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Im Rahmen dieses Projektes wurden die mittleren Pkw-Fahrtgeschwindigkeiten und weitere verkehrstechnische Kenngrößen auf Netzabschnitten von Bundesautobahnen (BAB) unter Berücksichtigung der Wechselwirkungen zwischen den Einzelelementen des Abschnittes untersucht. Auf Basis der ermittelten Eigenschaften wurde ein EDV-Programm mit Benutzeroberfläche und Datenhaltung in Microsoft Excel entwickelt, das die Bewertung der Verkehrs- und Angebotsqualität von Netzabschnitten auf Autobahnen ermöglicht. Das im HBS 2015 enthaltene Verfahren unterliegt einer wesentlichen Randbedingung, die die Anwendung des Verfahrens nur erlaubt, wenn keine Teilstrecke bzw. Teilknotenpunkt die Qualitätsstufe F ausweist. Diese Beschränkung wurde modelltechnisch durch eine Erweiterung des derzeitigen Verfahrens über die Grenze der ungesättigten Analyse hinaus behoben. Empirische Untersuchungen von zwei Untersuchungsstrecken (München und Karlsruhe), ergänzt durch mikroskopische Verkehrsflusssimulationen, lieferten die Datengrundlagen. Zunächst wurde die Anwendung des amerikanischen, auf dem Highway Capacity Manual (HCM) basierenden Programms FREEVAL für die Bewertung von deutschen Autobahnen überprüft. Dabei lieferte die Simulation mit FREEVAL ein plausibles Ergebnis für das Laborbeispiel in Karlsruhe. Wegen wesentlicher Unterschiede zwischen HCM- und HBS-Verfahren, hauptsächlich in Bezug auf die Definition von Kapazität, Zeitintervallen und q-V-Beziehungen sowie den entscheidenden Qualitätskriterien des Verkehrsablaufs, wird eine Anwendung des U.S. FREEVALs für deutsche Autobahnen aber nicht empfohlen. Dies hat zu der Entscheidung geführt, ein eigenes Modell zu entwickeln, das eng an das HBS-Verfahren angelehnt ist. Dazu wurde geprüft, welche makroskopischen Verkehrsmodelle für die Abbildung des Verkehrsflusses auf der deutschen Autobahn geeignet sind. Das Cell-Transmission-Modell (CTM) von DAGANZO wurde letztendlich als der geeignete Kandidat für die Modellimplementierung gewählt. Im Vergleich zum U.S. FREEVAL wurde in dem neuen Modellansatz die Diskretisierung so verfeinert, dass eine explizite Modellierung der Staupropagierung ohne zusätzliche Modellerweiterungen möglich wurde. Das Datenmodell des CTM ist insbesondere für die Modellierung von linearen Strecken wie z. B. Richtungsfahrbahnen geeignet. Für die Validierung des entwickelten Modells wurde die BAB A 99 in der Nähe von München an vier verschiedenen Tagen modelliert, an denen jeweils unterschiedliche Stausituationen vorlagen. Die Ergebnisse zeigen, dass das deutsche FREEVAL eine realistische Darstellung der Verkehrssituation ermöglicht. Bei gravierenden Überlastungen traten allerdings Abweichungen bei den Staugeschwindigkeiten auf, die in der Art des verwendeten Verkehrsflussmodells begründet sind. Das entwickelte Tool kann grundsätzlich als Alternative zu mikroskopischen Simulationstools zur Anwendung für Bemessungsaufgaben und zum Vergleich verschiedener Szenarien in Ergänzung zum HBS empfohlen werden. Es eignet sich nicht für die Abbildung von konkreten Stauereignissen zur Bestimmung der exakten räumlich-zeitlichen Ausprägung.
