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In Deutschland wird zur Bestimmung des Bindemittelgehaltes von Asphalt und somit auch für die Rückgewinnung des Bindemittels für weitere Untersuchungen Trichlorethen (Trichlorethylen, Tri) und alternativ Toluol eingesetzt. Für einen schnellen Ersatz von Trichlorethen (TRI) bietet sich Tetrachlorethen (Tetrachlorethylen, umgangssprachlich: PER) an, da dieses Lösemittel bereits seit geraumer Zeit im angrenzenden europäischen Ausland eingesetzt wird. Bevor Tetrachlorethen (PER) eingesetzt werden kann, ist jedoch zu untersuchen, ob zu dem bisherigen Bewertungshintergrund mit Trichlorethen (TRI) vergleichbare Ergebnisse vor allem hinsichtlich der Eigenschaften des rückgewonnenen Bindemittels erzielt werden können. Durch die Auswahl von insgesamt 50 Proben wird ein repräsentativer Querschnitt der in Deutschland eingesetzten Asphalte und Bitumen bzw. Polymermodifizierten Bitumen sichergestellt. Für alle Untersuchungsvarianten wurden sowohl Proben des Asphaltmischgutes als auch Proben des eingesetzten Bindemittels beschafft. Bei den 25 Varianten mit Asphaltgranulat liegen auch Proben des eingesetzten Asphaltgranulates vor. Für die Extraktionen standen zwei baugleiche Extraktionsanlagen (Asphaltanalysatoren) auf Basis der TP Asphalt-StB, Teil 1 zu Verfügung. Eine Anlage wurde hierbei mit Trichlorethen (TRI), die andere mit Tetrachlorethen (PER) betrieben. Parallel zu der Probenbeschaffung mussten die Randbedingungen bei der Extraktion und der Bindemittelrückgewinnung festgelegt werden. Die Bindemitteluntersuchungen erfolgten an den nach den unterschiedlichen Extraktionen rückgewonnenen Bindemitteln aus dem jeweiligen Asphaltmischgut und dem Asphaltgranulat sowie an den Bindemitteln im Anlieferungszustand durchzuführen. Bei den in der Anfangsphase des Projektes durchgeführten Extraktionen zeigte sich im Tetrachlorethen-Analysator, dass die Gesteinskörnungen häufig in einem Vakuumschrank nachgetrocknet werden mussten. Als Möglichkeit der Verbesserung bietet sich die Zugabe von groben Gesteinskörnungen in deutlich größeren Kornklassen, als sie im zu prüfenden Asphalt vorkommen, an, um hierdurch die Siebflächen frei zu halten. Die Ergebnisse der Vorversuche zur Rückgewinnung des Bindemittels nach Extraktion mit Tetrachlorethen (PER) zeigen auf, dass die Bindemittelrückgewinnung entgegen den Festlegungen der TP Asphalt-StB, Teil 3 bei 200 hPa erfolgen sollte. Die TP Asphalt-StB, Teil 3 sind entsprechend anzupassen. Für Straßenbaubitumen gibt es einen Zusammenhang zwischen der Äquiviskositätstemperatur bei G* = 15 kPa und dem Erweichungspunkt Ring und Kugel, für Polymermodifizierte Bitumen ergibt sich kein Zusammenhang. Die Rückformung im MSCRT könnte für die rückgewonnenen Bindemittel als Ersatz für die elastische Rückstellung herangezogen werden. Für beide Ersatzprüfmethoden ist jedoch ein ausreichender Bewertungshintergrund zu schaffen. Beim Vergleich der Ergebnisse am mit Trichlorethen (TRI) und mit Tetrachlorethen (PER) extrahierten und rückgewonnenen Bindemittel zeigt, dass sich in den Regressionsrechnungen eine Steigung der Geraden von im Mittel 0,99 ergibt, so dass sich die einzelnen Kennwerte im Wesentlichen nur über einen Versatz auf der y-Achse unterscheiden. Die Bestimmtheitmaße liegen immer über 0,9. Grundsätzlich ist festzustellen, dass die Ergebnisse für alle Bindemitteleigenschaften nach Extraktion mit Trichlorethen (TRI) und mit Tetrachlorethen (PER) sehr gut korrellieren und daher einem Ersatz von Trichlorethen nichts entgegensteht. Zudem ist festzustellen, dass die Ergebnisse der Extraktionen mit den zwei Lösemitteln immer innerhalb der Vergleichspräzisionen der TP Asphalt-StB liegen. Ausgehend von der Zusammensetzung der Asphalte kann demnach problemlos auf Tertrachlorethen (PER) umgestellt werden, wie es schon die Erkenntnisse aus dem Ausland gezeigt haben. Es wird empfohlen bei einem großflächigen Einsatz von Tetrachlorethen (PER) auf Produkte mit einem Anteil an Tetrachlorethen (PER) von mindestens 99,95 Gew.-% zurückzugreifen. Die Präzisionsdaten für die Prüfungen mit Tetrachlorethen (PER) sind vor Einführung in das Technische Regelwerk in einem Ringversuch zu ermitteln.
