Splitterbelastad betong – Experiment och numeriska analyser. Institutionen för konstruktion och mekanik

Rapport, 2003

Armerade betongkonstruktioner är det främsta skyddsmaterialet mot vapenverkan.
Vid en explosion av en bomb utbreder sig en stötvåg och splitter kommer farande mot
konstruktionen vilket utsätts för stora påfrestningar. Målsättningen i detta arbete är att
öka kunskapen om hur betongens materialegenskaper förändras då den blir utsatt för
splitter- och stötvågsbelastning. De egenskaper som främst studeras är
hållfasthetsändring, sprickbildning och hur skadan i betong varierar med avståndet
från ytan där splitter och stötvåg träffar. Vidare är en viktig målsättning att studera hur
dessa belastningssituationer kan modelleras med numeriska metoder.
För att studera ovanstående belastningsfall har experiment och numeriska analyser
genomförts. Både enstaka splitter och hela svärmar av splitter beskjutits mot tjocka
betongblock. I dessa experiment har splitterbelastningen förenklats förhållande till det
verkliga belastningsfallet från en bomb som briserar. Här har sfäriska stålkulor
nyttjats som splitter. Anledningen till detta är att få tydliga randvillkor gällande
splitterbelastningen, samt att kunna numeriskt modellera denna komplicerade
belastningsfall. Efter belastningen har betongkropparna kluvits för att studera
avskalning och makrosprickbildning i betongen. Från urborrade kärnor från de
belastade och obelastade betongblocken har tryck- och spräckprov genomförts för att
studera hållfasthetsändring, samt har tunnfilmslipning utförts för att studera
mikrosprickbildning.
Experimenten och numeriska analyser visar då splitter träffar en betongkropp skadas
betongens ytskikt, där splittret krossar betongen. På ett avstånd på drygt två gånger
det maximala splitterinträngningsdjupet påverkas inte betongens tryck- och
draghållfasthet nämnvärt. Däremot påverkas hållfastheten vid ränderna av
betongblocken från splitter- och stötvågsbelastningen. Numeriska analyser visar även
att randvillkor har stor betydelse gällande stötvågsbelastning, samt är det viktigt att
beakta både splitterinträngning och stötvågen som genereras från sprängladdningen
för att korrekt simulera sprick- och skadeutvecklingen i betongen. AUTODYN har
nyttjats för de numeriska analyser genomförda här.