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Im Sommer 2016 wurde Deutschlands erste Verbundbrücke mit feuerverzinkten Stahlträgern in der Baulast der Bundesfernstraßenverwaltung errichtet. Das Bauwerk befindet sich in Nordhessen und ist ein Überführungsbauwerk für einen Wirtschaftsweg im ländlichen Raum über den derzeit in Realisierung befindlichen Neubau der A 44 zwischen Kassel und Herleshausen (A 4).
Die Motivation für dieses Pilotprojekt rührt aus dem im letzten Jahrzehnt spürbar gewachsenen Antrieb, allerorten nachhaltige und ressourcen- sowie umweltschonende Prozesse zu etablieren und diesen auf Grundlage von Lebenszyklusbetrachtungen den Vorzug vor auf kurze Sicht scheinbar kostengünstigeren Anschaffungen zu geben. Gerade bei besonders langlebigen Anschaffungen wie Bauwerken der Infrastruktur entfallen deutlich höhere Kosten auf den Betrieb und die Unterhaltung als auf die anfängliche Herstellung. Die größten Kosten resultieren dabei aus mittelbar nötigen Aufwendungen wie z. B. Verkehrsführungen während Bauwerkssanierungen und zwischenzeitlich erforderlichen Runderneuerungen der Bauwerkssubstanz oder exponierter Teile davon (Beläge, Kappen, Lager, Fahrbahnübergänge, Korrosionsschutz). Können diese Bauteile oder Bauelemente dauerhafter hergestellt werden oder gar ganz entfallen, sind langfristige Einsparungen zu erwarten, die sogar höhere Anschaffungskosten rechtfertigen.
In mehreren Forschungsvorhaben wurden die Eignung eines Korrosionsschutzes durch Feuerverzinken auch für tragende Bauteile von Brücken, dessen Dauerhaftigkeit auch für Zeiträume in der Größenordnung der Lebensdauer des Bauwerks selbst und dessen Wirtschaftlichkeit nachgewiesen. Auf dieser Grundlage wurde frühzeitig die Entwurfsplanung dreier nahezu baugleicher und benachbart gelegener Bauwerke auf die Realisierung eines Pilotprojektes an einem der Bauwerke ausgerichtet, während die beiden anderen als Referenzbauwerke konventionell hergestellt und beschichtet wurden.
Das Pilotprojekt zielt darauf ab, an einem realen Bauwerk einerseits Erfahrungen bei der konkreten Umsetzung zu sammeln, die Besonderheiten im Herstellprozess herauszuarbeiten und zu bewerten, um sie ggf. in künftigen Regelwerken zu verarbeiten, und andererseits im direkten Vergleich mit den Nachbarbauwerken Erfahrungen im weiteren Betrieb sammeln zu können.
Der hier vorliegende Bericht möge dem interessierten Leser einen tiefen Einblick in die vielfältigen Aspekte geben, denen bei der Realisierung einer feuerverzinkten Konstruktion Beachtung zu schenken ist. Er soll sowohl Bauherren als auch Planern und Ausführenden einen im Wesentlichen an der Chronologie der Maßnahme orientierten roten Faden bieten. Die aufgeführten Gesichtspunkte treten mitunter im Kontext mehrerer Themenkreise auf, daher sind einzelne Wiederholungen bewusst nicht vermieden.
Die wesentlichen Aspekte werden abschließend noch einmal zusammengestellt. Diese und die vielen kleinen Gesichtspunkte sollten bei künftigen Projekten in einer frühen Phase und in dem konkreten Projektkontext bewertet werden und zu projektspezifischen Entscheidungen führen.
Aufgrund des großen Potenzials sind die Forschungen fortgesetzt und z. B. auf andere Fügetechniken ausgedehnt worden. Die Ergebnisse werden erwartungsgemäß das Einsatzgebiet der Feuerverzinkung als kostengünstigen, langlebigen und recyclebaren Korrosionsschutz im Verbundbrückenbau erweitern.
