Comparison of Experimental Results and Numerical Simulations of Penetration Tests With Damping Concrete

Abstract

The shock absorbing material damping concrete is for the foundation in dry interim storage facilities for radioactive waste in Germany. In case of a potential cask drop damping concrete minimizes the mechanical loads to the cask. In course of safety analyzes this accident scenario is considered by numerical simulations using the finite element method. To get reliable results of numerical simulations a suitable material model is needed to take the characteristics of damping concrete into account. Due to the lack of sufficient material knowledge a research project was started to characterize the material’s behavior under different load conditions. This paper presents the test program to analyze the material behavior of damping concrete which is characterized by large volume change and strain rate hardening dependence. The determined parameters were used to adapt an existing material model of the FE-code ABAQUS®. This model has to handle the mechanical damage behavior of damping concrete which occurs under compression and shear loads during a potential cask drop. To verify the material model numerical simulations are compared with dynamic penetration tests, which were conducted with specimens assembled similar to the real application of the damping concrete footings. The transferability of the material model to a real accident scenario was verified by a drop test with a full-scale cask on a damping concrete footing.

Verformungsverhalten von Betonen mit ausgeprägtem plastischen Stauchvermögen

“…Durch das plastische Stauchvermögen werden Gebirgsverformungen, wie sie bei druckhaftem Gebirge auftreten können, kontrolliert zugelassen und die auf den tragenden Teil des Tunnelausbaus wirkenden Belastungen reguliert. Ein wei-teres Anwendungsgebiet stellen Stoßdämpferelemente an Transport-und Lagerbehältern für Gefahrenstoffe sowie Stoßdämpferfundamente von Gefahrenstofflagern dar [10][11][12][13]. Im Falle eines Absturzes oder Anpralls wird infolge plastischer Deformationen Energie partiell absorbiert und so die mechanische Einwirkung auf die Gefahrstoffbehälter minimiert.…”

Experimentelle Untersuchungen zum Stauchverhalten stark porosierter Betone

“…Bisher existieren nur wenige experimentelle Studien (u. a. [11][12][13][14][15][16]), in denen die Verformungseigenschaften stark porosierter Betone systematisch untersucht wurden. Zudem sind die Ergebnisse der Studien größtenteils nicht direkt miteinander vergleichbar, da sich sowohl die Zusammensetzungen der untersuchten Betone als auch die Versuchsrandbedingungen deutlich voneinander unterscheiden.…”