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Volkswirtschaftliche Gesichtspunkte beim Bau und der Unterhaltung von Brückenbauwerken erfordern ein effektives Lebenszyklusmanagement. Ein wesentliches Ziel besteht dabei in der zuverlässigen Prognose der Schadensentwicklung. Die Kenntnis über Mechanismen und Auswirkungen einzelner dauerhaftigkeitsrelevanter Beanspruchungen bzw. Schädigungsarten ist relativ weit fortgeschritten. Demgegenüber ist das Wissen über die Wirkungsweise kombiniert auftretender Beanspruchungen an Betonbauwerken bislang unzureichend. Dies gilt auch für den Fall, dass gleichzeitig singuläre Risiken, wie beispielsweise Ausführungsmängel oder Lagerschäden vorliegen. Gerade aber kombinierte Einwirkungen und bereits vorhandene Mängel sind für massive Schäden an Brücken maßgeblich verantwortlich. Diese Problematik wurde im Rahmen der vorliegenden Machbarkeitsstudie eingehend beleuchtet. Zunächst wurden im Rahmen einer umfangreichen Literatursichtung die vorhandenen dauerhaftigkeitsrelevanten Einwirkungen auf Brücken identifiziert sowie deren mögliche Modellierung in Form von Schädigungs-Zeit-Gesetzen aufgezeigt und eingehend diskutiert. In einem nächsten Schritt konnten die bei Brückenbauwerken vorzufindenden Interaktionen zwischen den kombiniert auftretenden dauerhaftigkeitsrelevanten Einwirkungen und singulären Risiken auf der Basis einer Literatursichtung erfasst und in Form einer Interaktionsmatrix anschaulich dargestellt werden. Die verschiedenen Methoden zur Sicherstellung der Dauerhaftigkeit von Betonkonstruktionen wurden aufgezeigt sowie die Grundzüge einer System- und Risikoanalyse vorgestellt. Anhand ausgewählter Bespiele aus der Fachliteratur wurde die prinzipielle Vorgehensweise bei unterschiedlichen Methoden zur Dauerhaftigkeitsbeurteilung dargestellt. Besondere Beachtung galt dabei dem aktuellen Stand der Forschung im Umgang mit kombiniert auftretenden Einwirkungen. Im Ergebnis der umfangreichen Literaturstudie konnte festgestellt werden, dass kombinierte Einwirkungen als Problem im Bereich des Betonbrückenbaus bekannt sind, ihre Erfassung und Modellierung jedoch weder zeitvariante Schädigungs-Zeit-Gesetze noch baustofftechnologische Interaktionen berücksichtigen. Auf der Grundlage der in der Literatur gewonnenen Erkenntnisse wurde ein Ansatz für eine um diese beiden entscheidenden Punkte erweiterte System- und Risikoanalyse erarbeitet. Dieser Ansatz besteht darin, über die Verwendung geeigneter Schädigungs-Zeit-Gesetze und grenzzustandsbezogener Betrachtungen Lebensdauerprognosen durchzuführen. Hierdurch wird eine wirklichkeitsnahe Beurteilung der Dauerhaftigkeit möglich. Die Interaktion der Schädigungsmechanismen wird über einen Faktor η, der die baustofftechnologischen Veränderungen des Betons infolge einer anderen Einwirkung berücksichtigt, in das Modell aufgenommen. Das erarbeitete Konzept wurde durch exemplarische, computergestuetzte Beispielrechnungen hinsichtlich seiner Anwendbarkeit bestätigt. Bis zur Praxiseinführung dieser Methode bedarf es jedoch noch umfangreicher Ausarbeitungen und gezielter weiterführender Forschung.
