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Der vorliegende Bericht beschreibt Konzepte für eine intelligente Brücke auf der Grundlage einer zuverlässigkeitsbasierten Zustandsbewertung unter Berücksichtigung von Bauwerksinformationen, welche aus Prüfungen, Inspektionen und Überwachung gewonnen werden. Das Brückensystem wird durch ein Modell beschrieben, welches den zentralen Teil des Konzeptes darstellt. Das Modell wird in Schädigungsmodelle und ein Tragwerkssystem-Modell unterteilt. Dieses Modell wird a-priori durch die Eingangsdaten (welche etwa die Geometrie, die Materialien und die Verwendung der Brücke beschreiben) charakterisiert. Aus diesen ergeben sich dann auch die Ausgangsmodelle. Um die signifikanten Streuungen und Unsicherheiten adäquat abzubilden sind diese Modelle probabilistisch. Das Modell liefert eine sich kontinuierlich ändernde probabilistische Zustandsbewertung. Die Zustandsbewertung gibt eine Aussage über den Zustand und die Zuverlässigkeit des Brückensystems und seiner Bauteile und dient als Grundlage für die Planung und die Optimierung von Maßnahmen. Die Verwendung von Resultaten aus Inspektionen, Prüfungen und Überwachungen erfolgt durch eine Aktualisierung der Modellparameter. Die Aktualisierung beruht auf der Methode der Bayes'schen Aktualisierung und wird auf der Grundlage der entwickelten Klassifizierung der Bauwerksinformationen mit entsprechenden Methoden durchgeführt. Dieses Verfahren erlaubt es, alle Informationen in konsistenter Weise in ein einziges Modell einfließen zu lassen. Dabei wird die Genauigkeit und Aussagekraft der gewonnenen Daten und Beobachtungen explizit berücksichtigt. Durch die Aktualisierung der Modellparameter unter Berücksichtigung von Systemeffekten wird die Zustandsbewertung der Bauteile und des Brückensystems aktualisiert. Das ermöglicht die Planung und die Optimierung von Maßnahmen unter Berücksichtigung der Bauwerksinformationen. Auf diese Weise wird die intelligente Brücke mit Inspektionen und Überwachungen zu einem adaptiven System, welches sich Veränderungen anpassen kann.
Einfluss der veränderten Verkehrsführung bei Ertüchtigungsmaßnahmen auf die Bauwerksbeanspruchungen
(2013)
Im Rahmen von mehreren vorhergehenden Forschungsprojekten wurden vom Forschungsnehmer Untersuchungen zu den Beanspruchungen von Brückenbauwerken infolge des Straßenverkehrs durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen führten zu den neuen Verkehrslastannahmen für Straßenbrücken im Eurocode 1, Teil 2 (in Verbindung mit dem deutschen nationalen Anhang) und den Ziellastniveaus in der Nachrechnungsrichtlinie. Im Ergebnis von Nachrechnungen müssen die Bestandsbrücken ertüchtigt oder neu gebaut werden. Ertüchtigung von Autobahnbrücken heißt Bauen unter Verkehr. Auf den Bestandsbrücken ist eine veränderte Verkehrsführung erforderlich. Mit einer veränderten Verkehrsführung geht aber unter Umständen auch eine Veränderung der Beanspruchungen der Brückenbauwerke infolge dieser "Umnutzung" einher. Ziel des vorliegenden Forschungsprojektes ist es, den Einfluss der veränderten Verkehrsführung bei Ertüchtigungsmaßnahmen auf die Bauwerksbeanspruchungen zu analysieren. Unter Anwendung einer in den vorhergehenden Projekten entwickelten Vorgehensweise werden Simulationsrechnungen durchgeführt, in denen verschiedenen Varianten von Spuranordnungen auf Überbauquerschnitten betrachtet werden. Des Weiteren werden differenzierte Verkehrscharakteristiken, also verschiedene Verkehrsstärken und Verkehrszusammensetzungen, betrachtet. Grundsätzlich werden hierbei Beanspruchungen, also zum Beispiel resultierende Biegemomente oder Auflagerkräfte, betrachtet. Aus diesem Grund müssen die Berechnungen für definierte Tragsysteme durchgeführt werden. Im vorliegenden Projekt wurden hierzu zwei reale Brückenbauwerke betrachtet, die sich im Zuge von Autobahnen in Nordrhein-Westfalen befinden. Erweitert werden die Betrachtungen auf ein zusätzliches "virtuelles" Tragsystem, um ein gewisses Spektrum von Stützweiten und Querschnittsbreiten analysieren zu können. Grundsätzlich zeigt sich im Ergebnis der Untersuchungen, dass Beanspruchungen aus aktuellem Verkehr bei normaler Verkehrsführung durch das Lastmodell LM1 des DIN-Fachberichtes 101 abgedeckt werden. Für Beanspruchungen aus zukünftigem Verkehr ist das neue Lastmodell LM1 des Eurocodes erforderlich. Im Rahmen von Baumaßnahmen wird im Allgemeinen eine 4+0-Verkehrsführung eingerichtet. Hierbei werden bei zweiteiligen Überbauquerschnitten vier Fahrstreifen über einen Querschnitt geleitet. Dies geht einher mit einer Verengung der Fahrspuren. In solchen Fällen ist davon