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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.
Die Bundesregierung hat zum 01.01.2012 einen deutschlandweiten Feldversuch mit Lang-Lkw gestartet. Die dafür erforderliche verkehrsrechtliche Grundlage wurde durch die LkwÜberl-StVAusnV gegeben. Untersuchungsansätze der begleitenden Forschung sind vermutete Auswirkungen auf die Verkehrssicherheit, den Verkehrsablauf, die Verkehrsqualität und geänderte Anforderungen an die geometrische Gestaltung der Verkehrsanlagen. Solche Auswirkungen sind z.B. für Rampen in planfreien Knotenpunkten, Rampen und plangleiche Teilknotenpunkte in Anschlussstellen, Nothaltebuchten in Tunneln und Parkstände auf Rastanlagen zu erwarten. Ziel der Untersuchung war es, diesbezüglich Erkenntnisse und Erfahrungen im Realbetrieb mit Lang-Lkw zu sammeln. Im Rahmen der Untersuchung wurden Fahrverhalten, Flächenbedarf und die Fahrgeometrie von Lang-Lkw erfasst. Die Untersuchungsmethodik umfasste u. a. Kameraaufzeichnungen am Lkw und photogrammetrische Vermessungen der Fahrlinien (der ueberstrichenen Flächen). Durch Verfolgungsfahrten und Spurhaltemessungen mittels Laserscanner wurden Lang-Lkw konventionellen Lkw vergleichend gegenübergestellt. Die Messungen ergaben, dass Lang-Lkw in (indirekten) Rampen, Ein- und Ausfädelungsstreifen und Verflechtungsstrecken keine Auffälligkeiten aufwiesen. Dagegen nutzten sie bei Einbiegevorgängen an Knotenpunkten in Anschlussstellen die Bewegungsspielräume aus und überfuhren benachbarte Fahrstreifen. In Tunnelnothaltebuchten konnten 25,25 m lange Fahrzeugkombinationen nicht einparken. Das Befahren von Schraegparkständen konnte nur unter Mitbenutzung benachbarter Parkstände erfolgen.
Für die Förderung des Radverkehrs in Städten ist ein attraktives und sicheres Radverkehrsnetz unabdingbar. Dabei gewinnt die Führung des Radverkehrs im Mischverkehr auf Hauptverkehrsstraßen sowie insbesondere Schutzstreifen als Form der Führung im Mischverkehr zunehmend an Bedeutung. Mit einem Schutzstreifen wird dem Radfahrer auf der Fahrbahn eine Fläche zur Verfügung gestellt werden, die von anderen Fahrzeugen nur bei Bedarf und ohne Gefährdung des Radverkehrs befahren werden darf. Erstes Ziel des Forschungsvorhabens war es, das Gefährdungspotenzial für Radfahrer auf Hauptverkehrsstraßen im Mischverkehr mit und ohne Schutzstreifen zu bestimmen. Das zweite Ziel war die Bewertung der Einflüsse von Radverkehr im Mischverkehr mit und ohne Schutzstreifen auf die Leistungsfähigkeit und die Verkehrsqualität von Straßenabschnitten. Im Rahmen der Bearbeitung wurde der Erkenntnisstand zur Radverkehrsführung im Mischverkehr recherchiert und aufbereitet. Dazu gehörte auch eine Kommunalrecherche zur aktuellen und zukünftig geplanten Anwendung von Schutzstreifen. Für die Bestimmung des Gefährdungspotentials erfolgte eine Verkehrssicherheitsanalyse durch die Auswertung von Unfalldaten. Die Auswertungen erfolgten für definierte Querschnittstypen. Gleichzeitig wurde das Verkehrsverhalten anhand von Videobeobachtungen auf Strecken mit und ohne Schutzstreifen analysiert. Dazu wurden u.a. Geschwindigkeiten von Kfz- und Radverkehr sowie Überholvorgänge und Abstände erfasst und ausgewertet. Die Videobeobachtungen erfolgten sowohl an zweistreifigen als auch an vierstreifigen Strecken. Da nicht alle denkbaren Verkehrsmengenkonstellationen beobachtet werden konnten, wurde aufbauend auf den Erhebungsdaten eine mikroskopische Simulation durchgeführt, bei der die Verkehrsqualität mit Radeinfluss auch für gegenwärtig nicht beobachtbare Verkehrsstärken von Kfz- und Radverkehr bestimmt wurde. Im Ergebnis werden das Unfallgeschehen und Einflussfaktoren auf das Unfallgeschehen für Radverkehrsführungen im Mischverkehr mit und ohne Schutzstreifen bewertet. Für die verschiedenen untersuchten Querschnittstypen werden die wesentlichen Einflussfaktoren auf die Verkehrsqualität benannt und teilweise quantifiziert. Für den Kfz-Verkehr wurden Qualitätsstufen für die Querschnittstypen und Verkehrsstärkenkombinationen Kfz-Rad entsprechend der HBS-Kategorisierung ermittelt.
