Pilothafte Anwendung des Bridge-WIM Verfahrens zur Ergänzung des Achslastmessstellennetzes
- Eine verlässliche flächendeckende Erfassung der tatsächlichen Verkehrslasten ist von entscheidender Bedeutung, insbesondere mit Bezug auf die Bewertung der Fahrbahnbeanspruchung und die verlässliche Ermittlung der Restlebensdauer von Brückenbauwerken. Zudem bildet sie eine gute Grundlage für die Planung und Durchführung von Überladungskontrollen. Um das relativ kleine Netz an stationären Achslastmessstellen im deutschen Bundesautobahnnetz zu ergänzen, bieten sich mobile Bridge Weigh-In-Motion (B-WIM) Systeme an. Diese sehen die Messung von Dehnungen an Brückenbauwerken vor, aus denen mit mathematischen Methoden und unter Berücksichtigung mechanischer Zugzusammenhänge die Achslasten ermittelt werden. Die Brücke dient praktisch als ”Waage” für den Verkehr, der sie überquert. Solche Systeme sind mobil und können mit vertretbarem Aufwand für Kurzzeitmessungen installiert und abgebaut werden. Das Hauptziel des Projektes war die Entwicklung eines Konzepts zur Integration von Achslast-messdaten aus temporären B-WIM Messungen in die bestehende Datenbasis der stationären Achslastmessstellen in Deutschland. Der Fokus lag hierbei insbesondere auf der Ermittlung des erforderlichen Umfangs und der Mindestdauer einer B-WIM Messung im flächendeckenden Kontext. Um diese Fragestellungen zu adressieren, wurden einerseits 12 Jahresdatensätze von im deutschen Autobahnnetz verteilten stationären Achslastmessstellen verwendet. Andererseits wurden B-WIM Messungen an 18 Brückenbauwerken auf drei Streckenzügen (A2, A4 und A9) über einen Zeitraum von mindestens zwei Wochen durchgeführt. Die Untersuchungen bzgl. der erforderlichen Mindestdauer einer B-WIM Messung basieren auf den Messdaten der stationären Messstellen, während die im Projekt erfassten B-WIM Daten als Grundlage zur Ermittlung des erforderlichen Umfangs an ergänzenden B-WIM Messungen dienen. Mit Bezug auf die Messdurchführung und -vorbereitung dokumentiert das Projekt die wesentlichen Randbedingungen sowie eine Reihe an Einflussfaktoren und mögliche Schwierigkeiten, die bei der Implementierung einer flächendeckenden Anwendung zu berücksichtigen sind. Die Ermittlung des erforderlichen Umfangs einer B-WIM Messkampagne im flächendeckenden Kontext basiert auf einer Analyse der Korrelationen zwischen Verkehrsmenge und Lastmenge innerhalb der einzelnen Streckenzüge. Mit Bezug auf die Mindestdauer der B-WIM Messung wurden gesonderte Untersuchungen für folgende Anwendungen durchgeführt: Verkehrsstatistik, Straßenbau und Brückenbau. Im Bereich der Verkehrsstatistik wurden die durchschnittliche tägliche Verkehrsstärke des Schwerverkehrs, die mittlere tägliche Lastmenge sowie der Anteil des Fahrzeugtyps 98 am Schwerverkehr den Analysen zugrunde gelegt. Bei der Anwendung im Straßenbau basierten die Analysen auf der dimensionierungsrelevanten Beanspruchung des Oberbaus von Verkehrsflächen. Schließlich betrachten die Auswertungen im Brückenbau die sich auf Basis des Schwerverkehrs an einem generischen Brückenset ergebenden Ermüdungsschädigungen. Anschließend wurde ein möglicher Prozess für die Anwendung von B-WIM Daten im Kontext der Ermüdungsnachweise an einem konkreten Brückenbauwerk aufgezeigt. Im Ergebnis zeigt sich, dass die B-WIM Methode ein sehr hohes Potenzial zur Reduktion der Konservativität der normgerechten Berechnungen mit Bezug auf die Ermüdungsnachweise im Brückenbau und die dimensionierungsrelevante Fahrbahnbeanspruchung hat. Zudem lässt sich die flächendeckende Anwendung von B-WIM als Ergänzung zu dem vorhandenen Netz an stationären Achslastmessstellen unter Beachtung gewisser Randbedingungen problemlos umsetzten.
