;2.2 Numerische Verfahren zur Ermittlung des Bauteilschädigungsgrades;252
13.3.2.1;2.1.1 Beschreibung des RHT Materialmodelles;253
13.3.2.2;2.2.2 Beispiel Schädigung durch Nahdetonation an einem bewehrtenWu?rfel;253
13.3.2.3;2.2.3. Beispiel Kontaktdetonation an einer Betonplatte;258
13.4;3 GEBÄUDESCHÄDIGUNGSGRAD;259
13.4.1;3.1 Schadenskurven;259
13.4.1.1;3.1.1 Übertrag der Bauteilschädigung auf die u?bergeordnete Struktur;259
13.4.1.2;3.1.2 Beziehung zwischen Schädigung der Fassade und derUnterkonstruktion;261
13.4.1.3;3.1.3 Übertrag auf das Gesamtgebäude;262
13.5;4 ZUSAMMENFASSUNG/FAZIT;263
13.6;LITERATURVERZEICHNIS;264
14;Anwendung und Lösungsansätze zum Bauwerksschutz aus der zivilen und militärischen Anwendung;267
14.1;ABSTRACT;267
14.2;1 BEDROHUNG VON INFRASTRUKTUR;267
14.3;2 SYSTEMÜBERGREIFENDER SCHUTZ GEGEN FLACHFEUER, INDIREKTES FEUER UND VBIED;269
14.4;3 SCHUTZSYSTEM PERIMETER BEI UNTERBRINGUNG IM EINSATZ;270
14.4.1;3.1 Grundsätzliche Anforderungen an die Explosionsschutzbarriere;271
14.4.2;3.2 Analysen zur wirkungsvollen Planung der Explosionsschutzbarriere;272
14.4.3;3.3 Blastbelastung; Reduktion durch Explosionsschutzbarriere;274
14.4.3.1;3.3.1 Schutzmaßnahmen im zivilen Bereich;277
14.4.4;3.4 Kollektives letales Risiko fu?r Personen in Gebäuden;278
14.4.5;3.5 Kollektives letales Risiko fu?r Personen im Freien;278
14.5;4 GEBÄUDEAUSLEGUNG GEGEN VBIED BELASTUNG;279
14.6;5 GROSSVERSUCH ZUR ERMITTLUNG DES SCHUTZ- UND GEFÄHRDUNGSPOTENTIALS BEI EINEM VBIED ANSCHLAG;280
14.7;6 SCHUTZ GEGEN FLACHFEUER;281
14.8;7 SCHUTZ GEGEN INDIREKTES FEUER;281
14.9;8 ZUSAMMENFASSUNG;282
14.10;LITERATURVERZEICHNIS;282
15;Konstruktive Durchbildung von Verglasung zur Erhöhung der Schutzwirkung bei Explosionen;285
15.1;ABSTRACT;285
15.2;1 EINFÜHRUNG;285
15.3;2 EINFLUSSMÖGLICHKEITEN IM AUFBAU VON VERGLASUNGEN;286
15.3.1;2.1 Globales Tragverhalten unter Luftstoßbelastung;287
15.3.1.1;2.1.1 Kapazität des Laminates nach Bruch der Glaskomponente;288
15.3.2;2.2 Lokale Schädigungsprozesse;289
15.3.3;2.3 Einfluss der Materialparameter auf das Resttragverhalten;290
15.3.3.1;2.3.1 Temperatursensitivität des Zwischenschichtmateriales;292
15.4;3 EINFLUSS DER LAGERUNG VON VERGLASUNGEN AUF DAS WIDERSTANDSVERHALTEN GEGEN SPRENGWIRKUNG;293
15.5;4 ZUSAMMENFASSUNG;300
15.6;LITERATURVERZEICHNIS;301
16;Schutzkonzepte bei Neubauten;303
16.1;KURZFASSUNG;303
16.2;1 EINLEITUNG;304
16.3;2 GRUNDSTÜCK;305
16.4;3 GEBÄUDEENTWURF;308
16.4.1;3.1 Gebäudehu?lle;308
16.4.2;3.2 Raumgestaltung und Anordnung;311
16.5;4 WERKSTOFFE;312
16.6;5 TRAGSTRUKTUR;313
16.7;6 ABSCHLIESSENDE BEMERKUNGEN;318
16.8;LITERATURVERZEICHNIS;318
17;Aktuelle Forschungsergebnisse zum baulichen Schutz für Großbauwerke und Risikomanagement für kritische Infrastrukturen und städtische Bereiche;320
17.1;ABSTRACT;320
17.2;1 EINFÜHRUNG;320
17.3;2 HERAUSFORDERUNGEN IN DER BEWERTUNG MULTIFUKTIONALER GROSSBAUWERKE;320
17.3.1;2.1 Bedrohungs- und Gefährdungsanalyse;321
17.3.2;2.2 Analyse der Schädigung im Inneren;324
17.3.3;2.3 Gefahr eines progressiven Gebäudeeinsturzes;329
17.4;3 MAßNAHMEN ZUM RISIKOMANGEMENT;333
17.4.1;3.1 Effiziente Auslegung von Zugangskontrollen;333
17.4.2;3.2 Entscheidungshilfe fu?r mehr Sicherheit in Städten;336
18;Schutz Urbaner Räume mittels Barrieren;341
18.1;ABSTRACT;341
18.2;1 EINLEITUNG;342
18.2.1;1.1 Restrisiko durch Unwägbarkeiten;342
18.2.2;1.2 Ideen der Forschung und Praxis;343
18.2.3;1.3 Erfahrungen aus vorherigen Untersuchungen;346
18.2.3.1;1.3.1 Kfz – Hemmnisse/Schikanen;347
18.2.3.2;1.3.2 Sperren;351
18.2.3.3;1.3.3 Barrieren/Schutzwälle;356
18.3;2 VERSUCHE MIT WEICHEN BARRIEREN;362
18.3.1;2.1 Versuchskonfiguration;362
18.3.2;2.2 Numerische Simulation;364
18.3.3;2.3 Ergebnisse und Bewertung;365
18.3.3.1;2.3.1 Ergebnisse;365
18.3.3.2;2.3.2 Zusammenfassende Bewertung;367
18.4;3 AUSBLICK;370
18.5;DANKSAGUNG;373
18.6;LITERATURVERZEICHNIS;374
19;Impressum;376