Die nach dem derzeit für Ingenieurbauwerke der Verkehrsinfrastruktur in Deutschland gültigen Regelwerk DIN EN 1992-2 und DIN EN 1992-2/NA bemessenen erforderlichen Übergreifungslängen für Betonstahl sind im internationalen Vergleich, vor allem bei kleinen lichten Abständen zwischen den gestoßenen Stäben und großen Stabdurchmessern (Ø ≥ 16 mm), mit Abstand am größten. Dies gilt für die unmittelbar benachbarten Länder wie Dänemark, die Niederlande, die Schweiz aber auch beispielsweise die USA. Schäden, die auf die teilweise deutlich geringeren Übergreifungslängen in diesen Ländern zurückzuführen sind, sind nicht bekannt. Die deutschen Regelungen in DIN EN 1992-2/NA sollen nicht nur die Tragfähigkeit sondern auch die Gebrauchstauglichkeit abdecken. Dabei gehen die deutschen Festlegungen bezüglich der Betondeckung auf der sicheren Seite liegend konservativ von c = 1,0 Ø aus. Der günstige Einfluss einer größeren Betondeckung darf nach Eurocode 2 mit dem Faktor α2 berücksichtigt werden. Dieser Faktor ist nach dem deutschen Nationalen Anhang allerdings generell mit α2 = 1,0 anzusetzen, während er nach Eurocode 2 Werte bis 0,7 annehmen kann. Ein weiterer wesentlicher Unterschied ergibt sich in Abhängigkeit von Stoßanteil und Stabdurchmesser aus dem Stoßfaktor α6 bei kleinen lichten Abständen (a < 8 Ø) zwischen den gestoßenen Stäben. Daher stellt sich die Frage nach einer Überprüfung der im internationalen Vergleich sehr konservativen deutschen Regelungen bei Ingenieurbauwerken mit üblicherweise deutlich größeren Betondeckungen als c = 1,0 Ø, da sich alleine bei Anwendung des Faktors α2 um bis zu 30 % kürzere Übergreifungslängen ergeben können. Daraus können unter Umständen ausführungstechnisch und konstruktiv günstigere Bewehrungsanordnungen und teilweise deutliche Kostenreduzierungen infolge des geringeren Materialbedarfs resultieren was sich nicht zuletzt auch hinsichtlich der Schonung von Ressourcen vorteilhaft auswirkt. Am Lehrstuhl Betonbau der TU Dortmund wurden Klein- und Großkörperversuche durchgeführt um insbesondere die Faktoren α2 und α6 systematisch zu überprüfen. Das Gesamtziel des FE-Vorhabens besteht darin, die maßgeblichen Einflussparameter auf das Verhalten der Stöße unter Gebrauchslast und im Bruchzustand zu identifizieren und die Quantifizierung der erforderlichen Übergreifungslängen durch die derzeit gültigen nationalen und ausgewählte internationale Regelwerke zu analysieren.
Im Rahmen der wissenschaftlichen Begleitung zum deutschlandweiten Feldversuch mit Lang-Lkw ist auch eine Untersuchung zu den Sicherheitsauswirkungen im Zusammenhang mit Überholvorgängen gegenüber Lang-Lkw sowie deren Räumvorgängen an Knotenpunkten durchgeführt worden. Wegen der geringen Anzahl an diesem Feldversuch teilnehmender Lang-Lkw, vor allem aber auch wegen des vorrangigen BAB-Einsatzes von Lang-Lkw und daher fehlender nennenswerter Streckenabschnitte auf Landstraßen, werden im Rahmen des FE-Vorhabens ausschließlich Messungen bzw. Beobachtungen durchgeführt, die vom Lang-Lkw selbst ausgehen. Mit ihnen wird das Annäherungs-, Ausscher-, Vorbeifahrt- und Einscherverhalten bei Überholvorgängen gegenüber Lang-Lkw auf Landstraßen und Autobahnen erfasst. Aus den Analysen von über 200 Überholungen gegenüber Lang-Lkw bzw. Vergleichsfahrzeugen lassen sich keine Indizien für ein erhöhtes Risiko beim Überholen von Lang-Lkw erkennen. Tendenziell nehmen die geringsten Sicherheitsabstände in ausreichendem Maße zu, die Beschleunigungen bei kritischen Geschwindigkeiten liegen leicht höher. Ansatzpunkte für eine Erhöhung der Sicherheitsrisiken sind auch beim Räumen von Lang-Lkw nicht zu erkennen. Generell ist eine geringere Geschwindigkeit der betrachteten Lang-Lkw und damit eine theoretisch sicherheitsfördernd größere Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Überholer und Überholtem zu beobachten. Allerdings würde eine systematisch niedrigere Geschwindigkeit von Lang-Lkw vor allem auf Autobahnen vermutlich zu einer höheren Anzahl an Überholungen durch andere Lkw führen. Auch für den im Dauerbetrieb zu erwartenden Fall gleicher Geschwindigkeiten gibt es keinen Anhaltspunkt, dass erhöhte Sicherheitsrisiken zu erwarten sind: Bei allen Parametern liegen die Werte bei kritischen Überholvorgängen bei Lang-Lkw etwas günstiger als bei den Vergleichsfahrzeugen, so dass die theoretisch wegen der größeren Fahrzeuglänge zu erwartenden Erhöhungen des Risikos mindestens kompensiert würden.
