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Bei der Nachrechnung älterer Spannbetonbruecken mit Hohlkastenquerschnitt werden derzeit häufig grosse rechnerische Defizite beim Nachweis der schubfesten Verbindung zwischen gedrückter Bodenplatte und den Stegen im Bereich der Zwischenunterstützungen festgestellt. Neben erhöhten Beanspruchungen als Folge stetig wachsender Verkehrslastzahlen sind diese Defizite im Wesentlichen auf die mit Einführung der DIN-Fachberichte für den Brückenbau im Jahr 2003 geänderten Bemessungsvorschriften zurückzuführen. In Deutschland erfolgt die Ermittlung des Tragwiderstands im Grenzzustand der Tragfähigkeit (GTZ) seither auf Grundlage des Fachwerkmodells mit Rissreibung. In den vorgestellten Untersuchungen wird gezeigt, dass die Übertragung dieses für Stegquerschnitte entwickelten Modells auf Druckgurte mechanisch nicht begründet ist und zu sehr konservativen Ergebnissen führt. Auf Basis der Ergebnisse numerischer und analytischer Betrachtungen werden Bemessungsmodelle entwickelt, die das Tragverhalten vorwiegend gedrückter Gurtbereiche realitätsnäher erfassen. Die Kalibrierung und Verifikation der Finite Element-Modelle erfolgt in den durchgeführten Untersuchungen stets durch den Vergleich mit Ergebnissen gut dokumentierter Versuche aus der Literatur.
Die Untersuchung sollte erörtern, ob es empfehlenswert ist, das Testverfahren zum streifenden Anprall eines Motorradhelmes auf die Straßenoberfläche in die ECE-R 22 aufzunehmen. Dazu war zu klären, ob die Testmethode geeignet ist, rotatorische Kräfte auf den Prüfkopf zu erfassen und ob sich aufgrund der Unfallsituationen eine Notwendigkeit für ein solches Testverfahren ergibt. Die Messergebnisse zeigen, dass der Zusammenhang zwischen der verletzungswirksamen Rotationsbeschleunigung und der im Testverfahren gemessenen Tangentialkraft nicht ohne Zweifel belegbar ist. Somit wäre zu fordern, dass statt der Tangentialkraft die Rotationsbeschleunigung als Verletzungskriterium betrachtet wird. Dafür wird jedoch ein sehr hoher Anspruch an die Messtechnik im Labor gestellt. Aus der Sicht der Unfallforschung lässt sich sagen, dass bei derartigen Anprallsituationen, insbesondere bei Anprallgeschwindigkeiten von unter 40 km/h, die sich im Laborversuch realisieren lassen, nur mäßige Kopfverletzungen auftreten (AIS 2 oder geringer). Der hohe Aufwand des Testverfahrens scheint also nicht gerechtfertigt zu sein.
In der vorliegenden Untersuchung wurde das Geschwindigkeitsverhalten freifahrender Pkw bei etwa 400 Verfolgungsfahrten auf vier Bundes- und Landesstraßen im Odenwald und im Hessischen Ried analysiert. Dazu mussten die Geschwindigkeitsprofile relativ aufwendig geglättet werden, um die (Längs-)Beschleunigung und (Längs-)Rückprofile als Maß für die Reaktionsstärke und den Reaktionsort berechnen zu können. Die ermittelten Profile wurden getrennt nach typischen Fahrtengruppen aufgetragen. Außerdem wurden an auffälligen Stellen die Verteilungen der Geschwindigkeiten und der ausgenutzten Seitenreibungsbeiwerte ermittelt. Es zeigt sich, dass Verfolgungsfahrten recht gut geeignet sind, um das Reaktionsverhalten freifahrender Fahrer zu studieren. Die Messmethodik kann allerdings noch verfeinert werden. Die wichtigsten Ergebnisse sind: - Das höhere Beschleunigungsvermögen stärker motorisierter Fahrzeuge wirkt sich auf die gesamte Fahrweise aus. - Die höchsten Werte der Verzögerungen sind bei manchen engen und unübersichtlichen Kurven nicht vor, sondern in den Kurvenbereichen zu finden. - Die Fahrer akzeptieren vor allem bei Nässe wesentlich höhere Seitenreibungswerte als in den Richtlinien angenommen. Die akzeptierten Maxima der Seitenreibungswerte unterscheiden sich bei engen Radien von Kurve zu Kurve kaum. Die maximale Seitenbeschleunigung ist damit wahrscheinlich eine maßgebliche Eingangsgröße der Geschwindigkeitswahl. Die Sichtverhältnisse haben (auch bei der Trassierung im Höhenplan) einen großen Einfluss auf das Reaktionsverhalten. Sollten sich in den weiteren Teilen des gesamten Forschungsvorhabens noch Fragestellungen in Bezug auf bestimmte Fahrergruppen oder ähnliches ergeben, so wäre eine weitere Auswertung des vorhandenen Datenmaterials, zum Beispiel getrennt nach Fahreralter oder Ortsansässigkeit durchaus denkbar.