Die für die Bemessung von Neubauten maßgebenden DIN-Fachberichte mit dem darin enthaltenen Sicherheitskonzept sind nicht geeignet, die tatsächliche Tragsicherheit bestehender älterer Spannbetonbrücken zu beurteilen. Die seinerzeit für die Bemessung und Konstruktion gültigen Normen wurden sowohl was die Einwirkungsseite als auch was die Widerstandsseite betrifft ständig weiterentwickelt und an neue hinzugewonnene Erkenntnisse angepasst. Dies hat zwangsläufig zur Folge, dass sich bei der Nachrechnung älterer Bestandsbrücken auf der Grundlage neuerer Normen die höhere Anforderungen beinhalten, häufig keine Nachweise mit normgemäßen Sicherheitsfaktoren führen lassen. Im Rahmen des FE-Vorhabens wurde objektbezogen an zwei Brücken untersucht, welche möglichen Tragreserven sich unter Einbeziehung des Entwurfs der Nachrechnungsrichtlinie identifizieren lassen. Die betrachteten Talbrücken Lützelbach (Hohlkasten) und Volkersbach (Plattenbalken) waren zuvor bereits normgemäßen Nachrechnungen unterzogen worden, bei denen sowohl im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit, wie auch im Grenzzustand der Tragfähigkeit Defizite festgestellt wurden. Unter anderem wurden gegenüber dem für Neubauten konzipierten Sicherheitskonzept modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte für die Besonderheiten bei der Nachrechnung des Bestands in Ansatz gebracht. Für die realitätsnahe Ermittlung der jeweiligen Tragwiderstände wurden alternative und genauere Verfahren auf ihre Eignung hin untersucht und in Ansatz gebracht. Die Tragwerke wurden in größerem Umfang als allgemein üblich auf Umlagerungsmöglichkeiten und Systemredundanzen hin untersucht. Insgesamt kann festgestellt werden, dass bei Anwendung eines für die Nachrechnung bestehender Bauwerke angepassten Sicherheitskonzepts und geeigneter alternativer Nachweisverfahren, Tragreserven bei den beiden betrachteten Brückenbauwerken identifiziert und genutzt werden können. Die bei normgemäßen Nachrechnungen festgestellten Defizite konnten in weiten Bereichen reduziert oder sogar ganz aufgehoben werden. Ein hoher Aufwand bei der Nachrechnung bestehender Brückenbauwerke scheint zielführend und gerechtfertigt, vor allem wenn sich dadurch der noch höhere Aufwand für Planung und Ausführung von Verstärkungsmaßnahmen vermeiden lässt.
Untersuchungen zur Querkraftbemessung von Spannbetonbalken mit girlandenförmiger Spanngliedführung
(2011)
Die Literaturrecherche zeigte, dass seit Beginn der Spannbetonbemessung der innere Hebelarm z auf der Grundlage von Annahmen bestimmt wird, die zum Teil stark variieren. Dies liegt vor allem daran, dass die Querkraftbemessung ursprünglich an Stahlbetonbauteilen hergeleitet wurde. Für Spannbetonbauteile wird in der Literatur ein Hebelarm von z=0,67d bis z=0,90d vorgeschlagen. Alle Quellen sind sich darüber einig, dass der Querkrafttraganteil der geneigten Spannglieder zu berücksichtigen ist. Des Weiteren sind Unterschiede in den aktuellen Normen zu finden. Während im DIN FB 102 im Allgemeinen der innere Hebelarm z aus dem Nachweis im GZT infolge Biegung mit oder ohne Längskraft im gleichen Querschnitt aus dem zugehörigen Moment verwendet werden soll, wird in der DIN 1045-1 nichts dergleichen erwähnt, sondern es darf z=0,9d angesetzt werden, sofern eine ausreichende Längsbewehrung aus Betonstahl vorhanden ist. Der EC 2 erlaubt hingegen den inneren Hebelarm z aus dem maximalen Biegemoment im betrachteten Bauteil zu berechnen. In einigen Literaturquellen, so auch im EC 2 wird außerdem gefordert, dass bei Bauteilen mit geneigten Spanngliedern ausreichend Betonstahllängsbewehrung im Zuggurt einzulegen ist. Die Auswertung der Stuttgarter Versuche zeigte, dass bei der Frage nach dem korrekten Ansatz für z zwei Bereiche zu unterscheiden sind. In dem Bereich, in dem die Schubrisse aus Biegeanrissen am Querschnittsrand entstehen ändert der Schubriss auf Höhe der Spannglieder seine Neigung. Die Änderung des Neigungswinkels ist abhängig von den Steifigkeitsverhältnissen der Zugbänder. Für diesen Bereich wird ein Ansatz vorgeschlagen, bei dem die Querschnittsflächen des Spannstahls Ap und Betonstahl As mit den für den Schub maßgebenden Spannungen gewichtet werden. Der Bereich, in dem die Spannglieder überdrückt sind und die flacher verlaufenden Schubrisse ohne Neigungswechsel kurz über die Spannglieder hinweg verlaufen, erstreckt sich horizontal vom Auflager bis zu ca. 1,5h. Hier wird das Stegfachwerk wesentlich entlastet durch den Druckbogen, der sich bei den hier untersuchten Trägern aufgrund der sehr schwachen schlaffen Zuggurtbewehrung zusammen mit der sich bis zum Auflager durchlaufenden Druckstrebe fast ausschließlich auf den Spannanker abstützt. Die Größe der gegebenenfalls erforderlichen schlaffen Zuggurtbewehrung für die Abdeckung der Zugkraft am Auflager muss noch untersucht werden.