Im Rahmen der wissenschaftlichen Begleitung zum Feldversuch mit Lang-Lkw ist auch eine Untersuchung zu den Sicherheitsauswirkungen im Zusammenhang mit Überholvorgaengen gegen ueber Lang-Lkw durchgeführt worden. Wegen geringer Fallzahlen in der 1. Untersuchung zu Beginn wurde eine 2. Untersuchung gegen Ende des Feldversuchs durchgeführt. Wegen der geringen Anzahl an diesem Feldversuch teilnehmender Lang-Lkw, vor allem aber auch wegen des vorrangigen BAB-Einsatzes von Lang-Lkw und fehlender nennenswerter Streckenabschnitte auf Landstraßen, werden im Rahmen des FE-Vorhabens ausschließlich Messungen bzw. Beobachtungen durchgeführt, die vom Lang-Lkw selbst ausgehen. Mit ihnen wird das Annäherungs-, Ausscher-, Vorbeifahrt- und Einscherverhalten bei Überholvorgängen gegen über Lang-Lkw auf Landstraßen und Autobahnen erfasst. Auch aus den Analysen von über 543 UEberholungen gegen ueber Lang-Lkw (382) bzw. Vergleichs-Lkw (161) in der zweiten Untersuchungsphase lassen sich keine Indizien für ein erhöhtes Risiko beim Überholen von Lang-Lkw erkennen, auch wenn mittlerweile beide Lkw-Arten gleich schnell fahren. Die Verteilung der bei einem Teil dieses Kollektivs aus vollständigen Radar- und Videodaten ermittelten Sicherheitsabstände bei Überholungen von Lang-Lkw ist gegen ueber denen bei Vergleichs-Lkw bei allen relevanten Teilkollektiven günstiger. Auch höhere Beschleunigungen und kürzere Überholwege lassen vermuten, dass sich die Überholenden der Randbedingungen der längeren Lkw bewusst sind und darauf entsprechend reagieren. Da ein generelles Überholverbot für eigene Überholungen durch Lang-Lkw auf BAB zu mehr Doppel- und Mehrfach überholungen f ührt, bei der rechnerisch zu erwartenden Reduzierung von Lkw-Fahrten durch den Einsatz von Lang-Lkw sich die Anzahl der Ausschervorgänge aber nicht vergrössern würde, erscheinen die aufgrund von Mehrfach überholungen möglichen negativen Konsequenzen eines Überholverbots für Lang-Lkw auf Autobahnen grösser als die beabsichtigten Vorteile.