Netzweite Früherkennung AKR-geschädigter Betonfahrbahndecken mit schnellfahrenden Messsystemen
(2024)
Die Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) ist auch heute noch eines der weltweit größten Probleme für die Dauerhaftigkeit von Betonbauwerken. Betroffen waren und sind auch zahlreiche Autobahnabschnitte in Deutschland. Zur Planung und Einleitung nachhaltiger Maßnahmen bedarf es einer möglichst frühzeitigen Feststellung von AKR-Schäden, welche anhand sogenannter Substanzmerkmale (Oberflächenschäden) erfolgen kann. Im Frühstadium einer AKR sind dies Verfärbungen und / oder feinste Rissbildungen. Im Prozess der netzweit und zyklisch durchgeführten messtechnischen Zustandserfassung und -bewertung (ZEB) ist eine Codierung von Verfärbungen bis dato nicht vorgesehen. Für eine Auswertung feinster Risse ist nicht sichergestellt, dass die eingesetzte Messtechnik den Anforderungen entspricht. Auch eine Systematik für die Bewertung von AKR-Schädigungen an Betonfahrbahnen ist über die Regelwerke der Zustandserfassung und -bewertung (ZEB) nicht definiert. Auf Grundlage der bis dato durchgeführten ZEB-Kampagnen lässt sich demnach eine belastbare Erhaltungs- und Finanzplanung in Bezug auf AKR-geschädigte Betonfahrbahnen nicht ableiten. Im Auftrag der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) war daher zu untersuchen, wie ein praxistaugliches Verfahren zur netzweiten Erfassung und Bewertung von AKR-bedingten Schäden im Frühstadium realisiert werden kann.
Vorgehen im Projekt:
Zur Erfassung von Substanzmerkmalen wurde zunächst ein schnellfahrendes Messsystem entwickelt, welches auf den in einer klassischen ZEB eingesetzten Verfahren basiert. Erweitert um zwei hochauflösende Oberflächenkameras in Kombination mit entsprechender Beleuchtungstechnik wurden statische und dynamische Testerfassungen durchgeführt. Dabei konnten sehr gute Resultate bei der Erkennung von feinsten Rissen (≥ 0,2 mm) erzielt werden. Andererseits zeigte sich, dass in den Oberflächenaufnahmen die AKR-spezifischen, dunkel-gräulichen Verfärbungen an Quer- und Längsfugen der einzelnen Betonplatten nur sehr bedingt bis gar nicht erkennbar sind. Für die Erfassung von Verfärbungen wurde daher in erster Linie auf die Frontkameraaufnahmen zurückgegriffen, wobei u.a. eine Abhängigkeit von den Lichtverhältnissen besteht. Zur Validierung der Erfassungstechnik wurden sechs Strecken auf Bundesautobahnen bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen befahren und die daraus codierten Schadensmerkmale mit den Ergebnissen zweier jahreszeitlich versetzten, in situ absolvierten Referenzerfassungen verglichen. Dies führte u.a. zu der Erkenntnis, dass die durch Inaugenscheinnahme erkannten Rissbreiten ≥ 0,1mm auch in den dynamisch erfassten Oberflächenbildern gut identifiziert werden können, womit die ursprünglichen Anforderungen an das Bildmaterial übertroffen wurden. Ebenso konnte vor Ort das Problem der Erkennbarkeit von Verfärbungen nachvollzogen werden. Spezielle, für die Codierung der AKR-Schädigungen notwendige, Substanzmerkmale wurden definiert und in einem Leitfaden für die Auswertung beschrieben. Die an hochauflösenden Bildschirmen durchgeführte Codierung stellte sich als vergleichsweise zeitaufwändig dar und erforderte eine hohe Konzentration und Disziplin der ausführenden Personen. Anders als zu Projektbeginn angenommen, ergab sich keine Möglichkeit aus den codierten Substanzmerkmalen oder deren Kombination direkt auf eine AKR-Schädigung zu schließen oder diese in eine Schadenskategorie zu überführen. Vielmehr hat sich gezeigt, dass die Festlegung einer AKR-Schädigung und deren Kategorisierung weiterer Betrachtungen durch einen AKR-Experten und / oder AKR-Gutachter anhand weiterer Daten bedarf. Bei dem hierzu entwickelten Modell versucht ein Experte, auf Basis der durch Auswerter durchgeführten Codierung der definierten AKR-Substanzmerkmale, zunächst aufgrund der vorhandenen Bild- und Bestandsdaten (Baustoffe, Alter, Einbaubedingungen etc.) einen AKR-Verdacht abzuleiten oder eine Klassifizierung vorzunehmen. Ist dies nicht möglich, kann in einem weiteren Schritt ein Gutachter hinzugezogen werden. Um netzweite oder auch objektbezogene Daten zu untersuchten Strecken zielgerichtet verwalten und nutzen zu können, erscheint der Aufbau einer zentralisierten Datenbank empfehlenswert. Auf der Ebene eines Erhaltungsmanagements ließen sich diese Daten dann mit den Daten einer ZEB verschneiden.
Folgerungen:
Zusammengefasst lässt sich festhalten, dass das entwickelte Verfahren zur Erfassung und Auswertung von Substanzmerkmalen einer im Frühstadium befindlichen AKR als Grundlage für die Klassifizierung von betroffenen Abschnitten eingesetzt werden kann. Eine direkte Einteilung in Schadenskategorien kann hieraus jedoch nicht vorgenommen werden. Diese ist in einem nachgelagerten Prozess durch Experten und eventuell Gutachter vorzunehmen. Das Erfassungs- und Auswerteverfahren könnte in das bestehende ZEB-Verfahren integriert werden, jedoch ergäbe sich dadurch ein deutlich höherer Zeit- und Kostenaufwand bei Erfassung, Auswertung und Datenverarbeitung. Ebenso scheint aufgrund der teilweise rasch voranschreitenden Entwicklung der AKR-Schädigungen ein Erfassungs-rhythmus ≤ 2 Jahren notwendig, was ebenso für zwei getrennte Verfahren spricht.
Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines Konzeptes, das eine statistisch repräsentative Erhebung von Verkehrsszenarien in verschiedenen Verkehrsräumen erlaubt. Die dadurch zu gewinnende Datengrundlage soll der Bewertung von automatisierten Kraftfahrzeugsteuerungen dienen.
Ausgangspunkt und Orientierung für das methodische Vorgehen ist in diesem Forschungsvorhaben das methodische Rahmenkonzept für Verhaltensbeobachtung im fließenden Verkehr (Hautzinger, Pfeiffer & Schmidt, 2012). Durch Adaptation und Anwendung der Entwicklungsschritte dieses Rahmenkonzeptes konnte ein Erfahrungswissen gewonnen werden, auf dessen Grundlage ein Konzept für einen Stichprobenplan erstellt worden ist.
Dem Rahmenkonzept folgend wurde zunächst der Untersuchungsgegenstand abgrenzt. Nach Vorstellung verschiedener Szenarienkonzepte und ihrer Beschreibungsgrößen erfolgte die Beschreibung eines allgemeinen Modells der Grundgesamtheit. Dieses Modell berücksichtigt die Abhängigkeit der Grundgesamtheit von Kontextfaktoren als Einflussgrößen auf den Verkehr. Darüber hinaus sieht das Modell der Grundgesamtheit eine Partitionierung des Untersuchungsgebietes und Untersuchungszeitraums in Untersuchungseinzelelemente vor, in denen die Untersuchungseinheiten – in vorliegendem Fall die Szenarien – mittels der verschiedenen Formen der Erhebung beobachtet werden können (vgl. (Bäumer et al., 2017b, S. 25)). Diese Partitionierung hat zum Ziel, den Einfluss der Kontextfaktoren auf die Ausprägung und Häufigkeit der Szenarien innerhalb eines Untersuchungseinzelelementes zu minimieren und damit eine Modellierung als von diesen Kontextfaktoren unabhängigen Zufallsprozess zu ermöglichen. Die nächsten beiden Entwicklungsschritte des Rahmenkonzeptes betreffen die Auswahl der Beobachtungsorte und zeiten. Im Rahmen dieses Vorhabens werden diese beiden Aspekte verallgemeinert bei der Auswahl der Beobachtungseinheiten behandelt. Allgemein kann zwischen stationären Beobachtungseinheiten (z. B. Beobachtung mittels Drohne) und instationären Beobachtungseinheiten (z. B. Beobachtung mittels fahrzeuggebundener Sensorik) unterschieden werden. Im Gegensatz zur stationären Beobachtungseinheit wird bei einer instationären Beobachtungseinheit bedingt durch den bewegten Beobachter zu verschiedenen Zeitpunkten ein anderer Streckenabschnitt des Untersuchungsgebietes beobachtet. Bei der Auswahl der Beobachtungseinheiten muss demnach bei einer stationären Beobachtungseinheit ein Ort und ein Zeitpunkt der Beobachtung definiert werden, während bei einer instationären Beobachtungseinheit darüber hinaus auch die Bewegung des Beobachters definiert werden muss. Da die Auswahl des Beobachtungsortes bei stationären und instationären Beobachtungseinheiten bei der Stichprobenplanung ein wesentlicher Aspekt ist, wurde ein Schwerpunkt auf die Entwicklung einer Methode zur Zufallsauswahl von Beobachtungsorten gelegt. Ein weiterer Entwicklungsschritt betrifft die Bereitstellung technischer Hilfsmittel und die Beobachterschulung. In diesem Zusammenhang wurden verschiedenen Formen der Erhebung detailliert betrachtet und gegenübergestellt. Bei der Betrachtung des letzten Entwicklungsschrittes des Rahmenkonzeptes wurde ein Hochrechnungsverfahren entwickelt, welches die Tatsache berücksichtigt, dass im Regelfall nur ein Teil eines Untersuchungseinzelelementes beobachtet werden kann und somit eine Extrapolation der Beobachtungen auf das gesamte Untersuchungseinzelelement notwendig ist. Dazu wurde das Auftreten der Szenarien als Zufallsprozess modelliert. Dies erlaubt die Schätzung einer Wahrscheinlichkeit für das Erfassen eines Szenarios innerhalb eines Untersuchungseinzelelementes mittels einer spezifischen Form der Erhebung. Diese Erfassungswahrscheinlichkeit kann dann genutzt werden, um eine Extrapolation der Beobachtungen durchzuführen. Für die weitere Untersuchung wurde das Hochrechnungsverfahren auf reale Verkehrsdaten angewendet und als Untersuchungseinheit das Fahrstreifenwechselszenario gewählt.
Basierend auf den obengenannten Arbeiten wurde ein Konzept für einen Stichprobenplan erstellt, das auf eine möglichst repräsentative Erhebung in den Verkehrsräumen Autobahn, Überland und Innerorts abzielt. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die Beschreibung der Fahraufgabe mittels beobachteter Verkehrsszenarien zwangsläufig aufgrund des Zufallscharakters des Auftretens der Verkehrsszenarien unvollständig ist. Aus praktischer Sicht ist es daher notwendig, den Grad der Vollständigkeit der Beschreibung der Fahraufgabe auf eine effiziente Weise zu erhöhen. Ein möglicher Ansatz kann darin bestehen, den durch die empirischen Daten aufgespannten Szenarienraum basierend auf zusätzlichem Wissen anzureichern. Dieser Ansatz wurde bereits im PEGASUS Projekt bei Einführung der logischen Szenarien verfolgt (PEGASUS, 2019).
