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Bewertung der strukturellen Substanz für die systematische Erhaltungsplanung von Betonfahrbahndecken
(2017)
"Mobilität ist die zentrale Vorrausetzung für wirtschaftliches Wachstum, Beschäftigung und Teilhabe des Einzelnen am gesellschaftlichen Leben". Dieser Leitsatz des BMVI setzt eine intakte und funktionierende Infrastruktur voraus. Im Kontext mit dem Investitionshochlauf in den nächsten Jahren ist das Bundesfernstraßennetz insbesondere ein netzbezogenes systematisches Vorgehen im Rahmen der Baulichen Erhaltung von Relevanz. Bei der Planung von Erneuerungsmaßnahmen ist dabei die Kenntnis über den Zustand der strukturellen Substanz und deren langfristige Entwicklung von zentraler Bedeutung. Nachfolgend wird ein Verfahren vorgestellt, das die mechanisch und statisch abgesicherte Bewertung und Prognose der strukturellen Substanz von Betonfahrbahndecken ermöglicht. Zudem werden die Anwendung und das Vorgehen anhand eines Praxisbeispiels aufgezeigt.
Bewertung der strukturellen Substanz für die systematische Erhaltungsplanung von Betonfahrbahndecken
(2016)
"Mobilität ist zentrale Voraussetzung für wirtschaftliches Wachstum, Beschäftigung und Teilhabe des Einzelnen am gesellschaftlichen Leben." Dieser Leitsatz des BMVI setzt eine intakte und funktionierende Infrastruktur voraus. Im Kontext mit dem Investitionshochlauf in den nächsten Jahren ist für das Bundesfernstraßennetz insbesondere ein netzbezogenes systematisches Vorgehen im Rahmen der Baulichen Erhaltung von Relevanz. Bei der Planung von Erneuerungsmaßnahmen ist dabei die Kenntnis über den Zustand der strukturellen Substanz und deren langfristige Entwicklung von zentraler Bedeutung. Nachfolgend wird ein Verfahren vorgestellt, das die mechanisch und statistisch abgesicherte Bewertung und Prognose der strukturellen Substanz von Betonfahrbahndecken ermöglicht. Zudem werden die Anwendung und das Vorgehen anhand eines Praxisbeispiels aufgezeigt.
Der Bewertung der strukturellen Substanz von Straßenaufbauten kommt im Rahmen einer wirtschaftlichen Erhaltungsplanung eine entscheidende Bedeutung zu. Die vorhandenen Zustandsdaten aus der regelmäßigen Zustandserfassung und -bewertung (ZEB) bieten hierfür eine gute Grundlage, beschränken sich allerdings auf die Bewertung von Oberflächeneigenschaften. Die Messung der Tragfähigkeit stellt daher einen wichtigen Baustein bei der Bewertung der strukturellen Substanz dar, ist allerdings bei den etablierten Messverfahren aufgrund der Messgeschwindigkeit und der damit gegebenenfalls verbundenen Behinderung des fließenden Verkehrs eher auf Objektebene einsetzbar. Mit dem im letzten Jahrzehnt entwickelten Traffic Speed Deflectometer (TSD) sind nun schnellfahrende Tragfähigkeitsmessungen möglich. Im Rahmen eines Pilotprojekts im Freistaat Bayern wurde die Anwendbarkeit des TSD im Vergleich zu anderen Messverfahren auf Bundesautobahnen, Bundesstraßen und Staatsstraßen untersucht.