- Reliable area-wide recording of real traffic loads is of crucial importance, especially with respect to the pavement dimensioning and to the reliable determination of the remaining service life of bridge structures. It also provides a good basis for planning and carrying out overload inspections. To supplement the relatively small amount of stationary axle load measurement stations in the German federal highway network, mobile Bridge Weigh-In-Motion (B-WIM) systems are a suitable solution. These imply the measurement of strains on bridge structures, from which the axle loads are determined using mathematical methods. In fact, the bridge serves as a ”scale” for the traffic that crosses it. Such systems are mobile and can be installed and dismantled for short-term measurements with reasonable effort. The main objective of the project was to develop a concept for integrating axle load measurement data from temporary B-WIM measurements into the existing database of stationary axle load measurement stations in Germany. The focus here was in particular on determining the required density and minimum duration of the B-WIM measurements in an area-wide context. To address these questions, 12 annual data sets of stationary axle load measuring points distributed in the German highway network were used. In addition, B-WIM measurements were carried out at 18 bridge structures on three highway sections (A2, A4 and A9) over a period of two weeks. The investigations regarding the required minimum duration of a B-WIM measurement are based on the measurement data of the stationary measurement stations, while the B-WIM data collected in the project served as a basis for determining the density of supplementary B-WIM measurements. With regard to the measurement execution and preparation, the project documents the essential boundary conditions as well as a number of influencing factors and possible difficulties that have to be taken into account for the implementation of an area-wide application. The determination of the required density of a B-WIM measurement campaign in an area-wide context is based on the analysis of the correlations between traffic volume and load quantity within the individual highway sections. With reference to the minimum duration of the B-WIM measurement, separate investigations were carried out for the following applications: traffic statistics, pavement dimensioning and bridge engineering. In the area of traffic statistics, the average daily traffic volume of heavy traffic, the average daily load quantity, and the share of vehicle type 98 in heavy traffic were used as the basis for the analyses. In the pavement dimensioning application, the analyses were based on the dimensioning-relevant loading of the pavement. In bridge engineering, the evaluations consider the fatigue damage of a generic bridge set resulting from the measured heavy traffic. In addition, a possible process for applying B-WIM data in the context of fatigue assessment on a specific bridge structure was presented. As a result, it is shown that the B-WIM method has a very high potential for reducing the conservatism of the guideline-compliant calculations with respect to the fatigue assessment in bridge engineering and the dimensioning-relevant pavement loading. In addition, the area-wide application of B-WIM as an extension to the existing network of stationary axle load measurement stations can be implemented without any problems, provided that certain boundary conditions are considered.
Author: | Andrei Firus, Markus Petschacher |
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URN: | urn:nbn:de:hbz:opus-bast-30669 |
DOI: | https://doi.org/10.60850/bericht-v386 |
ISBN: | 978-3-95606-815-7 |
ISSN: | 0943-9331 |
Title Additional (English): | Pilot application of the Bridge-WIM method for extending the network of axle load measurement systems |
Series (Serial Number): | Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe V: Verkehrstechnik (386) |
Publisher: | Fachverlag NW in der Carl Ed. Schünemann KG |
Place of publication: | Bremen |
Document Type: | Book |
Language: | German |
Date of Publication (online): | 2024/12/09 |
Date of first publication: | 2025/01/27 |
Publishing institution: | Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) |
Release Date: | 2025/01/27 |
Tag: | Brücke; Schwerverkehr; Verkehrslast Bridge; Heavy goods vehicles; Traffic load |
Number of pages: | 233 |
Comment: | Projekt-Nr.: 03.0613 Projekttitel: Pilothafte Anwendung des Bridge-WIM Verfahrens zur Ergänzung des Achslastmessstellennetzes Fachbetreuung: Anke Fitschen Referat: Klimaschutz, Nachhaltigkeit, Verkehrsstatisik |
Dewey Decimal Classification: | 6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten |
Licence (German): | ![]() |