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Aspekte der Dimensionierung und Konstruktion zur Sicherstellung der Verfügbarkeit bei temporärer Nutzung von Randbereichen von Bundesfernstraßen

Aspects of dimensioning and design to ensure availability for temporary use of peripheral areas of federal trunk roads

  • Die in diesem Forschungsprojekt an Asphaltbefestigungen durchgeführten Untersuchungen basieren im Wesentlichen auf einer Bewertung der strukturellen Substanz nach den RSO Asphalt [RSO Asphalt E 15]. Für einen fiktiven Streckenabschnitt, dessen Materialparameter aus den Ergebnissen vorangegangener Forschungsprojekte stammen wurde die Auswirkung unterschiedlicher Abstände des Lasteintragungspunktes zum Fahrbahnrand auf die Dauerhaftigkeit der Befestigung untersucht. Resultierend aus den Abmessungen der Fahrbahnbreiten und Markierungen wurde eine Auswahl der zu betrachtenden, relevanten Abstände des Lasteintragungspunktes zum Fahrbahnrand getroffen. Zur Bewertung der strukturellen Substanz nach den RSO Asphalt [RSO Asphalt E 15] sind die Beanspruchungen (Spannungen und Dehnungen) in den maßgeblichen Nachweispunkten zu bestimmen. Diese können mit der Mehrschichtentheorie oder mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) berechnet werden. Die Anwendung der Mehrschichtentheorie setzt unter anderem voraus, dass die Schichten in horizontaler Richtung unendlich ausgedehnt sind. Für den Regelfall wird angenommen, dass diese Voraussetzung gegeben ist (Berechnung der Beanspruchung nach den RDO Asphalt). Bei den hier untersuchten Laststellungen ist diese Voraussetzung jedoch nicht erfüllt. Die Beanspruchungen wurden deshalb mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) bestimmt. Zunächst wurde das Finite-Elemente-Modell entwickelt, die Berechnungsverfahren nach den RSO implementiert, und beides miteinander verknüpft. Zur Prüfung und Validierung wurden für ein Referenzmodell Berechnungen sowohl auf Grundlage der Mehrschichtentheorie als auch mit der FEM durchgeführt und gegenübergestellt. Die Bewertung aller weiteren Berechnungen erfolgt jeweils in Bezug auf dieses Referenzmodell. Im nächsten Schritt wurde auf Basis des deterministischen Berechnungskonzeptes die Auswirkung des Abstandes der Lasteintragungsstelle zum Rand der befestigten Fläche auf die ertragbare Lastwechselzahl der Asphaltbefestigung untersucht. Darauf aufbauend wurde die Wirksamkeit mehrerer Varianten konstruktiver Maßnahmen zur Verbesserung der Dauerhaftigkeit untersucht. Im Ergebnis dieser Untersuchungen wurden 2 konstruktive Maßnahmen ausgewählt und für diese Bewertungen der Strukturellen Substanz anhand des probabilistischen Verfahrens durchgeführt. Für die Untersuchungen der temporären Nutzung von Randbereichen bei Oberbauten mit Betondecke werden im ersten Schritt rechnerische Dimensionierungen/Nachrechnungen nach dem Verfahren der [RDO Beton 09] vorgenommen. Hierbei kann auf den Erfahrungshintergrund der Dimensionierung der Platten des Hauptfahrstreifens zurückgegriffen werden. Dabei ist auch das Sicherheitsniveau des semiprobabilistischen Verfahrens hinreichend praxiserprobt. Im nächsten Schritt werden mit Hilfe der analytischen Rechenmethode der RDO Beton die Platten des Seitenstreifens dimensioniert, wobei die geringere B-Zahl, die veränderte Plattengeometrie und der freie Plattenrand Berücksichtigung finden. Im Folgeschritt können präzise FEM-Berechnungen angestellt werden, bei denen realistischere Laststellungen berücksichtigt werden. Zur Beibehaltung des Sicherheitsniveaus der RDO Beton wird als gemeinsamer Referenzpunkt die Berechnung im Hauptfahrstreifen ohne Seitenstreifenfreigabe verwendet.
  • The investigations carried out on asphalt pavements in this research project are essentially based on an evaluation of the structural substance according to the RSO Asphalt [RSO Asphalt E 15]. For a fictitious road section, whose material parameters originate from the results of previous research projects the effect of different distances of the load application point to the pavement edge on the durability of the pavement was investigated. Based on the dimensions of the pavement widths and markings, a selection of the relevant distances of the load application point to the pavement edge was made. For the evaluation of the structural substance according to the RSO Asphalt [RSO Asphalt E 15], the stresses (stresses and strains) in the decisive proof points have to be determined. These can be calculated using the multilayer theory or the finite element method (FEM). The application of the multilayer theory assumes, among other things, that the layers are infinitely extended in the horizontal direction. For the standard case, it is assumed that this prerequisite is fulfilled (calculation of the load according to the RDO Asphalt). However, this condition is not fulfilled for the load positions investigated here. The stresses were therefore determined using the finite element method (FEM). Firstly, the finite element model was developed, the calculation procedures according to the RSO were implemented, and both were linked. For testing and validation, calculations based on both the multilayer theory and the FEM were performed and compared for a reference model. The evaluation of all further calculations is carried out in relation to this reference model in each case. In the next step, the effect of the distance between the load application point and the edge of the paved surface on the number of load cycles that the asphalt pavement is able to withstand was investigated on the basis of the deterministic calculation concept. Based on this, the effectiveness of several variants of constructive measures for improving durability was investigated (see Section 4.4). As a result of these investigations, two constructive measures were selected and evaluations of the structural substance were carried out using the probabilistic method. For the investigation of the temporary use of edge areas in concrete pavement superstructures, the first step is to carry out computational dimensioning/recalculations according to the procedure of [RDO Beton 09]. The experience gained in dimensioning the slabs of the main lane can be used for this purpose. The safety level of the semi-probabilistic method has also been sufficiently tested in practice. In the next step, the analytical calculation method of RDO Beton is used to design the slabs of the side strip, taking into account the lower B-number, the changed slab geometry and the free slab edge. In the subsequent step, precise FEM calculations can be carried out in which more realistic load positions are taken into account. In order to maintain the safety level of the RDO Concrete, the calculation in the main lane without hard shoulder clearance is used as a common reference point.

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Metadaten
Author:Frohmut Wellner, Viktoria Sommer, Markus Clauß, Titus Spanier, Stephan Villaret, Tanja Tschernack, Karl Villaret, Clemens Gebhardt
URN:urn:nbn:de:hbz:opus-bast-28095
ISBN:978-3-95606-756-3
ISSN:0943-9323
Series (Serial Number):Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe S: Straßenbau (194)
Publisher:Fachverlag NW in der Carl Ed. Schünemann KG
Place of publication:Bremen
Document Type:Book
Language:German
Date of Publication (online):2023/08/31
Date of first publication:2023/08/31
Publishing institution:Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
Release Date:2023/08/31
Tag:Asphalt; Beanspruchung
Asphalt; Strain
Number of pages:143
Comment:
Bericht zum Forschungsprojekt 04.0327
Aspekte der Dimensionierung und Konstruktion zur Sicherstellung
der Verfügbarkeit bei temporärer Nutzung von Randbereichen von Bundesfernstraßen

Fachbetreuung
Bianca Leipzig

Referat
Analyse und Entwicklung von Straßenoberbauten
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Licence (German):License LogoBASt / Link zum Urhebergesetz

$Rev: 13581 $