Zur Bewertung von Straßenraumsituationen soll im Rahmen dieser Forschungsarbeit ein Verfahren für die Praxis entwickelt werden. Von zwei Grundannahmen wird ausgegangen: 1. Eine Straßenraumsituation wird subjektiv als Einheit erlebt. Das bedeutet konkret, dass bei gleichen Verkehrsbelastungen in einer Straße die davon ausgehenden Umweltbelastungen von den Betroffenen je nach Straßenraumsituation unterschiedlich beurteilt werden. Daher lassen sich objektiv messbare Belastungen durch kompensatorische Maßnahmen im Straßenraum subjektiv verringern. 2. Als Maßstab zur Beurteilung gelten die Ansprüche der schwächeren Verkehrsteilnehmer beziehungsweise Straßennutzer; das sind Kinder, ältere Menschen, Behinderte - aber auch alle anderen, wenn sie mit Gepäck, Kinderwagen ... unterwegs sind. Zur Bewertung von Straßenraumsituationen werden Belastungs- und Entlastungsfaktoren herangezogen/abgeleitet/enwickelt. Die Belastungsfaktoren beziehen sich auf Menge und Geschwindigkeitsniveau des Kfz-Verkehrs. Es sind hier Lärm, Gefährdung und Trennwirkung. Die Entlastungsfaktoren beziehen sich auf räumlich-städtebauliche Gegebenheiten von Straßenräumen. Es sind hier Bewegungsraum (für Fußgänger), Straßenraumqualität und Abschirmung.Das Kriterium Abschirmung erfasst die Aspekte "Sicherheitsgefühl" und "Annehmlichkeit" auf Gehwegen. Für den Bewertungsvorgang sind Kriterienblätter entwickelt, die im Sinne einer Checkliste abgearbeitet werden. Der Bewertungsvorgang bezieht sich auf Straßenraumsituationen. Als Bewertungsergebnis wird der Straßenraumverträglichkeitswert gebildet aus der Differenz zwischen der Summe der Belastungspunkte und Entlastungspunkte. Der Straßenraumverträglichkeitswert ermöglicht die Einordnung, ob eine Situation als unverträglich, eingeschränkt verträglich oder verträglich mit Wohnnutzung gelten kann. Mit Hilfe dieses Bewertungsverfahrens können so bestehende Straßenraumsituationen beurteilt, untereinander verglichen und Dringlichkeitsreihungen aufgestellt werden. Die Auswirkungen von Umbaumaßnahmen können durch Bewertung der Nachher-Situation schon im Planungsstadium einfach überprüft werden. In einem Anhang wird das Bewertungsverfahren an Hand von ausgeführten Beispielen für Vorher und Nachher getestet.
Im Rahmen des vom Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) geförderten Forschungsprogramms "Straße im 21. Jahrhundert" wurde eine adaptive Spannbetonstruktur mit lernfähigem Fuzzy-Regelungssystem entwickelt. Durch die Realisierung eines sich an Beanspruchungsänderungen selbstanpassenden Betontragwerks werden aufgrund der Adaptivität kritische Zustände des Tragwerks vermieden und auftretende Verformungen reduziert. Mittels eines Sensorsystems gemessene Tragwerksreaktionen werden dem lernfähigen Regelungsalgorithmus als Eingangswerte übergeben. Dieser ermittelt die je nach Beanspruchungszustand erforderliche Vorspannkraft zur Erfüllung der jeweiligen Zielsetzung. Die Aktualisierung der Vorspannung des Tragwerks wird von einem hydraulischen Stellantrieb vorgenommen. Zur Untersuchung der Funktionsfähigkeit der entwickelten adaptiven Spannbetonstruktur werden Versuche an zwei Prototypen durchgeführt. Die jeweiligen Zielsetzungen der Verformungsminimierung bzw. Spannungsoptimierung werden durch die Regelung effektiv erreicht. Das Potential der adaptiven Vorspannung wird bestätigt und ausführlich demonstriert.
Motorradfahrer sind im Straßenverkehr besonders gefährdet, nahezu kein Unfall endet ohne Verletzungen der Motorradaufsassen. Wenn ein Unfall unabwendbar ist (das Unfallgeschehen der Motorräder zeigt seit Jahren stetige Besserungen), verbleibt dem Fahrer als Schutz nur seine eigene Bekleidung. Der im Rahmen diese Projekts angestellte Vergleich verschiedener Feldstudien zeigt, dass hauptsächlich die Extremitäten mit Schwerpunkt bei den Beinen verletzt werden. Ähnlich wie hohe Helmtragequoten zum Rückgang der Kopfverletzungen geführt haben, könnte zweckdienliche Schutzkleidung nahezu vollständig Hautabschürfungen und damit verbunden Wundinfektionen vermeiden. Gleichzeitig werden die Schwellwerte für den Eintritt anderer Verletzungen (zum Beispiel Brüche, Bänderrisse, innere Verletzungen) zu höheren Kollisionsgeschwindigkeiten verschoben. Die im Projektverlauf erarbeiteten Anforderungen an Motorradfahrerschutzkleidung sind so spezifisch und vielfältig, dass sie mit keiner anderen, zum Beispiel berufsspezifischen Kleidung vergleichbar sind. Mit Analysen wurde gezeigt, dass einige Anforderungen nur unter Zielkonflikten mit anderen verwirklichbar sind. Die dadurch nötige Mehrfachfunktion mancher Bauteile führt dazu, dass die Prüfung von Eigenschaften kaum mit den Methoden aus üblichen Normenwerken durchgeführt werden kann. Vor diesem Hintergrund begann die Entwicklung speziell angepasster Versuche. In der Regel bilden sie realistisch die Belastungen bei einem Sturz auf die Fahrbahnoberfläche und in der anschließenden Rutschphase nach. Durch die Verlegung der Versuche in das Labor wird die Reproduzierbarkeit erhöht, die Kosten bleiben vergleichsweise gering. Als wichtigste Prüfkriterien wurden Abriebverhalten, Reibwärmeisolation, Reibbeiwert, Stossdämpfung, Widerstand gegen Stich- und Schnittbeschädigung, Formschluss und Bauteilsteifigkeit erarbeitet. Vorgestellt und bewertet wurden verschiedene bereits existierende Prüfverfahren. Wenn sie ungeeignet schienen oder wenn für ein wichtiges Kriterium kein Verfahren zu finden war, wurden eigene neue Vorschläge gemacht. Unter Abwägung von Prüfaufwand und Aussagekraft der Ergebnisse wurde ein Vorschlag für ein normungsfähiges Prüfverfahren erarbeitet. Im Vorschlag berücksichtigt sind nur bereits existierende oder einfach verwirklichbare Prüfverfahren, die für Motorradfahrerschutzkleidung als geeignet angesehen werden.