Überpruefung der Befahrbarkeit innerörtlicher Knotenpunkte mit Fahrzeugen des Schwerlastverkehrs
(2014)
Das übergeordnete Ziel bestand in einer vertieften Analyse der vorliegenden Defizite bzgl. der Befahrbarkeit von plangleichen Knotenpunkten innerhalb und im Vorfeld von bebauten Gebieten. Darüber hinaus standen auch die Prüfung der Bemessungsfahrzeuge des Schwerverkehrs sowie die Prüfung ausgewählter plangleicher Knotenpunkte im Fokus der Untersuchungen. Im Rahmen einer Online-Befragung von ca. 250 Dienststellen von Straßenbaubehörden in Ländern und Kommunen konnten nur wenige Probleme bei der Befahrbarkeit von plangleichen Knotenpunkten innerhalb und im Vorfeld von bebauten Gebieten ermittelt werden. Der Kreisverkehr ist der am häufigsten betroffene Knotenpunkttyp. Häufig führt auch die falsche Wahl des Bemessungsfahrzeugs zu Problemen bzgl. der Befahrbarkeit. Eine grundlegende, für Schäden an Knotenpunkten verantwortliche, Veränderung der Fahrzeugabmessungen in den letzten 15 Jahren konnte für die Fahrzeuge des Schwerverkehrs nicht ermittelt werden. Auffällig ist jedoch für die Fahrzeuggruppe der Lastzüge der deutlich gestiegene Anteil von Lastzügen mit Zentralachsanhänger. Im Rahmen der Neudefinition von Bemessungsfahrzeugen des Schwerverkehrs wurde dieser Fahrzeugtyp daher berücksichtigt. Der Vergleich der praktisch durch Fahrversuche ermittelten Schleppkurven mit den theoretisch mittels Schleppkurvensimulationen erzeugten Schleppkurven zeigt nur sehr geringe Abweichungen. Schleppkurvensimulationen stellen somit bei richtiger Anwendung ein geeignetes Mittel zum Nachweis der Befahrbarkeit von Knotenpunkten dar. Die auf Basis der Fahrversuche durchgeführten vergleichenden Betrachtungen zeigten deutlich, dass verschiedene Leitlinien für unterschiedliche Fahrzeuge, Geschwindigkeiten und Fahrmanöver gewählt werden. Es zeigte sich jedoch auch, dass für bestimmte Fahrzeugkombinationen (Sattelzug mit Liftachse, Sattelzug mit verlängertem Auflieger) und Fahrmanöver nur ein kleiner "Korridor" für eine problemlose Befahrung zur Verfügung steht. Abweichungen hiervon führen dann in der Praxis häufig zu Schäden. Die Untersuchungen haben auch gezeigt, dass für eine Aussage bzgl. der Befahrbarkeit ein Schleppkurvennachweis unbedingt erforderlich ist. Allein der Nachweis der Befahrung des BO-Kraftkreises reicht hierfür nicht aus. Für selten auftretende Fahrzeugtypen bzw. Fahrzeugkombinationen gilt es abzuwägen, ob durch geeignete entwurfstechnische Maßnahmen die Befahrbarkeit verbessert werden kann, ohne die Verkehrssicherheit negativ zu beeinflussen.
Zur Zustandsbeurteilung von Brückenfahrbahnplatten ist es wichtig, die Feuchte und den Salzgehalt des bewehrten Betons zu kennen. Üblicherweise wird die Versalzung mittels Potenzialmessung bestimmt und durch Laboranalyse von Proben verifiziert. Diese Methode erfordert aber das Entfernen des Fahrbahnbelags. Um eine zerstörungsfreie Bestimmung des Betonzustandes und des Salzgehaltes des Betons mit einem fahrzeugbasierten Messsystem von der Fahrbahn aus durchführen zu können, wurde eine Kombinationsmethode aus Georadar und Magnetfeldmessung entwickelt. Ermittelt man die komplexe Dielektrizitätskonstante (DK) des Baustoffs im Mikrowellen-Bereich, so ist es möglich, über entsprechende Kalibrationskurven seine Feuchte und seinen Salzgehalt abzuleiten. Mit einem 1 GHz-Bodenradar wird die Laufzeit der elektromagnetischen Wellen von der Fahrbahnoberfläche bis zur oberflächennahen Bewehrung bestimmt. Die Tiefe dieser Bewehrungsstähle wird unabhängig durch eine magnetische Gleichfeld-Methode ermittelt. Nach Aufmagnetisierung werden mehrere Gradientenkomponenten des statischen magnetischen Feldes der Bewehrungsbügel gemessen und daraus die Bügeltiefe berechnet. Diese magnetische Tiefenbestimmung ist unabhängig von den dielektrischen Eigenschaften der dazwischen befindlichen Materialien. Durch Vergleich der Radar-Laufzeit mit der magnetisch gemessenen Tiefe lässt sich der Realteil der effektiven DK des überdeckenden Betons bestimmen. Die Analyse der reflektierten Radar-Amplitude erlaubt eine Abschätzung des Salzgehaltes. Zusätzlich wurde ein dielektrischer Resonator für die Feuchte- und Salzgehaltmessung von Baustoffen entwickelt, der aus einer zylindrischen Mikrowellenkeramik hoher DK in einem halboffenen Metallgehäuse besteht. Aus der Messung der Resonanzfrequenz und der Güte beim Aufbringen des Resonators auf den Baustoff lässt sich sein Feuchte- und Salzgehalt ableiten. Die an Beton-Probekörpern bekannter Feuchte und Versalzung durchgeführten experimentellen Untersuchungen bestätigten die Erwartungen. Ein Radar-Magnet-Messwagen wurde entwickelt und auf zwei Brückenbauwerken erfolgreich erprobt. Die effektive komplexe DK konnte gut bestimmt werden.