In einer dreiteiligen Forschungsrabeit zur Erfassung der Determinanten der Geschwindigkeitswahl befasst sich der vorliegende Teil mit der "Situationsangepassten Geschwindigkeitswahl auf Außerortsstraßen" (die beiden anderen Teile behandeln "Streckencharakteristik und Geschwindigkeitswahl" und die "Auswertung von Geschwindigkeiktsprofilen"). Nach den Geländekriterien flach und bergig, den Querschnittskriterien breit und schmal, sowie den Trassierungskriterien stetig und unstetig, wurden 12 Messstrecken gewählt, dort Geschwindigkeiten beobachtet und gemessen, und nach der Durchfahrt wurden die Fahrer befragt. So war es möglich, das Geschwindigkeitsverhalten Fahrergruppen (Alter, Geschlecht, Ortskenntnis), Fahrzeug-, Strecken- und Fahrbahnmerkmalen sowie Verkehrsstärken zuzuordnen und in diesem Rahmen Einblick in die Zusammenhänge zwischen subjektiv erlebter und objektiv gefahrener Geschwindigkeit zu erhalten. Aus ihnen werden schließlich Handlungsansätze zur Förderung situationsangemessener Geschwindigkeitswahl abgeleitet, die beim Fahrer, beim Fahrzeug und an der Straße zur Verkehrssicherheit beitragen sollen.
Auf der Basis einer umfangreichen Literaturanalyse, die zu dem Ergebnis kommt, dass trotz einer großen Zahl häufig untersuchter Straßenparameter ein verlässliches Modell zur Geschwindigkeitsprognose noch nicht existiert, resultierte ein empirischer Untersuchungsansatz, in dem bei Versuchsfahrten das Blickverhalten und die Geschwindigkeitswahl von Versuchspersonen gleichzeitig erhoben und quantitativ erfassten Merkmalen des Straßenraums gegenübergestellt wurde. Durch die Untersuchung wurden bisherige Erkenntnisse über Gestaltungsanforderungen an Straße und Straßenumfeld durch die Zuordnungen zur Straßensituation und Geschwindigkeitsregulation bestätigt. Trotz einer starken Streuung erfasster Einzelwerte ließen sich qualitative Reaktionen zwischen den Untersuchungsbereichen Geschwindigkeit, Straßenraum und Blickverhalten feststellen, wobei korrelative Zusammenhänge jedoch kaum erkennbar wurden.
Im Tunnelbau gibt es derzeit keine praxisorientierten Prüfverfahren zur Beurteilung der Wirksamkeit geotextiler Schutzschichten für Abdichtungen aus Kunststoffdichtungsbahnen. Die Regelwerke enthalten nur generelle Angaben. Die Auswahl und der Einsatz erfolgten aufgrund der generellen Vorgaben und nach der Einschätzung und Erfahrung der planenden Ingenieure. Durch das Forschungsvorhaben sollen bisher fehlende Kenntnisse über das Verhalten geotextiler Schutzschichten bei unterschiedlichen Beanspruchungen mittels eines praxisnahen Prüfverfahrens erlangt werden. Bisher ungeklärt waren Fragen der mechanischen Alterung und der Ausdünnung der Materialien bei Schub- und mehraxialer Beanspruchung in der Bauphase und später während des Betriebes. Die beteiligten Institute und die durchgeführten Versuchsreihen mit den Versuchseinrichtungen werden beschrieben. Die Versuchsergebnisse zeigen hinsichtlich der Schutzwirkung auch Wechselwirkungen zwischen Kunststoffdichtungsbahn und geotextiler Schutzschicht auf. Versuche ohne Schutzschicht ergaben erhebliche Beschädigungen an den Dichtungsbahnen. Es soll in keinem Fall aus Kostengründen auf eine geotextile Schutzschicht verzichtet werden. Die Schutzwirkung nimmt mit zunehmender Dicke der Schutzschicht zu. Einzelheiten werden mitgeteilt. Die einschlägigen Regelwerke werden zurzeit überarbeitet und die Versuchsergebnisse mit den bisherigen Erkenntnissen zusammengestellt.
