DE4114538C2 - Structure made of reinforced concrete and / or steel with load-bearing and / or sealing function and with impact protection - Google Patents

Structure made of reinforced concrete and / or steel with load-bearing and / or sealing function and with impact protection

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DE4114538C2 DE19914114538 DE4114538A DE4114538C2 DE 4114538 C2 DE4114538 C2 DE 4114538C2 DE 19914114538 DE19914114538 DE 19914114538 DE 4114538 A DE4114538 A DE 4114538A DE 4114538 C2 DE4114538 C2 DE 4114538C2
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Description

Die Erfindung betrifft ein Bauwerk aus Stahlbeton und/oder Stahl mit tragender und/oder dichtender Funktion und mit Aufprall­ schutz(einrichtung) in Form einer porenreichen Betonbedeckung, die bei Aufprall eines Körpers ein Eindringen des Körpers zuläßt und seine Durchschlagkraft mindert.The invention relates to a structure made of reinforced concrete and / or steel with load-bearing and / or sealing function and with impact protection (facility) in the form of a pore-rich concrete covering, the in the event of a body impact, the body can penetrate and reduces its impact.

Bei dem bekannten Bauwerk, welches die vorstehend zitierten Merkmale aufweist (DE-PS 6 84 381 aus 1935/39), handelt es sich um eine tragende Stahlbetonkonstruktion in Form eines Steildaches, welches seinerzeit der bautechnischen Entwicklung des Luftschutzes entsprach und hauptsächlich der Abwehr von Brandbomben diente. Auf der Stahlbetonkonstruktion befindet sich eine porenreiche Bedeckung aus Bimsbeton. Diese Bedeckung bildet eine Mörtelbettung für eine Schieferabdeckung. Sie ersetzt das für eine Schieferabdeckung seinerzeit übliche Holzwerk. Die Bimsbetonschicht bildet zusammen mit der Mörtelbettung der Schieferplatten aber auch einen erhöhten Schutz gegen auftreffende Brandbomben, deren Durchschlagkraft gemindert wird. Das technische Problem, zu verhindern, daß bei Aufprall eines Körpers vorgegebener großer Masse und vorgegebener kinetischer Energie eine störende Min­ derung der Tragfähigkeit und/oder der Dichtheit des Bauwerkes eintritt, ist bei dem bekannten Bauwerk nicht angesprochen.In the known structure, which the above-cited Features (DE-PS 6 84 381 from 1935/39), it is a load-bearing reinforced concrete structure in the form of a pitched roof, which at the time was the technical development of air protection corresponded and mainly served to ward off incendiary devices. There is a pore-rich layer on the reinforced concrete structure Pumice concrete covering. This cover forms one Mortar bedding for a slate cover. It replaces that for one Slate cover used to be the usual woodwork. The pumice concrete layer forms together with the mortar bedding of the slate slabs also increased protection against incendiary fire bombs, their Penetration is reduced. The technical problem, too prevent a given large body from impacting Mass and given kinetic energy a disturbing min change in the load-bearing capacity and / or the tightness of the structure occurs, is not addressed in the known building.