Untersuchungsgegenstand des Forschungsprojektes war die Überprüfung der aktuellen Grenzwertkriterien in Deutschland zur Identifizierung von Unfallhäufungen im Straßennetz. Nach Analyse des IST-Zustandes und der Bestimmung von Defiziten wurden alternative Grenzwertkriterien mit dem Ziel eines optimierten Einsatzes von Ressourcen im Bereich der Örtlichen Unfalluntersuchung überprüft. Auf Grundlage dieser Erkenntnisse erfolgte die Ableitung von Empfehlungen für zukünftige Grenzwertkriterien. Insgesamt wurden verschiedene Grenzwertkriterien getrennt für die Ortslagen innerorts, außerorts (ohne BAB) und Bundesautobahnen mittels einer umfangreichen Unfalldatenauswertung untersucht. Als Untersuchungsgebiete dienten außerorts Bereiche von Bundesländern (Sachsen) oder ganze Bundesländer (Bayern, Rheinland-Pfalz) sowie innerorts Städte verschiedener Größe (Großstädte über 100.000 E, Mittelstädte mit 30.000 bis 100.000 E sowie Durchfahrten von Ortschaften unter 30.000 E) aus vier Bundesländern. Die Untersuchungen lassen sich in folgenden Ergebnissen zusammenfassen:- Bei der Bestimmung der unfallauffälligen Stellen (UAS) mit gleichartigen Unfällen werden ortslagenunabhängig nahezu alle UAS durch die Gleichartigkeit des Unfalltyps identifiziert. Durch die Berücksichtigung von Unfallumständen wie z.B. die Verkehrsbeteiligung werden kaum zusätzliche Stellen erkannt. - Bei der parallelen Betrachtung der drei aktuellen Auswertungszeiträume (1-Jahreskarte, 3-Jahreskarte (P) und 3-Jahreskarte (SP)) wurde festgestellt, dass ein Großteil der UAS, die in der 3-Jahreskarte (SP) auffällig sind, auch in der 3-Jahreskarte (P) als auffällig identifiziert werden. - Die zeitliche Stabilität, d.h. das wiederholte Auftreten eines unfallauffälligen Bereiches in zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Betrachtungszeiträumen, erreicht gemessen am Anteil an allen unfallauffälligen Bereichen in einem Ausgangszeitraum weder bei den UAS noch bei den unfallauffälligen Linien (UAL) eine zufriedenstellende Größenordnung. - Aus den unterschiedlichen Kriterien für die Optimierung von Grenzwerten nach einem ausgewogenen Verhältnis von Aufwand und Nutzen resultieren zum Teil unterschiedliche Ergebnisse. Bei der Empfehlung neuer Grenzwerte wurde darauf geachtet, dass bei Anwendung des Grenzwertes mindestens 10% des Gesamtunfallgeschehens im jeweiligen Betrachtungszeitraum bearbeitet werden. Die Empfehlungen beinhalten für die Identifizierung von unauffälligen Bereichen insbesondere Vorschläge zu geeigneten Betrachtungszeiträumen, räumlichen Abgrenzungen von unfallauffälligen Bereichen sowie der Angabe optimierter Grenzwerte differenziert nach Ortslage und Betrachtungszeitraum.