Im Rahmen des vorliegenden Forschungsprojekts ist ein Ansatz entwickelt und validiert worden, um die Beanspruchungen aus dem Einbau des Heißasphalts auf Stahlbrücken zu bestimmen. Für diese Untersuchungen wurden für zwei repräsentative Stahlbrückenbauwerke (Hochmoselbrücke mit Hohlkastenquerschnitt und Mühlenfließbrücke mit offenem Querschnitt auf zwei Hauptträgern) detaillierte FEM-Ausschnittmodelle in ANSYS erstellt. Diese Modelle erlauben eine thermisch transiente Simulation des Heißasphalteinbaus zur Erfassung der Temperaturentwicklungen in dem Stahlbrückenquerschnitt. Der Vergleich mit beim Heißasphalteinbau aufgenommenen Messdaten zeigt eine sehr gute Übereinstimmung. In den Simulationen wurden eine Vielzahl von Parametern untersucht, die vom Herstellungsprozess und von meteorologisch klimatischen Randbedingungen abhängig sind, wobei die Grundfunktionalität der Beläge (wie Einbaubarkeit, Standfestigkeit, Griffigkeit, Dauerhaftigkeit) bei den betrachteten Grenzwerten der untersuchten Parameter gewährleistet bleibt:
- Anzahl Einbaubahnen (1, 2, 4)
- Einbautemperatur Asphaltmischgut (180°C bis 230°C)
- Ausgangstemperatur konstant über QS (5°C bis 30°C)
- Ausgangstemperatur gradierend über QS (0°C/ 5°C bis 25°C/ 50°C)
- Strahlung Asphalt (Emissionsverhältnis ε= 0 bis 0,93)
- Einbaugeschwindigkeit (0,5 bis 2,5 m/min)
- Schichtdicke Schutzschicht (2,5 bis 5,0 cm)
- Schichtdicke Deckschicht (3,5 bis 4,5 cm)
- Bauart (1 oder 2) und Dicke Dichtungssystem (1,0 bis 2,5 mm; oder 5,0 bis 12,5 mm)
- Deckblechdicke (10 bis 14 mm)
Von den herstellprozessabhängigen Parametern sind in Bezug auf die Temperaturentwicklung die deutlichsten Effekte durch Variation der Einbautemperatur, der Schutzschichtdicke und der Auswahl und Dicke des Dichtungssystems zu verzeichnen. Dagegen sind die Effekte der Parameter Einbaugeschwindigkeit und Deckschichtdicke geringer.
Bei den meteorologisch klimatischen Randbedingungen hat die Höhe der Ausgangstemperatur einen hohen Einfluss auf die Maximaltemperatur in den Stahlbauteilen nach dem Asphalteinbau. Konstant über den Querschnitt veränderte Ausgangstemperaturen führen zu über den gesamten Querschnitt nahezu konstanten Temperaturänderungen. Dagegen ist der Einfluss von ausgänglichen Temperaturgradienten über den Querschnitt (z.B. Tagesgangkurven/ Sonneneinstrahlung) am Deckblech am größten.
Basierend auf den ermittelten Temperaturfeldern sind die transienten Spannungsentwicklungen am Brückenquerschnitt und in der orthotropen Fahrbahnplatte zu ermitteln. Dabei sind neben den lokalen Spannungen infolge der örtlichen Temperaturbeanspruchungen auch die Spannungen aus globalen Einflüssen des gesamten Brückenbauwerks zu berücksichtigen.
Bei den zu untersuchenden großen Stahlbrücken sind aufgrund limitierender CPU keine befriedigenden Ergebnisse mit einem FEM-Einzelmodell möglich. Daher wurde ein FEM-Ausschnittmodell für die lokalen Effekte mit einem in MATLAB geschriebenen Lamellen-Modell kombiniert, welches die weiteren Effekte erfasst. Das Lamellenmodell berücksichtigt Kopplungen unter Einhaltung des Gleichgewichts sowie der Effekte aus Schubverzerrung. Die am lokalen FEM-Modell ermittelten thermisch transienten Temperaturfelder werden als Eingangsdatensätze verwendet. Die berechneten Spannungen stimmen sehr gut mit einem kurzen FEM-Beispielmodell sowie mit vorliegenden Messdaten an der Mühlenfließbrücke überein.
Für die wesentlichen Parameter der vorangegangen thermischen Simulationen wurden Berechnungen mit dem Lamellenmodell durchgeführt und die maßgebenden Längsspannungen am Querschnitt, sowie die Verformungen am Anfangs- und Endauflager bestimmt.
Bei Variation der Einbautemperatur des Gussasphaltmischguts wird ein direkter, linearer Zusammenhang festgestellt. Eine Reduktion der Asphaltierbreite führt zu einer Zunahme der Druckspannungen in der Fahrbahnplatte, jedoch gleichzeitig zu einer Reduktion der Zugspannungen am Kragarm. Dagegen werden die höchsten Endlagerverschiebungen durch Erhöhung der Einbaugeschwindigkeit verursacht.
Bei den Untersuchungen der meteorologisch klimatischen Randbedingungen wird gezeigt, dass die Druckspannungen bei höheren Ausgangstemperaturen geringer sind. In dem Falle, dass der Brückenquerschnitt vor dem Asphaltieren nur am Deckblech eine höhere Temperatur aufweist, erzeugt die Temperaturbeanspruchung aus dem Heißasphalt vergleichsweise geringere Zugspannungen. An den Brückenendlagern addieren sich die Längsverformungen aus Heißasphalteinbau und hoher Umgebungs-temperatur auf.