Bauwerke aus Stahlbeton und/oder Stahl mit tragender und/oder dichtender Funktion, bei denen mit Hilfe eines Auf­ prallschutzes verhindert wird, daß bei Aufprall eines Körpers vorgegebener großer Masse und vorgegebener kinetischer Energie eine störende Minderung der Tragfähigkeit und/oder Dichtheit des Bauwerkes eintritt, sind ebenfalls bekannt. Hier besteht die Aufprallschutz gleichsam aus einer separaten Einrichtung, z. B. aus einer Stahlkonstruktion mit integrierten Knautsch- und Federelementen, wabenförmigen Metall- oder Kunststoffelementen und dergleichen (vgl. z. B. EP 0 250 972). Auch Aufprallschutzeinrichtungen in Form von gekapselten Sandschichten sind bekannt. Die bekannten Maßnahmen sind auf­ wendig und nicht leicht anpaßbar, wenn es sich darum handelt, ein Bauwerk so zu sichern, daß bei Aufprall eines Körpers vorge­ gebener großer Masse und vorgegebener kinetischer Energie eine störende Minderung der Tragfähigkeit und/oder Dichtheit des Bauwerkes durch Energieabsorption verhindert wird. Bei den aufprallenden Körpern kann es sich z. B. um Transportbehälter, Kabinen von Last- oder Personenaufzügen, Absturzlasten bei Montagevorgängen sowie um Fahrzeuge handeln, die gegen Brücken­ pfeiler oder Bauwerkstützen prallen. Wenn im Rahmen der Erfin­ dung von vorgegebener, großer Masse des Körpers gesprochen wird, so ist insoweit ein Bereich oder eine obere Grenze gemeint. Das gilt auch für die kinetische Energie. Ist das erfindungsgemäße Bauwerk so eingerichtet, daß in bezug auf die Masse und auf die kinetische Energie bei vorgegebener oberer Grenze eine ausrei­ chende Energieabsorption stattfindet, so ist das Bauwerk auch ausreichend gesichert, wenn der Körper eine geringere Masse aufweist und/oder wenn die kinetische Energie geringer ist.Structures made of reinforced concrete and / or steel with load-bearing and / or sealing function, where with the help of an on impact protection is prevented in the event of an impact Body of predetermined large mass and predetermined kinetic  Energy a disruptive reduction in load capacity and / or Tightness of the building occurs are also known. Here the impact protection consists of a separate one Facility, e.g. B. from a steel structure with integrated Crumple and spring elements, honeycomb-shaped metal or Plastic elements and the like (see, for example, EP 0 250 972). Also impact protection devices in the form of encapsulated Layers of sand are known. The known measures are on agile and not easily adaptable when it comes to to secure a structure so that in the event of a body impact given large mass and predetermined kinetic energy disturbing reduction in the load-bearing capacity and / or tightness of the Building is prevented by energy absorption. Both bouncing bodies can be z. B. transport containers, Cabins of goods or passenger lifts, crash loads at Assembly processes as well as vehicles that act against bridges pillars or building supports bounce. If under the Erfin is spoken of a predetermined, large mass of the body, this means an area or an upper limit. The also applies to kinetic energy. Is the invention Structure set up so that with respect to the mass and on the kinetic energy at a given upper limit is sufficient energy absorption takes place, so is the building adequately secured when the body is of lesser mass and / or if the kinetic energy is lower.

Der Erfindung liegt das eingangs schon angesprochene technische Problem zugrunde, bei Aufprall eines Körpers vorgegebener großer Masse und vorgegebener kinetischer Energie eine störende Minderung der Tragfähigkeit und/oder Dichtheit des aus Stahlbeton oder Stahl bestehenden Bauwerkes zu verhindern.The invention is the technical already mentioned at the beginning Underlying problem when a body hits a given large size  Mass and given kinetic energy a disturbing Reduction of the load-bearing capacity and / or tightness of the reinforced concrete or to prevent steel from existing structures.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung ein Bauwerk mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. - Die Erfindung geht davon aus, daß Bauwerke aus Stahlbeton oder Stahl selbstverständlich in statischer und stabilitätsmäßiger Hinsicht nach Maßgabe der vorgegebenen speziellen Verwendung und den daraus resultierenden Belastungen dimensioniert sind, wie es den Regeln der Ingenieurkunst entspricht. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß nach den Regeln der Ingenieurkunst dimen­ sionierte Bauwerke bei Aufprall eines Körpers vorgegebener großer Masse und vorgegebener kinetischer Energie eine störende Minderung ihrer Tragfähigkeit und/oder Dichtheit nicht erfahren, wenn das Porenvolumen sowie das Bindemittel der Betonbedeckung so eingerichtet sind, daß sich bei Aufprall des Körpers ein Eindringweg ergibt, der 40 bis 75% der Gesamtdicke der Beton­ bedeckung ausmacht. Es findet bei dem erfindungsgemäßen Bauwerk mit seinem Aufprallschutz gleichsam ein Zusammen­ drücken, Zerschellen oder Zerschmettern der Betonbedeckung statt, wobei der Körper porenbrechend oder porenzerdrückend in die Betonbedeckung eindringt und dadurch die erforderliche Energieab­ sorption erreicht wird. Gekoppelt sind diese Mechanismen mit einer Verdrängung des Materials der Betonbedeckung in der unmittelbaren Aufprallzone in benachbarte Bereiche hinein. Es ist bisher nicht erkannt worden, daß ein Porenbeton mit einem sehr definierten Energieabsorptionsvermögen versehen werden kann, so daß bei Ver­ wirklichung der Lehre der Erfindung das Bauwerk definiert gesichert ist. Die Betonbedeckung ist mit dem Bauwerk wie üblich, z. B. adhäsiv oder über Verankerung, verbunden. Von besonderem Vorteil ist die Tatsache, daß auch der aufprallende Körper und/oder sein Inhalt wirksam vor Zerstörung geschützt werden.The object of the invention is to achieve this object Building with the features of claim 1. - The invention assumes that structures made of reinforced concrete or steel of course in terms of statics and stability according to the specified special use and resulting loads are dimensioned as the Rules of engineering. The invention starts from Realizing that dim according to the rules of engineering sioned structures in the event of a collision of a given large size Mass and given kinetic energy a disturbing Not experienced a reduction in their load-bearing capacity and / or tightness, if the pore volume as well as the binder of the concrete covering are set up so that when the body collides Penetration path results in 40 to 75% of the total thickness of the concrete cover matters. It takes place in the structure according to the invention with its impact protection, as it were, together pressing, crushing or crushing the concrete cover instead, whereby the body breaks into the pores or suppresses pores Concrete cover penetrates and thereby the required energy sorption is achieved. These mechanisms are linked to one Displacement of the material of the concrete covering in the immediate Impact zone into neighboring areas. It is not yet recognized that a cellular concrete with a very defined Energy absorption capacity can be provided so that Ver Realization of the teaching of the invention secured the structure defined  is. The concrete covering is with the building as usual, e.g. B. adhesive or anchored. Of special The advantage is the fact that the impacting body and / or its contents are effectively protected against destruction.

Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglich­ keiten der weiteren Ausbildung und Gestaltung. So kann die Beton­ bedeckung mehrschichtig und in den einzelnen Schichten in bezug auf Porenvolumen und/oder Dicke und/oder Bindemittel unterschiedlich aufgebaut sein. Es versteht sich, daß im Rahmen der Erfindung die Betonfestigkeit der Betonbedeckung nicht zu groß sein darf. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in diesem Zusammenhang dadurch gekennzeichnet, daß die Betonbe­ deckung eine Betondruckfestigkeit von 3 bis 8 MPa, vorzugs­ weise von etwa 3 bis 5 MPa, aufweist. Die Betonbedeckung kann zusätzlich eine Faserbewehrung aufweisen.There are several possible options within the scope of the invention further training and design. So can the concrete covering in multiple layers and in the individual layers in terms of pore volume and / or thickness and / or binder be structured differently. It is understood that in the frame of the invention, the concrete strength of the concrete covering is not too great may be. A preferred embodiment of the invention is in this context, characterized in that the concrete coverage a concrete compressive strength of 3 to 8 MPa, preferred from about 3 to 5 MPa. The concrete covering can also have fiber reinforcement.

AusführungsbeispieleEmbodiments

In allen drei nachstehend beschriebenen Beispielen wurde für die Betonbedeckung der gleiche Werkstoff verwendet. Dieses Material ist durch folgende Angaben gekennzeichnet:
Zuschlagstoffe: annähernd kugelförmiges expandiertes Polystyrol (EPS); Durchmesser der EPS-Kugeln ca 2 mm;
Bindemittel: Zement 350 kg/m3; w/z-Wert = 0.47;
Rohdichte: 650 kg/m3; statische Druckfestigkeit: 3 MPa. In all three examples described below, the same material was used for the concrete covering. This material is characterized by the following information:
Additives: approximately spherical expanded polystyrene (EPS); Diameter of the EPS balls approx. 2 mm;
Binder: cement 350 kg / m 3 ; w / z value = 0.47;
Bulk density: 650 kg / m 3 ; static compressive strength: 3 MPa.

Die Betonbedeckung wurde auf ein quasi-unverschiebliches Tragwerk aufbetoniert. Die Schichtdicke der Betonbedeckung wurde in Abhän­ gigkeit von der Art und Intensität der Einwirkung durch die auf­ prallende Masse in jedem der folgenden Beispiele gesondert festge­ legt.The concrete covering was on a quasi-immovable structure concreted. The layer thickness of the concrete covering was dependent depending on the type and intensity of exposure to the bouncing mass separately in each of the following examples sets.

