Schlüsselwörter
(Deutsch)
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Steinschlag, Schutzgalerie, Stahlbetonplatte, Überdeckung
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Schlüsselwörter
(Englisch)
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Rockfall, protection gallery, reinforced concrete slab, cushion layer
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Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Fallversuche im Steinbruch Lochezen in Walenstadt mit Fallkörpern von 825 bis 4125 kg auf Stahlbetonplatten der Abmessungen 3.5 x 4.5 m aus Höhen bis zu 15 m sollen Aussagen ergeben zum Einfluss des Überdeckungsmaterials, der Plattensteifigkeit und der Stossdynamik. Durch unterschiedliche Plattendicken und Bewehrungsanordnungen soll versucht werden, nicht nur Biegebrüche, sondern auch Durchstanzversagen zu erzeugen.
Die auf den Versuchsresultaten basierende Modellierung geschieht einerseits mit Masse-Feder-Modellen (Dreimassenschwinger) und anderseits mit Finiten Elementen. Die Dämpfung des Anpralls durch Überdeckung, die Lastausbreitung in der Überdeckung, die Ausbreitung der Druckwelle in der Platte, die Rissbildung im Betons, das Fliessen der Bewehrung mit anschliessender Verfestigung, Betondruckbruch und Reissen der Bewehrung und die Dehnratenabhängigkeit der Festigkeitswerte sollen simuliert werden. Die besseren Kenntnisse der ablaufenden Vorgänge soll es erlauben, vereinfachte Bemessungsverfahren für das Gefährdungsbild Steinschlag zu entwickeln. Im Idealfall gelingt es statische Ersatzkräfte zu bestimmen, allenfalls sind Masse-Feder-Modelle erforderlich. Auf alle Fälle sollen die wissenschaftlichen Grundlagen für eine inhaltliche Überarbeitung der ASTRA/SBB-Richtlinie für Steinschlagschutzgalerien von 1998 geschaffen werden
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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Falling weight tests at the Lochezen stone pit in Walenstadt with boulders from 825 to 4125 kg on reinforced concrete slabs measuring 3.5 x 4.5 m and heights of fall up to 15 m will give results on the influence of the cushion material, the slab stiffness and the impact dynamic. Providing different slab depths and reinforcement schemes shall provoke not only failures in bending but also in punching.
Modelling based on the test results will be based on mass-spring models (multiple-degree of freedom systems) and finite elements. Damping of the impact by the cushion layer, load extension in the cushion, propagation of the compression wave in the slab, cracking of concrete, yielding and subsequent tension stiffening of the reinforcement, concrete crushing and reinforcement breaking, and the strain-rate dependency of material strength will be simulated. A better knowledge on the ongoing processes will allow for developing simplified design procedures for the hazard scenario "rockfall". In the ideal case equivalent static forces can be determined, otherwise mass spring models will be used. In any case the scientific background for the revision of the actual guidelines for protection galleries of the Swiss Federal Railways and the Swiss Federal Road Office will be provided.
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Projektbeschreibung
(Deutsch)
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siehe Anhang 1.
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Methoden
(Deutsch)
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Masse-Feder-Modelle, numerische Lösung gekoppelter Bewegungsdifferentialgleichungen Finite Element Programme, ABAQUS/Explicit oder andere
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Spezielle Geräte und Installationen
(Deutsch)
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Versuchsanlage für Steinschlagschutzbauten Lochezen in Walenstadt
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Allgemeiner Stand der Forschung
(Deutsch)
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siehe Anhang 2.
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Projektziele
(Deutsch)
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Aus wissenschaftlicher Sicht wird angestrebt, den dynamischen Tragwiderstand von Stahlbetonplatten bei Beanspruchung durch Steinschlag möglichst zutreffend zu modellieren. Dabei sollen nicht nur die Dämpfungseigenschaften der Überdeckung, sondern auch diejenigen der Tragkonstruktion selbst besser berücksichtigt werden.
Nebst der Bruchlast ist auch der Bruchmechanismus von Bedeutung, da die Konsequenzen je nach Versagensart unterschiedlich ausfallen. Basierend auf dem vertieften Wissen über den Einfluss der verschiedenen Parameter sollen vereinfachte praxistaugliche Bemessungsregeln entwickelt werden. Damit können im Rahmen von detaillierten Überprüfungen die Tragfähigkeit bestehender Steinschlaggalerien besser beurteilt und im Rahmen der Projektierung von neuen Galerien die beschränkten Mittel optimal eingesetzt werden
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Projektziele
(Englisch)
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The scientific goal is to model as accurate as possible the dynamic behaviour of reinforced concrete slabs subject to rockfall. Not only the damping properties of the cushion layers, but also those of the structure shall be taken into account more precisely.
Together with failure loads also failure modes are relevant, because the consequences of a failure differ depending on the kind of failure. Based on a deeper knowledge of the influence of the different parameters, simplified design rules that are suitable for practical application shall be developed. Like this in assessments the structural capacity of existing rockfall protection galleries (rock-sheds) can better be evaluated and in design of new galleries restricted financial measures can be allocated optimally
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Forschungsplan
(Deutsch)
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siehe Anhang 1, Tabelle 2
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Umsetzung und Anwendungen
(Deutsch)
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Mit dem tendenziellen Schmelzen von Permafrost und der reduzierten Bewirtschaftung der Schutzwälder ist in Zukunft vermehrt mit Steinschlagereignissen zu rechnen. Deshalb werden auch an bestehenden Achsen neue Galerien notwendig werden.
Eine wesentlich grössere Rolle spielen die bestehenden Steinschlaggalerien und andere Bauten (Lawinengalerien, Tunnelportale etc.), die ebenfalls steinschlaggefährdet sind. Im Rahmen von Überprüfungen solcher Tragwerke ist auch die Verwendung von komplexeren Einwirkungsmodellen gerechtfertigt, bevor Bauwerke verstärkt werden. Eine Massnahme kann die Veränderung der Überdeckung sein, wenn sich belegen lässt, dass damit der erforderliche Schutzgrad gewährleistet werden kann. Im Rahmen von Netzüberlegungen (Korridorplanung Naturgefahren) interessiert nicht nur das Einwirkungsniveau, auf das bemessen wird, sondern auch das Verhalten der Schutzbauten bei wesentlich grösseren Aufprallenergien und dafür selteneren Ereignissen. Entgegen anderen aussergewöhnlichen Einwirkungen kann es sogar Sinn machen, den Felsblock durchstanzen zu lassen anstatt einen ganzen Galerienabschnitt zu gefährden. Auch solche Überlegungen sind nur sinnvoll, wenn das Verhalten der Galerien zuverlässig prognostiziert werden kann
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Berichtsnummer
(Deutsch)
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673
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Berichtsnummer
(Englisch)
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673
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Literatur
(Deutsch)
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siehe Anhang 1, Kapitel 8 und Anhang 2, Kapitel 12
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