Mit der entwickelten kombinierten Methode können die o.g. Effekte erstmals – exemplarisch an der ausgewählten Mühlenfließbrücke – in Abhängigkeit von den verschiedenen untersuchten Parametervariationen quantifiziert werden.
Derzeit werden bei dem entwickelten Lamellenmodell die Verschiebungen in Lamellenebene und die Verdrehung senkrecht zur Lamellenebene berücksichtigt. Es besteht die Möglichkeit, das vorhandene Lamellenmodell für zusätzliche Freiheitsgrade weiterzuentwickeln.
Weiter steht die Übertragung der Methode zur Untersuchung des Heißasphalteinbaus auf andere Brückenbauwerke noch aus, dazu zählen neben Stahlbrücken anderer Bauart auch Verbundbrücken.
Die Instandhaltung von Gebäuden im Infrastrukturbereich ist aus finanziellen und wirtschaftlichen Gründen von großer Bedeutung. Insbesondere bei Brücken ist es wichtig, die Instandhaltungskosten im Auge zu behalten. Die frühzeitige Erkennung von Schäden und deren frühzeitige Behebung ermöglicht es, den Aufwand für Erhaltungsmaßnahmen zu begrenzen. Die Verfolgung des Schadensverlaufs kann nur durch regelmäßige und häufige Begehungen durch Sachverständige erfolgen, die ihre Befunde in der Regel manuell dokumentieren. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, ein Konzept für ein Brückeninspektionstool vorzustellen, prototypisch umzusetzen und zu evaluieren. Das Brückeninspektionstool wird mehrere Arten von Hardware-Geräten verwenden, um das Brückeninspektionspersonal bei der Beurteilung und Dokumentation von Schäden zu unterstützen, wobei Kombinationen aus Künstlicher Intelligenz und Mixed Reality Technologien eingesetzt werden. Hierfür wurden Interviews mit Bauwerksprüfenden aus verschiedenen Unternehmen und Branchen durchgeführt, um wichtige Anforderungen zu ermitteln. Auf der Grundlage dieser Anforderungen wurde ein Konzept entwickelt, das mit bestehenden Datenbanken für Infrastrukturen kompatibel ist. Weiter wurde das Konzept prototypisch in einen Demonstrator umgesetzt, welcher Informationen über die Künstliche Intelligenz sammelt und mithilfe der Mixed Reality Technologien anzeigt. Hierfür wurde sowohl eine Augmented Reality Anwendung zur Anzeige der gesammelten Informationen, sowie eine Tablet Anwendung zur Datenspeicherung entwickelt. Weiter wurde die entwickelte Künstliche Intelligenz auf einem selbsterstellten Datensatz trainiert, um Schäden erkennen und klassifizieren zu können. Der erstellte Demonstrator wurde unter realen Bedingungen an einem realen Bauwerk von Brückenprüfenden getestet und evaluiert. Die Ergebnisse der Tests zeigen großes Potential für den Einsatz von Künstlicher Intelligenz und Mixed Reality Technologien, wie im vorgestellten Demonstrator, für Bauwerksprüfungen. Besonders hoch wird das Potenzial der Künstlichen Intelligenz zur Detektion von Schäden gewertet.
In einem Laborversuch (BASt FE 89.0312/2015) wurde 2016 nachgewiesen, dass sich die Spannungsverhältnisse in einem Spannbetonträger mit der Ultraschalltechnik visualisieren lassen und eine Korrelation mit dem späteren Rissbild besteht.
Ziel des Nachfolgeprojekts war die Erfassung und Auswertung von Ultraschall-Messdaten mit eingebetteten Sensoren an einem Bauwerk unter Verkehr über mehr als ein Jahr. Dabei sollte die Betriebssicherheit nachgewiesen werden sowie ein Vergleich der Ergebnisse mit einem konventionellen Monitoringsystem (u. a.DMS, Schallemission) erfolgen. Der Versuch wurde an der Gänstorbrücke (Ulm/Neu-Ulm) durchgeführt.Da im Versuchszeitraum anders als zuvor keine Schadensereignisse auftraten, wurde ein Belastungsversuch für einen Funktions- und Sensitivitätsnachweis durchgeführt.
Nach Planung mit der BASt und anderen Partnern wurde im Dezember 2020 ein Längsträger in Feldmitte ohne wesentliche Verkehrseinschränkung mit 20 Transducern instrumentiert. Alle Transducer waren bis zum Berichtszeitpunkt funktional. Auch die für die Datenaufnahme entwickelte „W-Box“ erwies sich als robust und funktional, wurde aber trotzdem zwischenzeitlich durch eine verbesserte Version ersetzt. Die Anlage ist weiterhin in Betrieb. Die verschiedenen Monitoringsysteme stören sich gegenseitig nicht.
Aus den alle ein bis zwei Stunden gemessenen Ultraschalldaten wurden verschiedene Parameter extrahiert und untereinander sowie mit den konventionellen Monitoringdaten verglichen. Im Versuchszeitraum ergab sich bei allen Daten (auch den konventionellen) im Wesentlichen eine Korrelation mit der Temperatur. Hinweise auf Schadensereignisse ergaben sich nicht. In dem Belastungsversuch konnte die Sensitivität, aber auch die räumliche Lokalisierungsfähigkeit des Systems in Bezug auf Spannungsveränderungen und -in-homogenitäten nachgewiesen werden.