Der vorliegende Bericht behandelt das Forschungsvorhaben „Zusammenhang reduzierter Geräuschgrenzwerte mit den in-use Geräuschemissionen bei unterschiedlichen Verkehrssituationen“. Dabei wurden insbesondere auffällige Pegelspitzen betrachtet und hinsichtlich ihrer Ursachen und Auswirkungen auf die Lärmsituation neben der Straße diskutiert. Der Einfluss auffälliger Pegelspitzen wurde in realen Straßenverkehrssituationen typischer Straßencharakteristiken und Verkehrssituationen messtechnisch erfasst und die Auswirkungen auf Prognose-Ausbreitungsberechnungen wurden untersucht.
Der messtechnisch ermittelte Einfluss von Pegelspitzen beträgt etwa 0,5 dB(A) bis 2,0 dB(A) und steigt für Straßen mit weniger Verkehr oder Straßen mit geringeren Geschwindigkeiten aufgrund des geringeren Grundgeräuschpegels. Auffällige Geräuschspitzen traten bei allen Straßencharakteristiken insbesondere im Zusammenhang mit Lkw (Druckluftbremse, Anhänger/Ladefläche klappert/quietscht, Hupen), Sportwagen, Transportern, schnellen Pkw und Motorrädern/Rollern auf. Die prognosetechnische Untersuchung führt im Mittel zu etwa 3,0 dB(A) bzw. etwa 4,5 dB(A) höheren Pegeln (RLS-90 [4] bzw. RLS-19 [5]). Die messtechnisch ermittelten, auffälligen Pegelspitzen erhöhen den Prognosepegel um 0,3 dB(A) bis 0,7 dB(A).
Zusammenfassend zeigt die Untersuchung, dass der Einfluss auffälliger Pegelspitzen auf die äquivalenten Dauerschallpegel bzw. auf die Beurteilungspegel gering ist. Dennoch entsteht durch Pegelspitzen eine (subjektive) Belästigungswirkung, die bei einer alleinigen Betrachtung von Pegelwerten nicht abbildbar ist, aber ggf. durch Lautheitsanalysen und darauf aufbauende Hörversuche zielgerichtet ermittelt werden kann.
Aufbauend auf den Ergebnissen der Untersuchung zu verschiedenen Verkehrszuständen ergibt sich, dass innerhalb der Beurteilungszeiten (Tag 6-22 Uhr und Nacht 22-6 Uhr) mit zunehmendem „stop & go“-Verkehr die Beurteilungspegel um 1,0 bis 1,5 dB(A) abnehmen können. Diese Pegelabnahme ergibt sich nur bei Straßen oder Straßenabschnitten, auf denen bei frei fließendem Verkehr tatsächlich die zulässigen Höchstgeschwindigkeiten gefahren werden können und sich bei sehr hohem Verkehrsaufkommen (stop & go) deutlich geringere Geschwindigkeiten ergeben. Im Bereich von Kreuzungen und Kreisverkehren kann eine derartige Pegelabnahme ausgeschlossen werden, da in den verschiedenen Verkehrssituationen aufgrund des ohnehin stattfindenden, wiederholenden Abbremsens und Anfahrens keine relevante Änderung der durchschnittlichen Geschwindigkeit beobachtet werden kann.
Messtechnisch instrumentierte Fahrbahnübergänge als möglicher Baustein des Konzeptes einer „intelligenten Brücke“ liefern im Rahmen der Pilotstudie „Intelligente Brücke im Digitalen Testfeld Autobahn“ unter anderem umfassende Daten über den überfahrenden Verkehr. Aus den erfassten Messgrößen werden vollautomatisch nicht nur Geschwindigkeit, Gesamtgewicht und Fahrzeugtyp bestimmt, zusätzlich wird anhand der Daten kontinuierlich der Zustand der mechanischen und elektronischen Systemkomponenten bewertet.
Durch kontrollierte Messfahrten mit genau bestimmten Fahrzeugparametern wurde eine solide Datenbasis geschaffen, auf welcher die Parameter für die Geschwindigkeits- und Achslastermittlung in der eigens entwickelten Auswertesoftware bestimmt werden konnten.
Unterstützt durch Mehrkörpersimulationen wurde die dynamische Interaktion des Fahrbahnüberganges mit den überfahrenden Fahrzeugen analysiert. Mit den daraus gewonnenen Erkenntnissen konnte ein Kompensationsalgorithmus erarbeitet werden, um den durch dynamische Effekte bestimmten Messfehler in der Achslastbestimmung zu reduzieren.