Flexible Fahrbahnübergangskonstruktionen stellen für Ingenieurbauwerke mit einer Dehnlänge bis zu circa 30 m eine preiswerte Alternative zu den herkömmlichen Fahrbahnübergängen aus Stahl dar. Neben kurzen Einbauzeiten sind ein guter Rollkomfort und eine sehr geringe Geräuschentwicklung kennzeichnend für diese Bauart. Von besonderer Bedeutung für die Ausführung ist eine lückenlose Qualitätssicherung. Aufgrund neuer Baustoffe und neuer konstruktiver Ansätze ist für die Zukunft sowohl eine Erhöhung der Leistungsfähigkeit als auch eine Erweiterung des Anwendungsbereichs zu erwarten.
Die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) hat 2009 eine Pilotstudie initiiert, an der sich vier Autobahnmeistereien aus Niedersachsen und Nordrhein-Westfalen beteiligt haben und deren Schlussbericht nun vorliegt. Grund dafür waren die immer stärker spürbaren psychischen Belastungen, die sich aus der gefährlichen und stressreichen Arbeit ergeben, die die Frauen und Männer in der orangefarbenen Arbeitskleidung auf der Straße verrichten. Bundesweit kommen nach Angaben des Bundesverbandes Deutscher Straßenwärter jedes Jahr acht bis zehn Straßenwärter ums Leben. Die Zahl der Verletzten ist hoch. Zu der Arbeit in unmittelbarer Nähe des fließenden Verkehrs auf der Fahrbahn oder im direkt angrenzenden Seitenbereich von Straßen und Autobahnen kommen Belastungen durch die immer knapper werdende Personalausstattung der Meistereien und den daraus resultierenden Überstunden hinzu, besonders im Winter. Diese ziehen oft gesundheitliche Einschränkungen und persönliche Krisen nach sich. Probleme, mit denen sich viele Kollegen allein gelassen fühlen. Der "Burn-out" ist praktisch schon vorprogrammiert. Das Ergebnis der Studie muss realistisch betrachtet werden. Die angebotenen Trainingseinheiten können die Belastungen der Straßenwärter, denen sie Tag für Tag ausgesetzt sind, zwar nicht weiter senken, aber sie können lernen, mit den daraus resultierenden Beanspruchungen deutlich besser fertig zu werden. Vor allem, indem sie miteinander und mit ihren Vorgesetzten sprechen und die Last des Einzelnen nötigenfalls auf mehrere Schultern verteilen.