Ein Weiterbetrieb des Systems bis zum Rückbau der Brücke wird empfohlen, um die Sensitivität in Bezug auf Schadensereignisse nachweisen zu können.
Im Auftrag der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) bearbeitete das Institut für Verkehrssystemtechnik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) mit seinem Partner PRISMA solutions Deutschland GmbH (PRISMA) das Projekt „Automatisierung und Digitalisierung der Verkehrssteuerung auf Hauptverkehrsstraßen in Städten kleiner und mittlerer Größenordnung (FE 77.0521/2019)". Im Projekt wurden Verkehrsmanagementmaßnahmen im Hinblick auf die Bedürfnisse von Städten und Kommunen mit weniger als 50.000 Einwohnern bewertet und in einem Leitfaden zusammengefasst. Die Bewertungen basieren auf den Informationen und Rückmeldungen aus einer Pilotkommune (Landau in der Pfalz) und fünf weiteren assoziierten Kommunen (Speyer, Hockenheim, Rastatt, Achim und Haßloch), die in das Projekt eingebunden waren. Die beteiligten Kommunen nahmen dazu an Workshops und Interviews (telefonisch oder schriftlich) teil. Des Weiteren wurde eine Literaturrecherche zum Thema innerörtliches Verkehrsmanagement durchgeführt. Mit Blick auf den Stand der Wissenschaft und Technik wurden bekannte und innovative Maßnahmenkategorien auf Potentiale und Umsetzbarkeit für kleinere und mittlere Städte untersucht. Diese Untersuchungen wurden von der planerischen bis zur operativen Ebene durchgeführt. Im Ergebnis wurde ein Praxisleifaden erstellt, der eine Grundlage für das nachhaltige, umweltfreundliche und digitalisierte Verkehrsmanagement von kleinen Städten und Kommunen ist. Real umsetzbare Maßnahmen wurden mit ihren zu erwartenden Effekten beschrieben und zueinander in Beziehung gesetzt.
Der entstandene Leitfaden stellt die Verkehrsmanagementmaßnahmen übersichtlich dar und dient den Kommunen als Unterstützung für die Auswahl zukünftiger Maßnahmen. Im Vergleich zu Großstädten haben Städte kleiner und mittlerer Größenordnung ihre eigenen Charaktereigenschaften und Mobilitätskonzepte in den Aspekten von z.B. Netzwerkstruktur, Infrastruktur, Aktivitätsmuster und zukünftige Entwicklung. Solche Informationen und Daten sollen als Grundlage bei der Entwicklung der Verkehrsmanagementstrategien und der Handlungsempfehlungen dienen. Diese Daten wurden in einem Software Werkzeug zur Planung von Verkehrsmanagementlösungen integriert, und dort zur Identifikation von Problemsituationen und zur Entwicklung/Digitalisierung von entsprechenden Maßnahmen genutzt. Für dieses Projekt kam das von PRISMA entwickelte Software Werkzeug TRAFF-X® zum Einsatz. Die Auswahl der Maßnahmen und deren Beschreibung wurde in enger Abstimmung mit den Kommunen sowie einem projektbegleitenden Expertengremium durchgeführt. Bei der Ausgestaltung der Maßnahmenbeschreibungen erfolgte zudem eine Kategorisierung der Maßnahmen sowie eine Abschätzung der Wirkungsbereiche und Empfehlungen zu kombinierbaren Maßnahmen. Auf dieser Basis wurde der Leitfaden aufgebaut um bei der Identifizierung und Auswahl nützlicher Maßnahmen für kleine und mittelgroße Kommunen eine Hilfestellung anzubieten.
Am Beispiel der Pilotkommune Landau wurde eine effizient aufgebaute mikroskopische Verkehrssimulation als Werkzeug zur Bewertung einiger Maßnahmen untersucht. Verwendet wurde dafür die vom DLR als Open-Source-Tool entwickelte Verkehrssimulationssoftware Eclipse SUMO. Exemplarisch wurden die Auswirkungen der Einführung einer stadtweiten zulässigen Höchstgeschwindigkeit von 30 km/h und einer LSA-Optimierung auf den Verkehr sowie die Emissionen dargestellt. Das Simulationsmodell ermöglichte eine grobe Potentialabschätzungen der Maßnahmen.
In den beteiligten Verwaltungen ist die Motivation zur zukunftsorientierten Gestaltung der Kommunen hoch. Durch die unterschiedlichen begrenzten Ressourcen müssen diese allerdings oft abschätzen und abwägen, welche Maßnahmen mit den verfügbaren Mitteln die gewünschten Effekte erzielen. Hierzu kann der entstandene Leitfaden einen wesentlichen Beitrag leisten.