Bei der Nachrechnung bestehender Spannbetonbrücken auf Grundlage aktueller Normen zeigen sich i.A. erhebliche Defizite bei der erforderlichen Querkraftbewehrung. Dies ist zum einen auf höhere Verkehrslasten infolge des kontinuierlich gestiegenen Schwerverkehrs und zum anderen auf die Weiterentwicklung der Verfahren zum Nachweis der Querkrafttragfähigkeit zurückzuführen. Zudem erfolgte in Deutschland erst im Jahr 1966 die Festlegung einer erforderlichen Mindestquerkraftbewehrungsmenge. Die Nachweisverfahren für die Querkrafttragfähigkeit von Spannbetonbalken beruhen im Wesentlichen auf Versuchen an Einfeldträgern und sind bekanntlich sehr konservativ. Daher wurden am Lehrstuhl Betonbau der TU Dortmund in einem Großversuch experimentelle Untersuchungen zur Querkrafttragfähigkeit an einem vorgespannten Zweifeldträger durchgeführt, mit dem Ziel, Grundlagen für ein genaueres Nachweisverfahren zu schaffen. Von besonderem Interesse war das Tragverhalten im Bereich der Innenstütze. Die Gesamtlänge des Versuchsträgers betrug 12,0 m, die Stützweiten ergaben sich zu 5,75 m. Die Querkraftbewehrung des Balkens entsprach der rechnerisch erforderlichen Mindestquerkraftbewehrung nach DIN-Fachbericht 102. Lediglich in einem begrenzten Bereich unmittelbar neben der Innenstütze eines Feldes entsprach sie der doppelten Mindestquerkraftbewehrung. Da bisher kaum experimentelle Untersuchungen zum Querkrafttragverhalten an Innenstützen durchgeführt wurden, wurden die Verformungen in diesem Bereich während der Versuchsdurchführung zusätzlich mit einem optischen Messverfahren aufgezeichnet. Zur kontinuierlichen Erfassung des Tragverhaltens des gesamten Bauteils wurden zudem an der Querkraft- und Längsbewehrung des Versuchsträgers über 250 Dehnungsmessstreifen aufgebracht. Die Versuchsauswertung enthält eine umfangreiche Darstellung der Messwerte und zusätzlich Versuchsnachrechnungen unter Anwendung des Druckbogenmodells sowie mittels numerischer Simulationen.
A total survey of road traffic accidents involving most severely injured, defined as sustaining a polytrauma or severe monotrauma (ISS > 15) or being killed, was conducted over 14 months in a large study region in Germany. Data on injuries, pre-clinical and clinical care, crash circumstances and vehicle damage were obtained both prospectively and retrospectively from trauma centers, dispatch centers, police and fire departments. 149 patients with a polytrauma and eight with a severe monotrauma were recorded altogether. 22 patients died in hospital. Another 76 victims had deceased at the accident scene. In 2008, 49 % of patients treated with life-threatening injuries were car or van occupants, 21 % motorcyclists, 18 % cyclists and 10 % pedestrians. Among fatalities at the scene, vehicle occupants constituted an even larger portion. The number of road users with life-threatening trauma in the region was extrapolated to the German situation. It suggests that 10 % among the "seriously injured" as defined in national accident statistics are surviving accident victims with a polytrauma or severe monotrauma.