Untersuchungen an in situ gealterten Kunststoffdichtungsbahnen aus Abdichtungen von Straßentunneln
(2011)
Tunnel in Spritzbetonbauweise werden in der Regel mit einem Abdichtungssystem aus Kunststoffdichtungsbahnen (KDB) gegen das anstehende Bergwasser abgedichtet. Zur Gewährleistung der Dauerhaftigkeit und Gebrauchstauglichkeit aber auch der Verkehrssicherheit (z.B. Gefahr der Glatteisbildung in undichten Tunneln) müssen die Tunnelabdichtungen aus KDB dabei über die gesamte Nutzungsdauer des Bauwerks von in der Regel 100 Jahren zuverlässig Ihre Funktion erfüllen. An der Entwicklung von Prüfverfahren zum Nachweis dieser Nutzungsdauer wird zurzeit national und international intensiv geforscht. Zur Verifizierung und Kalibrierung dieser Prüfverfahren können Untersuchungen an in situ gealterten KDB-Proben aus bestehenden Straßentunneln sehr nützlich sein. Im vorliegenden Beitrag werden erste Ergebnisse der Untersuchungen zu Materialeigenschaften von ausgebauten KDB Proben aus älteren Straßentunneln vorgestellt. Im Rahmen eines Forschungsprojektes der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) wurden bereits zahlreiche Materialproben aus bestehenden Straßentunneln, die aktuell bautechnisch nachgerüstet werden, entnommen und untersucht. Bei der Entnahme der KDB-Proben wurde parallel auch die Bergwassertemperatur gemessen und an Bergwasserproben der Chemismus analysiert. Soweit möglich wurden die Produktdaten des Anlieferungs- bzw. Einbauzustandes beim Hersteller oder Bauherrn recherchiert, um so die Veränderungen der mechanischen Eigenschaften durch die in situ Alterung bewerten zu können. Die ermittelten mechanischen Eigenschaften nach Alterung wurden mit den Anforderungen damals gültiger und aktueller Regelwerke verglichen.
In den neuen Bundesländern sind Fertigteilbrücken weit verbreitet. Aufgetretene Mängel, insbesondere bedingt durch ein nicht ausreichendes Abdichtungssystem, erfordern Instandsetzungsmaßnahmen. Dazu sind Erkenntnisse über das Verformungsverhalten notwendig. Im vorliegenden Projekt wurde an repräsentativen Bauwerken das Verformungsverhalten unter - kurzzeitigen Einwirkungen, insbesondere Verkehrslasten und - langzeitigen Einwirkungen, insbesondere Temperaturbelastung untersucht. Als Ergebnis ist zusammenzufassen: - Die mit höherer Frequenz auftretenden Verformungen unter Kurzzeiteinwirkungen verhalten sich erheblich günstiger als in der Planung vorgesehen. Sie erreichen daher in bezug auf die Gesamtverformung nur eine untergeordnete Größe. - Die mit geringer Frequenz auftretenden Verformungen unter Langzeiteinwirkungen stellen sich bei der meist vorhandenen durchgehenden Lagerung auf Mörtelleisten und Zwischenstützen als Rahmen mit Riegel/Stiel- oder Riegel/Scheibensystemen am Widerlager viel ungünstiger als geplant ein, da sich die Gesamtverformungen im Gegensatz zu bisherigen Annahmen an einem Widerlager einstellen und sich somit die Dehnlänge über die gesamte Bauwerkslänge erstreckt. Die Verschiebungen an den Innenstützen sind unbedeutend. - Bei Anordnung einer beweglichen Lagerlinie kann davon ausgegangen werden, dass sich die Gesamtverformungen planmäßig am Verformungslager einstellen. Die Größe der maßgebenden Verformungen unter Langzeiteinwirkungen ist direkt abhängig von den Bauwerksabmessungen (Stützweite, Reihung der Felder, Bauwerkslänge, Lagerungsart) und ist über die Dehnlänge bauwerksspezifisch zu berücksichtigen.