Mit Abschluss dieses Forschungsprojekts ist eine Wissensbasis erarbeitet, die es ermöglicht relativ schnell die Eigenschaften beliebiger Schutzhelme im Voraus zu berechnen. Es wurde ein Rechenprogrammsystem erstellt, welches mit Hilfe der Schalentheorie und der Methode der Übertragungsmatrizen für alle denkbaren Aufschlagpunkte ingenieurmäßige Aussagen liefert über die Tauglichkeit eines Helms. Mit diesem Programmsystem wurde eine Parameterstudie anhand von 27 Helmvarianten mit dem Ziel durchgeführt, die Abstimmung von Helmschale und Schutzpolsterung so zu wählen, dass eine optimale Energieumsetzung möglich ist, optimal im Sinne einer Minimierung der aus dem Stoß resultierenden Kopfbeschleunigung. Es erfolgte eine Variation der Parameter Schutzpolsterungsdicke und Helmschalendicke. Die Abhängigkeit der Kopfbeschleunigung von der Aufprallenergie wurde ebenfalls untersucht. Neben Vergleichsrechnungen mit der Methode der finiten Elemente wurden auch gemessene Beschleunigungen zur Absicherung der Ergebnisse herangezogen. Die Parameterstudie mittels Übertragungsmatrizen ist auch mit einer parallel entwickelten PC-Programmversion durchführbar. Unter der Voraussetzung hinreichenden Energieaufnahmevermögens sind für den Polycarbonat-Polystyrol-Helm handelsüblicher Machart eine geringe Helmschalendicke, eine geringe Schutzpolsterungsdichte und eine dicke Schutzpolsterung anzustreben, wobei dieser letzte Einfluss weniger stark ist. Nach Abschluss der laufenden Polystyrol-Werkstoffversuche bleibt zu klären inwieweit die beschriebenen Einflüsse abhängig von der Aufprallenergie sind. Die Berechnungen zeigen, dass eine starke Abhängigkeit der maximalen Kopfbeschleunigung von der Aufprallenergie vorliegt, was vom Regelwerk ECE 22/02 nicht hinreichend berücksichtigt wird. Es ist notwendig in den Helmtests unterschiedliche Aufprallenergien zu realisieren. Der Tauglichkeitsnachweis muss den unfallrelevanten Geschwindigkeitsbereich abdecken. Die Prüfkopfmasse muss erhöht werden. Sie repräsentiert die reduzierte Masse und ist im Grenzfall gleich der Masse des Motorradfahrers. Anzustreben ist ideal plastisches Verhalten der Schutzpolsterung, so dass in Kombination mit einer biegesteifen Helmschale über einen weiten Energiebereich Beschleunigungskonstanz erzielt wird. Ein Schritt in diese Richtung wäre der Einsatz von Wabenstrukturen (honeycomb) zwischen Helmschale und Komfortpolsterung.
Sicherheitstechnische Anforderungen an die Bestuhlung moderner Reisebusse als Rückhaltesysteme
(1991)
Die Schutzfähigkeit von KOM-Fahrgastsitzen, die den ECE-R 80-Anforderungen entsprechen, ist bisher nur für die aufgerichtete Rückenlehne nachgewiesen. Hier wurde untersucht, ob auch geneigte Rückenlehnen ausreichende Schutzwirkung bieten. Ausgehend von der Normalsitzposition verfügen Reisebussitze heutiger Bauart über einen Lehnenverstellwinkel von circa 15 Grad (Normal-, Ruhesitzposition). Sondersitze für Ältere und Sportler erlauben auch die Liegesitz- beziehungsweise Liegeposition bei jedoch erheblich größeren Sitzteilern. In Schlittenaufprallversuchen mit je zwei instrumentierten anthropometrischen Messpuppen auf Reisebus-Doppelsitzen wurden die Belastungsverhältnisse eines frontalen Aufpralls simuliert. Die Lehnenverstelleinrichtung der Prüfsitze wurde behelfsweise so verändert, dass 3 (4) Winkeleinstellungen der Lehnenneigung möglich waren. Für jeweils zwei hintereinander zugeordnete Sitzplätze wurden wechselweise diese Lehneneinstellungen variiert. Mit 17 Doppelsitzen wurden insgesamt 32 Körperaufprallereignisse in den verschiedenen Lehnenneigungskonfigurationen durchgeführt. Die Versuchsergebnisse gliederten sich nach der Bewegungsform des Dummy, seinen Belastungen und den am Vordersitz hervorgerufenen Beschädigungen. Die Aufprallverhältnisse in aufrechter Normalsitzposition entsprechend der ECE-R 80 bildeten die Bewertungsbasis. Die gewonnenen Versuchsergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen: - Für beliebige Lehneneinstellungen im Winkelbereich bis zu 30 Grad zur Senkrechten bietet die vorgebaute Sitzlehne generell ausreichende Rückhaltewirkung beim Körperaufprall. - Wenn die Vordersitzlehne jedoch steiler eingestellt ist als es der Körperhaltung des dahintersitzenden Dummy entspricht, ist mit 1,5-2fach höheren Kopfbelastungen zu rechnen. Das ECE-R 80-Schutzkriterium HAC < 500 wird überschritten. - Vorsorglich sollte aus sicherheitstechnischer Sicht der zulässige Grenzwinkel der Lehnenneigung auf 30 Grad zur Senkrechten beschränkt werden.