Rekonstruktion des Bestandsplans im Zuge der Nachrechnung der Brücke über die Leine bei Schwarmstedt
(2019)
Der aktuell im Rahmen der Nachrechnungsrichtlinie geforderte Nachweis von Tragfähigkeit, Gebrauchstauglichkeit und Ermüdung der Brückenbauwerke im Bestand der Länder und des Bundes stellt eine enorme Herausforderung dar. Insbesondere bei unvollständigen oder fehlenden Bestandsplänen der Bauwerke sind Maßnahmen erforderlich, um die erforderlichen Informationen zu beschaffen. Ein wirkgungsvolles Instrument könne hierfür die zerstörungsfreien Prüfverfahren des Bauwesens sein. In dem präsentierten Forschungsprojekt erfolgte die Rekonstruktion eines Bestandsplanes direkt auf die Anforderungen des mit der Nachrechnung beauftragten Ingenieurbüros. Darüber hinaus wurde der Entwurf eines Leitfadens erstellt, der im Falle von unvollständigen oder fehlenden Bestandsplänen die Grundlagen für die Beauftragung und Durchführung der Nachrechnung schafft.
Ziel des vorliegenden Forschungsprojekts war die Quantifizierung von staubedingten Reisezeitverlusten im Jahr 2000, die auf infrastrukturbedingte Kapazitätsengpässe einschließlich Verkehrsunfällen und Pannen zurückzuführen sind. Zusammen mit den Ergebnissen der "Quantifizierung staubedingter Reisezeitverluste auf Autobahnen - Störungsursache: Arbeitsstellen" konnte Aufschluss darüber gegeben werden, wie sich die Reisezeitverluste auf Bundesautobahnen anteilsmäßig und in ihrer Größenordnung auf die genannten Störungsursachen aufteilen. Hierzu wurden im ersten Teil der Arbeit methodisch folgende Aspekte behandelt: - Aufbau eines Autobahnnetzmodells; - Modellierung der Verkehrsnachfrage; - Modellierung der Kapazität; - Staumodellierung und Ermittlung der Reisezeitverluste. Im zweiten Teil der Arbeit wurden die Ergebnisse der Verlustzeitberechnung für das Bezugsjahr 2000 ausführlich dokumentiert. In Sensitivitätsanalysen wurde die Stabilität der Berechnungsergebnisse hinsichtlich der Veränderung einzelner Eingangsdaten bestimmt. Dabei kommt der Modellierung der Verlagerung der Verkehrsnachfrage bei vorhandener Überlastung eine herausragende Bedeutung zu. Ohne Berücksichtigung dieser Verlagerung werden unplausible Werte berechnet, wobei die ermittelten Reisezeitverluste um ein Vielfaches höher als mit Berücksichtigung dieses Effekts liegen. Da zum Ausmaß der Verlagerung bislang keine Untersuchungen vorliegen, ist die Modellierung an dieser Stelle mit großen Unsicherheiten behaftet. In einer Gesamtbetrachtung wurden staubedingte Zeitverluste im Autobahnnetz für das Bezugsjahr 2000 zu insgesamt 234 Millionen Stunden und mit folgenden Anteilen abgeschätzt: Infrastrukturbedingte Engpässe 39%, Unfälle und Nothalte 26%, Arbeitsstellen 35%.
The evaluation of the expected benefit of active safety systems or even ideas of future systems is challenging because this has to be done prospectively. Beside acceptance, the predicted real-world benefit of active safety systems is one of the most important and interesting measures. Therefore, appropriate methods should be used that meet the requirements concerning representativeness, robustness and accuracy. The paper presents the development of a methodology for the assessment of current and future vehicle safety systems. The variety of systems requires several tools and methods and thus, a common tool box was created. This toolbox consists of different levels, regarding different aspects like data sources, scenarios, representativeness, measures like pre-crash-simulations, automated crash computation, single-case-analyses or driving simulator studies. Finally, the benefit of the system(s) is calculated, e.g. by using injury risk functions; giving the number of avoided/mitigated accidents, the reduction of injured or killed persons or the decrease of economic costs.