auszugehen, dass es nicht möglich ist, dass Lkw-Überholverkehr stattfinden kann. Dies führt zu einer wesentlichen Verringerung der Beanspruchungen von Brückenbauwerken, da auch in Stausituationen in den zwei Richtungsfahrbahnen keine Lkw-Fahrzeuge nebeneinander stehen können. Für Verkehrszusammensetzungen entsprechend der aus der Nachrechnungsrichtlinie bekannten Verkehrsart "Große Entfernung" (50 % Sattelzugfahrzeuge) ergibt sich daher eine Abdeckung der Beanspruchungen aus Straßenverkehr durch das Lastmodell BK60 der DIN 1072. Für Verkehrszusammensetzungen analog der Verkehrsart "Mittlere Entfernung" reicht das Lastmodell BK30/30 zu Abdeckung aus. Weitere Differenzierungen hinsichtlich der Verkehrsstärke führen hier zu keinen wesentlichen Änderungen der getroffenen Aussagen.
The GIDAS-investigation team of Dresden (VUFO) has documented more than 11.500 accidents since 1999. The documentation of the accident includes beside vehicle-, injury- and environmental-data very detailed reconstruction data. Within this accident investigation the VUFO began to record the skid resistance of the accident site in 2009. The measurements are divided in macro- and microroughness (Sand depth method and Portable Skid Resistance Tester-SRT-by Munro-Stanley London-©). Both methods are used to determine the skid resistance for more than 1000 passenger cars. The aim of the present study is to find out a relationship between the measured skid resistance, the road conditions and the friction coefficient, which is used to calculate the maximum accelerations and decelerations during a reconstruction of an accident. Basic approach to convert the SRT-value into the friction coefficient is the calculation of the theoretical absorbed energy of the spring rubber system of the swinging arm of lever. This absorbed energy is used to get the friction coefficient by using the equations for the work of friction. To consider the road-behavior, in correlation to the friction coefficient, the results will be merged with existing literature. Last step for this study will be a comparison between actual used friction coefficients all over the GIDAS-database and the theoretical results. The study shows, if it is possible to use the SRT-Measurement for the estimation of a friction coefficient for the reconstruction of a traffic accident. As expected, the GIDAS-Database and the additional measurement of the roughness of the road directly on the spot are an enormous useful dataset.
In Anbetracht des stetigen Wachstums des Schwerverkehrsaufkommens auf dem deutschen und europäischen Straßennetz wurden durch das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) und die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) in der jüngsten Vergangenheit mehrere Forschungsprojekte initiiert, um die Auswirkungen dieses wachsenden Verkehrsaufkommens auf die Brückenbauwerke, sowohl hinsichtlich des Brückenneubaus als auch hinsichtlich des Brückenbestandes, zu analysieren. Vom Forschungsnehmer wurden hierzu in vorhergehenden Projekten auf der Grundlage von Verkehrssimulationsrechnungen verschiedene Lastmodelle identifiziert, die die Beanspruchungen infolge prognostiziertem zukünftigen Verkehr oder eines in gewissen Teilen bekannten objektspezifischen Verkehres abdecken. Die Relevanz der identifizierten Lastmodelle in den Sicherheitskonzepten wurde bisher nicht untersucht. Dies steht im Schwerpunkt dieser Projektaufgabe. Für ein ausgewähltes Tragsystem (2x40 m Zweifeldsystem mit einem zweistegigen Plattenbalkenquerschnitt in Massivbauweise) wurden hierzu sicherheitstheoretischen Untersuchungen durchgeführt. Grundlage solcher Untersuchungen ist die Berücksichtigung von streuenden (zufälligen) Kenngrößen zur Abbildung von inneren Widerständen diesen gegenüber stehenden Beanspruchungen. Für die stochastische Beschreibung der Beanspruchungen infolge des Straßenverkehrs wurden die Ergebnisse der in den vorhergehenden Forschungsprojektes Verkehrssimulationsrechnungen verwendet und eine Vorgehensweise zur Aufbereitung dieser Datenbestände entwickelt. Hierdurch ist es möglich, eine differenzierte stochastische Beschreibung der Beanspruchungen aus Verkehrseinwirkungen unter Kenntnis objektspezifischer Verkehrscharakteristiken zu erstellen. Im Ergebnis der Untersuchungen zeigt sich, dass über verschiedene betrachtete Verkehrscharakteristiken und zugehörige Lastmodelle hinweg relativ homogene Sicherheitsindizes ergeben. Unter Berücksichtigung von Modellunsicherheiten auf der Einwirkungs- und Widerstandsseite liegen die Ergebnisse leicht über den "normativen Vorgaben" des Sicherheitsindexes.