Aus der Analyse von Langzeitdaten und dem Vergleich mit Daten der Projektpartner (insbesondere Wetterdaten) wurden Einflüsse von Umweltbedingungen auf die Messergebnisse bestimmt und Plausibilitätskontrollen für die Messergebnisse definiert.
Die gewonnenen Ergebnisdaten werden zur Langzeitarchivierung und übersichtlichen Darstellung in der gemeinsamen Ergebnisdatenbank der Projektpartner abgelegt.
Für den Nachweis der Tragfähigkeit von bestehenden Stahlbetonkragarmen infolge geänderter Belastungen durch Erneuerung des Fahrzeug-Rückhaltesystems sowie der Brückenkappe stehen in den Einsatzempfehlungen der BASt vereinfachte Bemessungshilfen zur Ermittlung der Beanspruchungen und Beanspruchbarkeiten am Kragarmanschnitt zur Verfügung. Diese Bemessungshilfen sind auf Grundlage eines linear-elastischen Materialverhaltens entwickelt worden.
Zur Untersuchung des Einflusses eines nichtlinearen Materialverhaltens auf die Tragfähigkeit der Stahlbetonkragarme werden im Rahmen dieses Forschungsvorhabens mit Hilfe von FE-Berechnungen diverse Parameterstudien durchgeführt. Diese dienen zunächst der Identifizierung bemessungsrelevanter Parameter. Einen maßgeblichen Einfluss hat dabei das Verhältnis von Querschnittshöhe am Kragarmende zu Querschnittshöhe am Kragarmanschnitt.
Ausgehend von einer Kragplatte mit konstanter Querschnittshöhe werden in einem zweiten Schritt für ausgewählte Fälle einer veränderten Plattengeometrie weitere FE-Berechnungen zur Untersuchung des nichtlinearen Materialverhaltens durchgeführt.
Auf Grundlage der Ergebnisse der durchgeführten Untersuchungen wird abschließend eine vereinfachte Bemessungshilfe zur Abschätzung des Einflusses des nichtlinearen Materialverhaltens auf die Größe der erforderlichen Biegebewehrung im Anschnitt des Stahlbetonkragarmes entwickelt. Die Bemessungshilfe kann in Kombination mit den bekannten Bemessungshilfen aus den Einsatzempfehlungen für Fahrzeug-Rückhaltesysteme verwendet werden.
Um dem Defizit der bisher fehlenden Information über die Mobiltelefonnutzung unter Fußgängern und Radfahrern zu begegnen, verfolgte das hier bearbeitete Forschungsprojekt das Ziel, ein Konzept zu entwickeln, mit dem in Zukunft anhand von Verhaltensbeobachtungen regelmäßig repräsentative Daten zum genannten Forschungsgegenstand erhoben werden können. Durch ein kontinuierliches Monitoring der Nutzung von Mobiltelefonen durch Fußgänger und Radfahrer sollen Veränderungen im Nutzungsverhalten untersucht werden, um daraus gegebenenfalls rechtzeitig Verkehrssicherheitsmaßnahmen oder -kampagnen zur Erhöhung der Verkehrssicherheit ableiten zu können.
Zur Erstellung eines solchen Konzepts erfolgte zunächst eine Analyse wissenschaftlicher Publikationen zum Thema der Ablenkung durch Mobiltelefone unter Fußgängern und Radfahrern. Dabei wurden insbesondere solche Studien näher betrachtet, die auf Verkehrsbeobachtungen basieren und eine Messung der Prävalenz der Ablenkung durch Mobiltelefone vorgenommen haben. Aus den Ergebnissen der Literaturanalyse wurden zahlreiche Rückschlüsse für die Konzeption einer Pilotstudie gezogen.
Im Anschluss wurde diese Konzeption im Rahmen einer Pilotstudie in den Städten Nürnberg und Erlangen auf seine Praktikabilität hin überprüft. Aus den erhobenen Daten wurden Rückschlüsse für die zukünftige, regelmäßige Erhebung gezogen – insbesondere hinsichtlich der erfassten Standortmerkmale sowie der Kodierung verschiedener Nutzungsarten des Mobiltelefons und anderer Nebentätigkeiten.