The declining trend since 1991 in the number of killed people was broken in 2011 when overall 4 009 people died in traffic accidents in Germany. The question arises if there is a stagnating trend of fatalities in Germany in future? By breaking down the accidents with casualties towards a monthly view one can see a decreasing trend of fatalities in the warmer months especially since 2009. When comparing against winter months higher deviations are observed. In December 2011 an increase of 191 traffic deaths were registered (181 in 2010 compared to 372 in 2011). Further analyses of different accident influences were evaluated and their possibility of drastic change from one year to the other was determined. As seen weather- and environmental conditions are one of the major contributing factors and are one of the causes for the increased number of fatalities. To support the underlying assumption a model had been created to calculate the number of traffic deaths on a daily basis approach. As an input, road conditions projected through weather parameters and also different driving behaviors on weekdays or holidays were used. As a result, estimates of daily fatality with up to 75% precision can be achieved out of the 2009, 2010 and 2011 data. Further on it shows that weather and street conditions have a high influence on the overall resulting number of traffic accidents with casualties, and especially to the number of fatalities. Hence it is estimated that approximately 3 300 people were killed in traffic accidents in Germany in 2013 which would be again a reduction of another 13% compared to 2012. Therefore an answer to the question will be that the decreasing trend in traffic fatalities in Germany somehow is not broken when environmental conditions are included in national statistics. Their effects will become more visible in future accident statistics and it is estimated variances of 5% to 8% of the annual number of traffic fatalities in Germany will be seen.
Zählungen des ausländischen Kraftfahrzeugverkehrs auf den Bundesautobahnen und Europastraßen 2003
(2006)
Im Jahr 2003 wurde im Auftrag des Bundesministers für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen die zweite bundesweite Erhebung des ausländischen Kraftfahrzeugverkehrs auf den Autobahnen und Europastraßen durchgeführt. Differenziert wurde dabei nach Nationalitäten und nach 5 Fahrzeugarten (Pkw, Bus, Lkw < 3,5 t, Lkw > 3,5 t ohne Anhänger und Lastzug). Gezählt wurde an insgesamt 444 Zählstellen. Davon waren 35 sog. Langzeitzählstellen mit 16-Stunden-Zählungen an jeweils 15 über das Jahr verteilten Tagen. Diese Langzeitzählstellen dienten der Ableitung von Hoch- und Umrechnungsfaktoren für die 409 Kurzzeitzählstellen, an denen an bis zu 8 Tagen mit in der Regel 7 Stunden je Tag gezählt wurde. Auf der Grundlage dieser Zählwerte wurde für das Autobahnnetz eine durchschnittliche tägliche Verkehrsstärke (DTV) 2003 von 4.043 ausländischen Kraftfahrzeugen/24h ermittelt. 49,5% dieser Fahrzeuge gehörten zum Personenverkehrs, 50,5% zum Güterverkehr. Bei einer durchschnittlichen täglichen Verkehrsstärke 2003 auf den Autobahnen von rd. 48.900 Kraftfahrzeugen insgesamt (in- und ausländische) ergab sich ein Anteil ausländischer Kraftfahrzeuge von 8%. Der Güterverkehr lag 2003 auf den Autobahnen insgesamt bei 9.220 Kfz/24h, 22% dieser Fahrzeuge hatten ein ausländisches Kennzeichen. Von den ausländischen Güterkraftfahrzeugen waren rd. 78% Lastzüge (Lkw >3,5 t zul. Gesamtgewicht mit Anhänger und Sattelkraftfahrzeuge). Lieferwagen und Lkw ohne Anhänger waren mit Anteilen von jeweils 11% in nur geringem Maße am Güterverkehr ausländischer Kraftfahrzeuge beteiligt. Den höchsten Anteil an den ausländischen Kraftfahrzeugen auf den Autobahnen hatten 2003 Fahrzeuge niederländischer Nationalität mit 25%, gefolgt von polnischen Fahrzeugen mit 14% und österreichischen Fahrzeugen mit 9%. Der vorliegende Bericht erläutert das Erhebungs- und Hochrechnungsverfahren, außerdem sind verschiedene Statistiken zu den Jahresfahrleistungen und den DTV-Werten der ausländischen Kraftfahrzeuge auf den Autobahnen sowie die Einzelergebnisse für Streckenabschnitte der Autobahnen und Europastraßen aufgeführt. Die Veränderungen gegenüber der ersten Zählung 1998 sind ebenfalls angegeben.