Beispiel 1example 1

  • - Masse des Fallkörpers: 200 kg- Mass of the drop body: 200 kg
  • - Aufprallgeschwindigkeit: 8 m/s- Impact speed: 8 m / s
  • - Ebene Anprall-Fläche: 150 cm2 - Level impact area: 150 cm 2
  • - Schichtdicke der Betonbedeckung: 0.25 m- Layer thickness of the concrete cover: 0.25 m
  • - Ergebnis des Aufpralls:- Result of the impact:
  • Eindringtiefe = 8 cm;Depth of penetration = 8 cm;
  • Stoßdauer: ca. = 17 msec;Shock duration: approx. = 17 msec;
  • max Stoßkraft = 125 kN.max impact force = 125 kN.
Beispiel 2Example 2

  • - Masse des Fallkörpers: 40 t- Mass of the falling body: 40 t
  • - Aufprallgeschwindigkeit: 14 m/s- Impact speed: 14 m / s
  • - Ebene Anprall-Fläche: 2 m2 - Level impact area: 2 m 2
  • - Schichtdicke der Betonbedeckung: 0.50 m- Layer thickness of the concrete cover: 0.50 m
  • - Ergebnis des Aufpralls:- Result of the impact:
  • Eindringtiefe = ca. 33 cm;Depth of penetration = approx. 33 cm;
  • Stoßdauer = ca. 40 msec;Shock duration = approx. 40 msec;
  • max Stoßkraft = 20 MN.max impact force = 20 MN.
Beispiel 3Example 3

  • - Masse des Fallkörpers: 120 t- Mass of the falling body: 120 t
  • - Aufprallgeschwindigkeit: 14 m/s- Impact speed: 14 m / s
  • - Ebene Anprall-Fläche: 6 m2 - Level impact area: 6 m 2
  • - Schichtdicke der Betonbedeckung: 0.65 m- Layer thickness of the concrete cover: 0.65 m
  • - Ergebnis des Aufpralls:- Result of the impact:
  • Eindringtiefe = 37 cm;Depth of penetration = 37 cm;
  • Stoßdauer = ca. 45 msec;Shock duration = approx. 45 msec;
  • max Stoßkraft = 50 MN.max impact force = 50 MN.

Claims (4)

1. Bauwerk aus Stahlbeton und/oder Stahl mit tragender und/oder dichtender Funktion und mit Aufprallschutz in Form einer porenreichen Betonbedeckung, die bei Aufprall eines Körpers ein Eindringen des Körpers zuläßt und seine Durchschlagkraft mindert, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Porenvolumen sowie das Bindemittel der Betonbedeckung so eingerichtet sind, daß sich bei Aufprall des Körpers ein Eindringweg ergibt, der 40 bis 75% der Gesamtdicke der Betonbedeckung ausmacht.1. Structure made of reinforced concrete and / or steel with a load-bearing and / or sealing function and with impact protection in the form of a pore-rich concrete cover, which allows a body to penetrate and reduce its penetration when impacted by a body, characterized in that the pore volume and the binder the concrete cover are set up in such a way that, when the body hits, there is a penetration path that accounts for 40 to 75% of the total thickness of the concrete cover. 2. Bauwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betonbedeckung mehrschichtig und in den einzelnen Schichten in bezug auf Porenvolumen und/oder Dicke und/oder Bindemittel unterschiedlich aufgebaut ist.2. Building according to claim 1, characterized in that the Concrete covering in several layers and in the individual Layers with respect to pore volume and / or thickness and / or Binder is constructed differently. 3. Bauwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betonbedeckung eine Betondruckfestigkeit von 3 bis 8 MPa/cm2, vorzugsweise von etwa 5 MPa/cm2 aufweist.3. Building according to claim 1 or 2, characterized in that the concrete covering has a concrete compressive strength of 3 to 8 MPa / cm 2 , preferably of about 5 MPa / cm 2 . 4. Bauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Betonbedeckung zusätzlich eine Faserbewehrung aufweist.4. Building according to one of claims 1 to 3, characterized records that the concrete cover additionally a fiber reinforcement having.
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