Alternde Stahlbetonbauteile unter Stoßbelastung im Kontext der Zwischenlagerung hoch radioaktiver Abfälle

Zwischenlager für hoch radioaktive, Wärme entwickelnde Reststoffe müssen voraussichtlich weitaus länger betrieben werden als ursprünglich angenommen. Da es sich hierbei um kerntechnische Anlagen handelt, sind bei deren Auslegung und im Zuge Periodischer Sicherheitsüberprüfungen (PSÜ) extreme Einwirkungen wie z. B. Stoßbelastungen (Impact) durch einen zufälligen Flugzeugabsturz zu berücksichtigen. In dieser Arbeit wird untersucht, wie sich der Widerstand einer Stahlbetonstruktur gegen Impact über einen Zeitraum von bis zu 100 Jahren verändern kann. Ein methodischer Schwerpunkt liegt dabei auf der ingenieurmäßigen Erfassung des Einflusses alterungs- und korrosionsbedingter Veränderungen. Die zahlreichen Parameter der Problemstellung werden anhand einer umfangreichen Literaturrecherche vor dem Hintergrund der besonderen Randbedingungen in einem Zwischenlager analysiert, eingegrenzt und im Hinblick auf die Modellbildung erörtert. Der Fokus liegt auf Einwirkungen durch harten Impact, der u. a. Schadensbilder wie Penetration, Scabbing und Perforation zur Folge haben kann. Auf der Widerstandsseite sind Aspekte der Wellenausbreitung und das mechanische Verhalten von Beton, Betonstahl und deren Verbund unter hohen Verformungsgeschwindigkeiten und Drücken zu berücksichtigen. Das komplexe Materialverhalten wird ausführlich phänomenologisch diskutiert. Auf Basis der dabei identifizierten wesentlichen Mechanismen werden Schlussfolgerungen zu möglichen zeitabhängigen Veränderungen gezogen. Es werden entsprechende Parametersets für die Modellbildung vorgeschlagen. Zur Modellierung von Einwirkungen durch harten Impact werden ausgewählte empirische und analytische Ansätze diskutiert. Die wichtigsten Aspekte der Modellbildung mittels Hydrocode-Simulationen mit dem expliziten Finite-Elemente-Programm LS-DYNA werden beschrieben und im Hinblick auf die Möglichkeiten zur Modellierung alterungs- und korrosionsbedingter Veränderungen analysiert. Abschließend werden die für die o. g. Schadensbilder wichtigsten Widerstandsparameter benannt und deren Einfluss vor dem Hintergrund möglicher alterungs- und korrosionsbedingter Veränderungen bewertet. Auf Basis von Fallstudien werden allgemeingültige Aussagen zur Robustheit von durch harten Impact beanspruchten Stahlbetonbauteilen abgeleitet. Abschließend wird u. a. anhand exemplarischer Berechnungen des Zuverlässigkeitsindex gezeigt, wie sich Veränderungen der Zuverlässigkeit infolge von Alterung und Korrosion quantifizieren lassen.