Zwischen der Nachfrage nach Parkmöglichkeiten für Lkw an Autobahnen und dem Angebot besteht trotz der umfangreichen Erhöhung der Parkkapazitäten in den letzten Jahren ein erhebliches Defizit. Das Bundesverkehrsministerium will dieses Defizit neben dem Aus- und Neubau von Rastanlagen unter anderem durch den Einsatz von Parkleitsystemen reduzieren. Das vorliegende Forschungsprojekt widmet sich der Evaluation solcher Parkleitsysteme. Im Vorlauf zum Forschungsprojekt wurde ein Lkw-Parkleitsystem (PLS) für Rastanlagen an Bundesautobahnen entwickelt und in einem Testgebiet mit 4 Rastanlagen auf der BAB A45 aufgebaut. Primäres Ziel des PLS ist die Ermittlung und Kommunikation der freien Lkw-Parkstände auf Rastanlagen. Dazu wurden ein „Parkplatzdetektionssystem mit flächenhafter Erfassung“ und dynamische Anzeigetafeln eingesetzt. Zur Prüfung der Wirksamkeit des PLS wurden die Lkw-Routen im Testgebiet nach der Kennzeichenerfassungsmethode ermittelt. Die Messungen und Auswertungen umfassten zeitlich 7 Phasen, in denen unterschiedliche Informationsumfänge den auf der BAB A45 Richtung Gießen verkehrenden Lkw angeboten wurden. Zusätzlich wurde das PLS über eine Befragung der Lkw-Fahrerinnen und Fahrer bewertet. Die Auswertungen ergaben folgendes Bild:
1. Lkw-Fahrer, deren Lenkzeit zugunsten einer Ruhephase unterbrochen werden muss, sind an den Informationen des PLS über freie Parkstände in hohem Maße interessiert. Für die Entscheidung zugunsten eines Parkstandes zum Abhalten der Ruhephase sind die Informationen über freie Parkstände auf Grundlage der durchgeführten Befragung eine wichtige Hilfe. Durch die Messungen konnte diese Aussage allerdings nicht verifiziert werden.
2. Bei der Untersuchung des Parkplatzwahlverhaltens konnte trotz des geäußerten Interesses keine signifikante Veränderung beim Vergleich der Messphasen mit unterschiedlichem Informationsumfang des PLS nachgewiesen werden: Hohe Auslastungen in der PWC Pfingstweide und der PWC Stauferburg wurden nicht in nennenswertem Umfang abgebaut, freie Parkstände auf der T+R Langen-Bergheim wurden nicht genutzt. Auch ein Einfluss des PLS auf den Parksuchverkehr konnte nicht festgestellt werden.
3. Das Parkverhalten innerhalb der Rastanlagen wurde ebenfalls räumlich und zeitlich differenziert untersucht. Positiv zeigte sich hier die sortiertere Befüllung nach Einführung des PLS: Zuerst werden die StVO-Parkstände gefüllt, es folgt das geduldete Parken in Fahrgassen z.B. hinter den gefüllten Schrägparkständen und erst im Anschluss daran bei hohem Parkdruck auch behinderndes und gefährdendes Parken. Die zusätzliche Bereitstellung von Parkinformationen innerhalb der Rastanlagen hat diesen gewünschten Effekt weiter unterstützt.
4. Während der Messphasen entspannte sich der ursprünglich vorhandene Parkdruck aufgrund des Rückgangs des Lkw-Verkehrs. Neben der allgemeinen Verkehrsentwicklung spielte auch die Brückenproblematik auf der BAB A45 für den Rückgang eine Rolle. Daraus folgend war für Lkw-Fahrerinnen und Fahrer die Entscheidung zugunsten einer Rastanlage mit freien Parkständen weniger relevant. Im Rahmen der Untersuchungen wurden die folgenden offenen Fragestellungen zum Lkw-Parken erkannt
• Analyse der Kapazität von Längsparkstreifen als dynamische Größe
• Untersuchung des Zusammenspiels der unterschiedlichen Einflussfaktoren auf
das Parkverhalten von Lkw-Fahrerinnen und Fahrern auf Rastanlagen
• Weitere Analyse von kurzen Verweilzeiten auf Rastanlagen
die nicht Teil des vorliegenden Forschungsvorhabens waren.
Die vorliegende Untersuchung thematisiert die Fortschreibung des 2003 veröffentlichten Regelwerks „Empfehlungen für die Sicherheitsanalyse von Straßennetzen – ESN“ (FGSV 2003) unter Berücksichtigung der Anforderungen der EU-Richtlinie 2019/1936 Artikel 5 zum Sicherheitsmanagement der Straßeninfrastruktur.
Ziel des Forschungsprojekts war, ausgehend vom Verfahren zur Sicherheitsanalyse von Straßennetzen (ESN), die Entwicklung einer netzweiten Straßenverkehrssicherheitsbewertung (Netzanalyse) basierend auf den nationalen, internationalen, wissenschaftlichen und praxisnahen Erkenntnissen sowie unter Berücksichtigung der Vorgaben der neuen EU-Richtlinie.
Im Rahmen des Projektes wurde eine Analyse der nationalen und internationalen Literatur durchgeführt. Potenzielle Daten zur Infrastruktur, dem Verkehr und dem Unfallgeschehen mit Relevanz für die zukünftige Netzanalyse wurden hinsichtlich ihrer Relevanz und Verfügbarkeit bewertet. Darüber hinaus wurde die bisherige Akzeptanz und Anwendung der ESN über eine Befragung der Bundesländer und ausgewählter Kommunen evaluiert.
Kern des Projektes war die Anpassung des reaktiven bzw. unfallbasierten Verfahrens der Netzanalyse sowie die Entwicklung eines neuen proaktiven und damit unfallunabhängigen Verfahrens. Die entwickelten Verfahren wurden im Rahmen einer Pilotanwendung getestet, daraus ergänzenden Hinweise und Empfehlungen zur Netzaufbereitung für die Praxis dokumentiert und das gesamte Verfahren – u. a. durch eine lokale Bestandsüberprüfung – evaluiert. Abschließend wurden Hinweise für die Weiterverwendung der Ergebnisse der Netzanalyse gesammelt und aufbereitet sowie genaue Erläuterungen zur Umsetzung des Verfahrens in unterschiedlichen, anwenderorientierten Formaten bereitgestellt.