Den Straßenbauverwaltungen werden immer häufiger Angebote mit der Verwendung von Blähton beim Straßenbau auf wenig tragfähigem Untergrund unterbreitet. Mangels Erfahrungen und Rückgriffsmöglichkeiten auf entsprechende Regelwerke kann die technische Gleichwertigkeit kaum geprüft werden. Ziele des Forschungsprojektes sind, für Blähton Klassifizierungsmerkmale und Anwendungskriterien zu erarbeiten sowie Erfahrungswerte zu sammeln, um die Anwendung von Blähton als leichte Schüttung zur Entlastung des Untergrundes im Straßenbau zu ermöglichen. Es werden Laboruntersuchungen durchgeführt, aus denen Anforderungswerte hinsichtlich Kornfestigkeit, Korngrößenverteilung, Schüttdichte, Wasseraufnahme und Trockenrohdichte bestimmt sowie gegebenenfalls modifizierte Prüfverfahren beschrieben werden. Das Verhalten von Blähton unter straßenspezifischen Belastungen und beim Einbau ist wenig bekannt. Laborergebnisse reichen dafür nicht aus. Daher sind in situ Untersuchungen an Modellstraßen geplant, aus denen Empfehlungen für die Anwendungen abgeleitet werden. Die Ergebnisse des Projektes werden in einem Abschlussbericht zusammengefasst und in einem Merkblatt für die Anwendung von Blähton beim Straßenbau auf wenig tragfähigem Untergrund umgesetzt.
Brückenbeläge auf orthotropen Fahrbahnplatten unterliegen infolge des Trag- und Temperaturverhaltens der Konstruktionen hohen Beanspruchungen. Zur Erfassung des Einflusses von Verkehrsbelastungen und Temperatureinwirkungen auf das Verhalten orthotroper Fahrbahnplatten einschließlich Brückenbelag und auf die Haftung zwischen Brückenbelag und Stahlblech dient die Dauerschwellbiegeprüfung, die heute einen wesentlichen Bestandteil der Grundprüfung für Brückenbeläge auf Stahl darstellt. Im Rahmen des Forschungsprojektes "Untersuchung am Brückenbelag einer orthotropen Fahrbahnplatte" wurden durch die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) Messungen an zwei Brückenbauwerken durchgeführt. Weiterhin wurden zwei Probekörper mit in den einzelnen Belagsschichten applizierten Dehnungsmessstreifen hergestellt und einer Prüfung gemäß TP-BEL-ST unterzogen. Um die Ergebnisse dieser Laborversuche direkt mit den Bauwerksmessungen vergleichen zu können, weisen Probekörper und Brückenbauwerke einen identischen Belagsaufbau auf. Zur Klärung des Einflusses von Temperatur und Art der Lasteinleitung auf das Last-Verformungsverhalten des Verbundkörpers wurden zusätzlich numerische Berechnungen nach der Methode der Finiten Elemente (FEM) durchgeführt. Das Ziel dieser Untersuchungen bestand einerseits in der Überprüfung der Vorgaben für die Dauerschwellbiegeprüfung am Bauwerk selbst. Andererseits wurden anhand der Messergebnisse Last- beziehungsweise Verformungskollektive aufgestellt, welche die wirkliche Beanspruchung aus Verkehr so beschreiben, dass hieraus verbesserte Annahmen für die zukünfige Durchführung der Dauerschwellbiegeprüfung abgeleitet werden können. Aus einer Gegenüberstellung der Dehnungen zwischen Dauerschwellbiegeprüfung und Bauwerk lässt sich ableiten, dass die Vorgaben der Dauerschwellbiegeprüfung im Hinblick auf das statische System und die Lasteinleitung modifiziert werden sollten. Weiterhin zeigen die aus den Bauwerksmessungen abgeleiteten Pfeilhöhenkollektive, dass die Dauerschwellbiegeprüfung auch hier den Verhältnissen in situ nicht in allen Punkten gerecht wird.