Bemessungs-Software für die Erdbebensicherheit

Das Kernkraftwerk Mühleberg in der Schweiz verfügt auch während des Rückbaus über erdbebensichere Sicherheitssysteme. Die Bauingenieure des Betreibers BKW Energie AG verwenden dazu die Software Anchor Profi, die unabhängig vom Hersteller ist und sich zur Bemessung von Dübeln und Kopfbolzen eignet. Die Software ermöglicht es den Tragwerksplanern und Prüfstatikern, Befestigungsmittel fast aller Hersteller zu bemessen, zu vergleichen und auszuwählen. Auf diese Weise werden Risiken reduziert. Die Rechenmodule in Anchor Profi erlauben die realistische Bemessung der Stärken sowohl von starren als auch von elastischen Ankerplatten.

Seit dem Reaktorunfall in Fukushima im Jahr 2011 bemüht sich die Schweiz um eine erneuerbare Energieversorgung ohne Kernkraft. Es werden keine neuen Kernkraftwerke mehr gebaut. Für die bestehenden fünf Kernkraftwerke gibt es keine Laufzeitbegrenzung, aber die Betreiber können sie aus wirtschaftlichen Gründen stilllegen. Dies wurde von der BKW Energie AG für das Kernkraftwerk Mühleberg beschlossen, das seit 1972 in Betrieb ist. Der Rückbau begann Anfang 2020 und soll 2034 abgeschlossen sein.

Dazu entschied sich die BKW Energie AG für ihr seit 1972 betriebenes Kernkraftwerk Mühleberg (KKM) in der Nähe von Bern. Anfang 2020 begann der Rückbau, 2034 soll er abgeschlossen sein. Für die Bautechnik-Ingenieure vom Ressort Planung stellen sich im KKM Aufgaben, die sie mit der Bemessungs-Software Anchor Profi meistern. Einer von Ihnen, ein 62-jähriger Bauingenieur, ist verantwortlich für Befestigungen und statische Überprüfungen der Betonbaustruktur. Er sagt: „Wir haben Anchor Profi schon im Leistungsbetrieb genutzt. Jetzt wenden wir die Software fast täglich für die Bemessung von Befestigungen an.“

Erdbebensicherheit per Norm und Gesetz definiert

In der Schweiz sind stärkere Erdbeben möglich. Für den Nachweis des ausreichenden Schutzes gegen durch Erdbeben ausgelöste Störfälle hat der Kernkraftwerksbetreiber die Gefährdung mit einer Häufigkeit größer gleich 10-4 pro Jahr zu berücksichtigen.

Die seismische Bemessung von neuen Verankerungen mit Anwendung der Leistungskategorien C1 und C2 wird in der Praxis der Kernkraftwerke seit 2015 angewendet, berichtet der Bauingenieur. Zusammenfassend werden die Vorgaben der maßgebenden europäischen und schweizerischen Normen und der Richtlinien des ENSI (Aufsichtsbehörde für nukleare Sicherheit) in einem Befestigungskonzept aller Schweizer Kernkraftwerke geregelt. Diese sind für den Bauingenieur maßgebend. „Fehler dürfen wir uns nicht erlauben. Denn die Erdbebensicherheit im KKM muss auch beim Rückbau gewährleistet sein“, sagt er. „Das ENSI prüft unsere Befestigungs-Nachweise und gibt sie erst dann frei.“

Zügig Dübel fast aller Hersteller vergleichen

Herstellerübergreifend kann er mit Anchor Profi schnell bemessen und nachweisen, dass seine Ergebnisse für die verschiedenen Einwirkungen – wie ermüdungsrelevante oder durch Erdbeben hervorgerufene Lasten – korrekt sind. Und dass die von ihm gewählten Dübel und Ankerplatten sicher funktionieren werden.

„Für uns arbeiten Firmen mit Dübeln verschiedenster Hersteller. Dürfte ich nur die Hersteller-Tools zum Nachweis nutzen, wäre das mühsam. Doch mit Anchor Profi funktioniert es“, denn dieses Programm erlaubt ingenieurmäßige Anwendungen in Anlehnung an den Eurocode“, erzählt der Bauingenieur.
Erst jüngst, erinnert er sich, ging es um eine in Beton befestigte Ankerplatte mit vier Dübeln am Rand. Der Nachweis der sicheren Befestigung gelang mit dem Hersteller-Tool nicht. Mit Anchor Profi konnte er aber den Nachweis erbringen, da gemäß den ermittelten Versagensarten grundsätzlich alle Dübel als wirksam betrachtet werden. Denn die Software ermöglicht den Nachweis in Anlehnung an die Erläuterungen des Eurocode EN 1992-4 – ohne gegen den Eurocode zu verstoßen. Die Folge: Der Nachweis, dass alle vier Dübel wirken, gelang wegen Ausschluss Betonkantenbruch und Versagen der Dübel durch Stahlbruch.

In Anchor Profi sind Rechenmodule integriert, die nicht nur die Stärken von starren, sondern auch von elastischen Ankerplatten korrekt berechnen. Dabei folgt der Software-Spezialist Dr. Li mathematisch dem Eurocode EN 1992-4 und den Erläuterungen zu dieser Norm. „Aktuell folgen die Dübel-Hersteller mit ihren Zulassungen aber streng genommen nicht genau den Empfehlungen des aktuellen Eurocode“, erklärt der überzeugte Anwender von Anchor Profi. Das führe oft dazu, dass Nachweise nicht gelingen oder dass es zu widersprüchlichen Ergebnissen kommt.

Sicherheitstechnische Bedeutung bestimmt, welche Kräfte wirken

Mit Anchor Profi lassen sich für Befestigungsmittel die Spannungsverteilung in der Ankerplatte, die Ankerzug- und die resultierenden Betondruckkräfte ermitteln. Das erlaubt dem Anwender, die Werte für die Steifigkeit von Verankerungen zu verändern.

„In Anchor Profi sind die Berechnungsparameter für die Ermittlung der Ankerschnittkräfte wirklichkeitsnah integriert“, erläutert der Bauingenieur. „Die Kräfte werden insbesondere bei seismischen Einwirkungen anders auf die Dübel verteilt. Die Hersteller-Tools ermitteln hingegen bei den gleichen Einwirkungen Ergebnisse, die nicht logisch sind und den Erwartungen des Ingenieurs widersprechen.“

Auch Ermüdungs-Bemessungen führen die zuständigen Bauingenieure mit Anchor Profi durch, „denn wir montieren beim Rückbau die eine oder andere Krananlage“, erzählt er. „Dass ich anhand der Lastspiele unserer Krane die Ermüdung anwendungsorientiert bemessen kann, ist ein weiterer Vorteil.“ Das funktioniert bei Anchor Profi ebenfalls in Anlehnung an den Eurocode EN 1992-4 – ohne von den Herstellerzulassungen abzuweichen. Das macht flexibel. Der Befestigungsspezialist sagt: „Alles, was ingenieursmäßig begründbar ist, kann ich realisieren“.

Sein Votum ist eindeutig. „Wer sich mit komplizierten Befestigungen beschäftigt, an denen hohe Kräfte wirken, dem kann ich Anchor Profi nur empfehlen.“ Eine Testversion lässt sich nach Registrierung bei der Dr. Li Anchor Profi GmbH (www.anchorprofi.de) downloaden.