Auf Basis der Pilotstudie und weiterführender Recherchen wurde schließlich ein finales Erhebungskonzept für die regelmäßige Beobachtung der Smartphonenutzung von Radfahrern und Fußgängern erstellt. Dieses beinhaltet die Berechnung des erforderlichen Stichprobenumfangs, einen Mechanismus für die Auswahl von Erhebungsregionen sowie Anforderungen an die einzelnen Erhebungsstandorte. Außerdem wird das in der Pilotstudie erprobte und optimierte Erhebungsinstrument vorgestellt und das empfohlene Vorgehen bei den regelmäßigen Erhebungen beschrieben.
Zudem wurde ein Manual erstellt, das alle relevanten Faktoren für die regelmäßigen Erhebungen in komprimierter Form beschreibt und zukünftigen Forschungsnehmern als Handreichung bereitgestellt wird.
Der Bericht stellt zwei standardisierte methodische Ansätze zur Bewertung der Effizienz und Sicherheit der Mensch-Maschine-Interaktion (MMI) bei der Nutzung von teilautomatisierten Fahrfunktionen vor. Dazu wurden Prüfkriterien definiert, welche die Erfüllung der dazu notwendigen Anforderungen an die Vermittlung eines angemessenen Systemwissens, eines adäquaten System- und Situationsbewusstseins, einer wenig beanspruchenden Systembedienung und einer sicheren Fahrerreaktion an Systemgrenzen erfassen sollen.
Mittels einer Expertenbewertung als erste Methode wird geprüft, ob die Mensch-Maschine-Schnittstelle (MMS, d. h. die Anzeigen, Systemausgaben und die Bedienelemente) die Mindestanforderungen bezüglich Wahrnehmbarkeit und Verständlichkeit von Systemzuständen erfüllt. Der Fokus liegt dabei auf visuellen und akustischen Systemausgaben. Zusätzlich werden Aspekte der Vermittlung eines angemessenen Systemverständnisses über das Benutzerhandbuch sowie der Systembedienung bewertet. Zur Überprüfung dieser Aspekte wurde eine Checkliste mit insgesamt 14 Anforderungen entwickelt. Das Verfahren kann auf Teststrecken oder im Realverkehr angewendet werden. Dazu wird ein Set an Use Cases durchfahren, anhand derer die Erfüllung der einzelnen Items abgeprüft wird. Die Checkliste wurde im Rahmen von zwei Realfahrstudien und einer Fahrsimulatorstudie erprobt und weiterentwickelt. Dabei stand die Überprüfung der Validität (d. h. kann die Checkliste unterschiedlich gute Mensch-Maschine-Interaktionskonzepte voneinander unterscheiden) sowie der Reliabilität (d. h. inwieweit kommen unterschiedliche Rater bei der Bewertung eines Systems auf vergleichbare Ergebnisse) im Vordergrund.
Als zweite Methode wurde ein standardisiertes, szenarienbasiertes Beobachtungs- und Befragungsinstrument zur Bewertung der Systeminterak¬tion entwickelt. Als Bewertungskriterien werden Probleme bei der Systembedienung, im Fahrverhalten sowie Einschränkungen des Überwachungsverhaltens erfasst, die in ein übergeordnetes Versuchs¬leiterrating pro Use Case münden. Darüber hinaus werden Aspekte des Systemverständnisses über eine Befragung des Fahrers zu einzelnen MMS-Anzeigen und Systemreaktionen erfasst. Diese Be-wertungskategorien sind in anschaulicher Form in einer Tablet-Anwendung, der sog. S.A.D.E.-App (Standardized Application for Automated Driving Evaluation), umgesetzt. Die Methode wurde in zwei Simulatorstudien und während einer Fahrt im Realverkehr mit einem Seriensystem erprobt und validiert.
Für eine umfassende, standardisierte Bewertung der Mensch-Maschine-Interaktion beim teilautomatisierten Fahren wird empfohlen, beide Methoden in Kombination zu verwenden. Das Verfahren kann um zusätzliche Methodenbausteine zur Erfassung der langfristigen Entwicklung von Systemvertrauen und -akzeptanz sowie Verhaltensanpassungen erweitert werden.