(GRS-656) Berücksichtigung der Alterung von Gebäudestrukturen aus Stahlbeton bei Berechnungen zur Tragfähigkeit, insbesondere von Zwischenlagern

L. Bahr, J. Arndt, J. Sievers

Die GRS führte im Rahmen des Forschungsvorhabens RS1563 mit Mitteln des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz (BMUV) strukturmechanische Untersuchungen zur Tragfähigkeit von Gebäudestrukturen aus Stahlbeton, insbesondere Zwischenlager, unter Berücksichtigung ausgewählter Alterungsmechanismen durch.

Zur strukturmechanischen Prognoserechnung des Schwindens und Kriechens von Beton wurden Berechnungsverfahren nach Richtlinien, die den aktuellen Forschungsstand widerspiegeln, eingesetzt. Zuerst erfolgte eine Kalibrierung dieser Verfahren an Probekörpern. Sie wurden darauf in der strukturmechanischen Analyse des VeRCoRs-Modellcontainments über die Standzeit der Gebäudestruktur eingesetzt. Spannungen und Dehnungen wurden vorab mit der erprobten strukturmechanischen Finite-Elemente-Methode (FEM) im Zeitbereich berechnet. Auf Basis der Berechnungsergebnisse können Aussagen hinsichtlich der strukturellen Veränderung und der Schädigung getroffen werden.

Modellierungsverfahren der Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR), die sich in der betrachteten Größenskala als auch der im Modell berücksichtigten chemischen und strukturmechanischen Wirkmechanismen unterscheiden, wurden evaluiert. Ein ausgesuchtes Modellbildungsverfahren wurde in Simulationsrechnungen auf Basis der Finite-Elemente-Methode anhand von Validierungsrechnungen zu kleinskaligen Probekörpern näher untersucht. Dies soll die Grundlage für weitere Untersuchungen bilden. Des Weiteren wurden Berechnungen zur Tragfähigkeit eines generischen Zwischenlagers nach STEAG-Bauweise unter Berücksichtigung einer unterstellten Schädigung durch die Alkali-Kieselsäure-Reaktion für den Lastfall Erdbeben durchgeführt. Die Simulation zeigte hier deutliche Schädigungen auf, die im Referenzfall ohne AKR-Befall nicht berechnet wurden.

Im Rahmen des internationalen Benchmarks SOCRAT wurde die seismische Belastung eines Brückenkrans, wie er in Zwischenlagern als auch in Kernkraftwerken zum Einsatz kommt, in Simulationsrechnungen auf Basis der strukturmechanischen Finite-Elemente-Methode im Zeitbereich untersucht. Die gewonnenen Erkenntnisse können in eine erweiterte Betrachtung der Tragfähigkeit von Zwischenlagergebäuden einfließen, bei der seismisch bedingte Rückwirkungen von innenliegenden Komponenten auf das Gebäude berücksichtigt werden.

Insgesamt wurden im Forschungsvorhaben RS1563 Fortschritte bei der Entwicklung und Erprobung strukturmechanischer Analysemethoden zur Berechnung und Bewertung der Schädigung von Stahlbetonstrukturen infolge Alterung erreicht, die im Rahmen des Alterungsmanagements eingesetzt werden können.