Zunehmender Verkehr, Schädigungsprozesse sowie neue Bemessungsnormen bedingen in letzter Zeit vermehrt eine Nachrechnung von bestehenden Brückenbauwerken. Die derzeit auf Basis der Nachrechnungsrichtlinie oder der DIN-Fachberichte durchgeführten Nachrechnungen von Bestandsbrücken zeigen häufig rechnerische Defizite. Um diese Defizite auszugleichen, ermöglicht die Nachrechnungsrichtlinie u.a. die weitere verkehrliche Nutzung durch kompensierende Überwachungsmaßnahmen abzusichern. Eine Bewertung einer Monitoringmaßnahme im Sinne einer Kompensation bzw. die explizite Quantifizierung des Sicherheitsgewinns im Sinne der Sicherheitstheorie wird aufgrund fehlender Ansätze derzeit häufig nicht oder nur stark vereinfacht vorgenommen. Im Rahmen des Projektes wurden Ansätze zur Quantifzierung des Sicherheitsgewinns durch kompensierende Monitoringmaßnahmen auf der Basis der Wahrscheinlichkeitstheorie entwickelt. In Abhängigkeit der Maßnahme (Schwellwertüberwachung oder Einwirkungsüberwachung) sowie dessen Versagenswahrscheinlichkeit wurden dabei reduzierte Teilsicherheitsbeiwerte bestimmt. Darüber hinaus wurden für typische Defizite von Betonbestandsbrücken geeignete Monitoringkonzepte einschließlich Sensorik vorgeschlagen und diskutiert. Zur Erprobung der Methodik einer kompensierenden Monitoringmaßnahme wurde eine kompensierende Schwellwertüberwachung an der vierspurigen Hochstraße Gifhorn realisiert. Das gewählte Überwachungskonzept umfasste das einer kontinuierlichen Schwellwertüberwachung in Kombination mit intermittierenden Probebelastungen. Hierbei wurde ein primäres permanentes, statisches Messsystem aus 18 Schwingsaitensensoren temporär durch ein sekundäres, dynamisches Messsystem aus 12 induktiven Wegaufnehmern ergänzt. Nach einer Kalibrierung des FE-Modells mithilfe von Messergebnissen der ersten Probebelastung unter definierter Belastung wurden sowohl absolute als auch relative Schwellwerte für die Messwerte der Schwingsaitenaufnehmer festgelegt und getestet.
Im Rahmen des Forschungs- und Entwicklungsvorhabens werden Überwachungskonzepte, die tragfähigkeitsrelevante Verstärkungen von Brückenbauwerken aus Beton dauerhaft überwachen und beurteilen sollen, entwickelt. Die praktische Umsetzung des Konzeptes erfolgt anhand einer Pilotanwendung. Die konzeptionellen Arbeitsschritte umfassen die Vorstellung der tragfähigkeitsrelevanten Verstärkungsverfahren, die sich in der Praxis bewährt haben. Diese werden zusammengestellt und hinsichtlich der Anforderungen und Bedingungen für eine geeignete Überwachung analysiert. Daran anschließend werden die für eine Dauerüberwachung von Verstärkungsmaßnahmen geeigneten Sensoren dargestellt und für die wesentlichen Verstärkungsverfahren in Diagrammen zusammengefasst. Den Kernpunkt des Überwachungssystems stellt die Merkmalsextraktion und Diagnose aus den Messdaten dar. Dazu werden das Leistungsspektrum und die Unterschiede physikalischer und nichtphysikalischer Modelle unter Angabe von Vor- und Nachteilen analysiert. Auf der Grundlage der vorherigen Arbeitsschritte wird ein geeignetes Überwachungskonzept für die konkrete Umsetzung entwickelt und im Anschluss an der Talbrücke Germinghausen im Zuge der BAB 45 umgesetzt. Die Beurteilung der Funktion und Zuverlässigkeit des Überwachungssystems erfolgt dabei anhand der Wirksamkeit der vorhandenen Stahllaschen, der Effektivität bzw. Wirksamkeit der zusätzlichen externen Vorspannung, des Einflusses der zusätzlichen externen Vorspannung auf die vorhandenen Stahllaschen, sowie der dauerhaften Funktionsfähigkeit der zusätzlichen externen Vorspannung. Die Grundlage der Messdatenanalyse bildet der Vergleich von Messwerten innerhalb definierter Referenzzustände vor und nach der Verstärkung auf Basis der Regressionsanalyse. Insgesamt kann mit der Pilotanwendung gezeigt werden, dass sich das im Vorfeld erarbeitete Konzept unter Berücksichtigung der dargestellten Randbedingungen und vorgenommenen Anpassungen als geeignete Methode zur Überwachung und qualitativen Bewertung der Verstärkungsmaßnahme bewiesen hat.