Basierend auf den Erkenntnissen und Materialien eines Vorgängerprojektes (vgl. MARKOWETZ, WOLF 2020) zielte das Projekt MobiLe darauf ab, eine barrierefreie Website zur Mobilitätsbildung von Erwachsenen mit geistiger Behinderung zu entwickeln. Die Inhalte wurden in Zusammenarbeit mit der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt), der Deutschen Verkehrswacht (DVW), dem Bundesministerium für Digita-les und Verkehr (BMDV) sowie zweier Web-Agenturen erstellt. Die Website bietet pädagogischen Fach-kräften flexible Möglichkeiten der Materialauswahl zur Vorbereitung und Durchführung von Schulungen zur eigenständigen Mobilität von Erwachsenen mit geistiger Behinderung. Hierzu wurde zunächst eine um-fassende Analyse zum Status Quo der Mobilitätsbildung für Menschen mit geistiger Behinderung, basierend auf der Grundlage nationaler und internationaler Recherchen, durchgeführt. Dazu ist festzuhalten, dass eine einheitliche curricular geordnete Mobilitätkonzeption für diese Zielgruppe fehlt. Auch wenn be-reits einige Schulungsmaterialien vorliegen, so variieren diese in Bezug auf Grundlagen, Umfang und theoretischer wie praktischer Schwerpunktsetzung. Die Grundlagenliteratur zur Verkehrserziehung und Mobilitätsbildung konzentriert sich hauptsächlich auf Kinder ohne Behinderung, während Menschen mit geistiger Behinderung bisher noch kaum im Fokus stehen. Auch eine (inter-)nationale Website für die Mobilitätsschulung von erwachsenen Menschen mit geistiger Behinderung ist bisher nicht bekannt. Die inhaltliche Auswertung der Funde verdeutlicht außerdem, dass Mobilität im Kontext geistiger Behinderung nicht hinreichend von der Bildungsforschung aufgearbeitet ist. Es mangelt an einschlägiger didaktischer und verkehrspsychologischer Forschung sowie an empirischen Daten zur Einschätzung der Mobilität. Auch die Thematik Barrierefreiheit ist im Kontext geistiger Behinderung in vielfacher Hinsicht kaum erforscht. Die Online-Literaturrecherche auf nationaler und internationaler Ebene ermöglichte dennoch, relevante theoretische Grundlagen und konzeptionelle Aspekte zur Mobilitätsschulung abzuleiten. Das betrifft ins-besondere mobilitätsspezifische Kompetenzen wie Regelkenntnisse, Gefahrenbewusstsein oder Planung sowie methodische Umsetzungsmöglichkeiten. Die Erkenntnisse der Recherchen dienten als Handlungs-grundlage des Projektes MobiLe. Die Projektumsetzung in Form einer Website zur Mobilitätsschulung stellt insbesondere die individuelle Ausrichtung an mobilitätsspezifischen Kompetenzen und Handlungs-möglichkeiten der Zielgruppe sowie den Aspekt der eigenständigen Teilhabe am Straßenverkehr in den Vordergrund. Dabei werden die Mobilitätsarten „zu Fuß gehen“, „Fahrrad fahren“ und „Bus und Bahn fah-ren“ behandelt. Zu jeder Mobilitätsart wurden zentrale Lernbereiche (z. B. Motorik, Regelkenntnis) definiert, für die Arbeitspakete entwickelt wurden. Die Arbeitspakete umfassen Lernaktivitäten, Arbeitsblätter, praktische Übungen für den Schonraum und den Realverkehr sowie Fotos mit festgehaltenen Szenen aus dem Realverkehr. Auf der Website können die Arbeitspakete durch ein Filtersystem (Auswahl der Mobili-tätsart, des Lernbereichs, des Lerninhalts und des gewünschten Arbeitspaktes) gezielt ausgewählt werden. Außerdem wird ein Einschätzungsbogen, anhand dessen die Mobilitätskompetenzen der Teilnehmenden ermittelt werden können, eine Wegeanalyse als Bestandsaufnahme der Wunschstrecke (inklusive Analyse der äußeren Barrieren und der Herausforderungen für die Person mit geistiger Behinderung) so-wie ein Mobilitätsplan, welcher das Gerüst für die konkrete Planung der Mobilitätsschulung bildet, ange-boten. Für die Materialerarbeitung wurden aktuelle internationale Erkenntnisse miteinbezogen – stets verbunden mit Blick auf eine handlungs- und sozialraumorientierte Umsetzung der Mobilitätsschulung für die adressierte Personengruppe. Die Verbindung zum Realverkehr stellte hierbei einen zentralen und ent-scheidenden Bezugspunkt dar. Die Lernmaterialien, adressiert an Erwachsene mit geistiger Behinderung, wurden auf Leichte Sprache sowie ihre Praktikabilität und Anwendbarkeit hin überprüft und zielgruppen-orientiert angepasst. Insgesamt wird es pädagogischen Fachkräften durch die entwickelte Website ermöglicht, individuelle Bildungsangebote zur Schulung der persönlichen Mobilität vorzubereiten und durchzuführen. Menschen mit geistiger Behinderung erweitern dadurch ihre Mobilität, verbessern ihre Ver-kehrssicherheit und erweitern zugleich ihre Teilhabe im Sozialraum. Die kostenfreie Website MobiLe kann zukünftig über folgende Internetadresse aufgerufen werden: www.mobilität-lernen.de