In diesem Bericht werden die Ergebnisse des Forschungsprojektes FE 84.0104/2009/ mit dem Titel "Untersuchung des Einflusses der Grobtextur auf Messergebnisse mit dem SKM-Messverfahren", das am Institut fuer Fahrzeugsystemtechnik (FAST) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) im Auftrag der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) durchgeführt wurde, vorgestellt. Dieses Forschungsprojekt hatte das Ziel, den Einfluss der Grobtextur (Makrotextur) auf die Geschwindigkeitsabhängigkeit und Temperaturabhängigkeit des SKM-Griffigkeitswertes zu untersuchen. Es wird die Funktionsweise des am Institut entwickelten und aufgebauten Griffigkeits- und Abriebprüfstand (GAT) erklärt. Mit diesem Prüfstand können Griffigkeitsversuche auf Fahrbahnproben durchgeführt werden. Weiterhin wird ein neu entwickeltes Abdruckverfahren füer die Herstellung von Fahrbahnabdrücken vorgestellt. Mit diesem können Fahrbahnabdrücke von realen Fahrbahnproben erzeugt werden. Durch eine Erweiterung des vorgestellten Abdruckverfahrens können des Weiteren Fahrbahnproben mit definierten künstlichen Makro- und künstlichen Mikrotexturen erzeugt werden. Somit können am GAT Griffigkeitsversuche auf realen Fahrbahnproben, aber auch auf speziell hergestellten Fahrbahnabdrücken durchgeführt werden. Mit der Kombination aus GAT und dem vorgestellten Abdruckverfahren kann der Einfluss der Fahrbahngrobtextur auf die Griffigkeit unabhäengig vom Materialeinfluss betrachtet werden. Abschließend werden die Ergebnisse der Griffigkeitsversuche, die am Griffigkeits- und Abriebprüfstand durchgeführt wurden, vorgestellt. Diese Ergebnisse werden mit Griffigkeitsversuchen am Innentrommelprüfstand des Institutes und mit SKM-Messdaten, die mit einem SKM-Messsystem auf der Straße gemessen wurden, verifiziert. Die ermittelten Ergebnisse zeigen, dass die Geschwindigkeitsabhängigkeit von der Fahrbahnmakrotextur beeinflusst wird. Zusätzlich muss jedoch auch der Einfluss der Fahrbahnmikrotextur berücksichtigt werden, da immer die Kombination aus Makro- und Mikrotextur für die Geschwindigkeitsabhängigkeit von Bedeutung ist. Der Einfluss der Fahrbahnmakrotextur auf die Temperaturabhängigkeit des SKM-Wertes konnte innerhalb dieses Forschungsprojektes nicht abschließend untersucht werden, da bei den durchgeführten Griffigkeitsversuchen am GAT mit den verwendeten Fahrbahnabdrücken Temperatureffekte auftraten, die zukünftig noch weiter analysiert werden müssen.
Females sustain Cervical Spine Distortion injury (CSD) more often than males. Most work dealing with the biomechanics background (e.g. injury mechanism/criteria) as well as the application in seat design/testing, focuses on the occupant model of an average male. Therefore the EU-Project ADSEAT (Adaptive Seat to Reduce Neck Injuries for Female and Male Occupants) is aimed at adding a female model for gender balanced research of CSD and improving seat design. An extensive literature review, searching for risk factors and injury criteria for males and females, was accompanied by the evaluation of different databases containing CSD cases. The database evaluations suggests that an anthropometry quite close to the 50%ile female anthropometry as known from crash test dummy design is appropriate. The results presented here form the basis for the future development of a computational female model and the improvement of seat design for better protection of both males and females in the frame of the ADSEAT-Project.
Pedestrian accidents are one of the major concerns related with road accidents around the world. Portugal has one of the highest rates of pedestrian fatalities in Europe. In this paper an overview conditions were the pedestrian accidents occurred in Portugal is presented. In the last years, a project related with the pedestrian accidents has run in Portugal for the period 2004-2006 where 603 people died, 2097 have been severely injured and about 17000 slightly injured. Within this project all the pedestrian accidents in this period have been analysed providing global information about a wide range of aspects, since location, driver and pedestrian characteristics, weather and road conditions, among others. In addition, 50 in-depth accidents have been investigated and the data collected according the Pendant methodology. For this in-depth methodology detailed information about the accident has been collected, including injuries, vehicle damage, road conditions and road user- behaviour and actions. An accident reconstruction has been carried for each case including the determination of the speeds and driver actions, and the analysis of the contributing factors for the accident. Depending of the accident complexity, different methodologies have been used to analyse these accident, from the classical analytical equations such as Simms and Woods, to the use of detailed computational pedestrian models as those included in the commercial software- PC-Crash-® or Madymo-®. Also one of the goals of our investigation is the development of multibody models and methodologies for the reconstruction of pedestrian accidents. Some of these tools integrated in the commercial software Cosmos Motion-® are presented. The advantages of the different approaches are compared and discussed for some of the accidents investigated. With these tools the impact speed can be determined from the projection distance with analytical tools or PC-Crash-®, but more complex tools should be used to determine speed from the injuries, what is especially important for fatal accidents. The influence of the vehicle geometry and stiffness characteristics is another aspect analysed, where the influence of the vehicle stiffness has been determined using a combined multibody-finite elements approach within the software Madymo-®.
One goal of the assessment of the crashworthiness of passenger cars is to characterize the potential of injury outcome to occupants of cars involved in an accident. This can be achieved by the help of an index that puts the number of injured occupants of passenger cars in relation to the number of cars involved in an accident. As a consequence, this index decreases with a lower potential of injury and rises with a higher number of injuries while assuming a fixed number of accidents. Another index is introduced that uses an economical weighting of each injury level. The consequential injury costs are calculated using the average economical costs for lightly, severely and fatally injured persons. The calculation of the safety indices is based on an anonymized sample of accident data provided by the Federal Statistical Office. An index of Mercedes passenger car drivers depending on the year of registration between 1991 and 2006 is compared to the index of drivers of cars of other makes within the same range of registration years.
Automotive Engineering, Mechanical Engineering and TechnologyrnAbstract: The degrees of injury severity, as a rule injuries scaled by AIS of specific regions of the human body, investigated out of road traffic accidents correspond to the body-specific loading values, which are found out with the aid of experimental or mathematical simulation of crash tests with motor vehicles or with sled tests. The coherence between the injured human being on the one hand and the physical and the theoretical model respectively on the other hand is established by the risk function, which describes the probability of degrees of injury severity in dependence on the protection criteria. Due to the different physical characteristics in the simulation, e.g. accelerations, forces, compressions and their velocity, the compilation of these quantities, comparable to the MAIS, the maximal occurred single AIS obtained in accident analysis is much more difficult in the simulation than in the accident occurrence. Therefore it is obvious to normalize the loading values gained out of simulation and to summarise them to an entire value in a suitable manner, the safety index.rn
Validation of human pedestrian models using laboratory data as well as accident reconstruction
(2007)
Human pedestrian models have been developed and improved continually. This paper shows the latest stage in development and validation of the multibody pedestrian model released with MADYMO. The biofidelity of the multibody pedestrian model has been verified using a range of full pedestrian-vehicle impact tests with a large range in body sizes (16 male, 2 female, standing height 160-192cm, weight 53.5-90kg). The simulation results were objectively correlated to experimental data. Overall, the model predicted the measured response well. In particular the head impact locations were accurately predicted, indicated by global correlation scores over 90%. The correlation score for the bumper forces and accelerations of various body parts was lower (47-64%), which was largely attributed to the limited information available on the vehicle contact characteristics (stiffness, damping, deformation). Also, the effects of the large range in published leg fracture tolerances on the predicted risk to leg fracture by the pedestrian model were evaluated and compared with experimental results. The validated mid-size male model was scaled to a range of body sizes, including children and a female. Typical applications for the pedestrian models are trend studies to evaluate vehicle front ends and accident reconstructions. Results obtained in several studies show that the pedestrian models match pedestrian throw distances and impact locations observed in real accidents. Larger sets of well documented cases can be used to further validate the models especially for specific populations as for instance children. In addition, these cases will be needed to evaluate the injury predictive capability of human models. Ongoing developments include a so-called facet pedestrian model with a more accurate geometry description and a more humanlike spine and neck and a full FE model allowing more detailed injury analysis.