Mit der Einführung der "Richtlinien für die Anlage von Landstraßen" (RAL, 2012) soll in Deutschland ein weiterer Beitrag zur Erhöhung der Verkehrssicherheit geleistet werden. Durch standardisierte, wieder erkennbare und voneinander unterscheidbare Typen von Landstraßen wird das Ziel verfolgt, dem Kraftfahrer eine für die Netzfunktion einer Landstraße angemessene Fahrweise zu verdeutlichen. Auf den schmalen Straßen mit nahräumiger Verbindungsfunktion sind dafür statt der bisher gebräuchlichen Fahrbahnbegrenzungen (Zeichen 295, StVO) und der Leitlinie in Fahrbahnmitte (Zeichen 340, StVO) seitlich vom Rand der befestigten Fläche abgesetzte Leitlinien vorgesehen, die im Begegnungsfall bei Bedarf überfahren werden können. Die optisch verengte Fläche zwischen diesen Leitlinien und das Fehlen einer Leitlinie in Fahrbahnmitte sollen dem Kraftfahrer signalisieren, dass im Begegnungsfall erhöhte Aufmerksamkeit geboten ist. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, Empfehlungen zur Querschnittsgestaltung und zur zweckmäßigen Art der Markierung für derartige Nahbereichsstraßen zu geben. Die Untersuchungsmethodik umfasst sowohl Untersuchungen zum Fahrverhalten im Fahrsimulator als auch auf Messstrecken in Nordrhein-Westfalen und in Sachsen sowie Untersuchungen zum Gefährdungspotenzial des Radverkehrs als auch Vorher-/Nachher-Unfalluntersuchungen. Die Linienführung der ausgewählten Messstrecken wurde für den Vorher-/Nachher-Vergleich des Fahrverhaltens im Fahrsimulator nachgebildet. Dabei wurden verschiedene Variationen aus Querschnittsbreite, Fahrstreifenaufteilung und Markierungsformen simuliert, um eine Vorzugsvariante für die Umsetzung auf den Messstrecken zu ermitteln. Neben der Auswertung des Fahrverhaltens der Probanden wurden diese zur Akzeptanz der einzelnen Varianten befragt. Ergebnis der Untersuchungen im Fahrsimulator ist eine generelle Präferenz der Probanden zu seitlichen Leitlinien, die einen Meter vom Rand der befestigten Fläche abgesetzt sind. Diese bewirken beim Befahren ohne Gegenverkehr einen höheren Abstand zum befestigten Fahrbahnrand. Unterbrochene Leitlinien zeigen darüber hinaus eine geschwindigkeitsreduzierende Wirkung, die bei einem Strich-Lücke-Verhältnis von 1:1 am größten ist. Ausgehend von diesen Ergebnissen wurden in Abhängigkeit von den befestigten Breiten auf den Messstrecken verschiedene Varianten markiert und deren Wirkung durch einen Vergleich des Spur- und Geschwindigkeitsverhaltens vor und nach Umsetzung der Maßnahme überprüft. Die Untersuchung zum Spurverhalten zeigte, dass die Kraftfahrer ohne Gegenverkehr einen größeren Abstand zum befestigten Rand halten. Die Messungen zeigen ferner, dass die Kraftfahrer rechtzeitig vor der Begegnung mit anderen Fahrzeugen die seitlichen Leitlinien überfahren; Konflikte mit dem Gegenverkehr wurden dabei nicht beobachtet. Bei vorhandenem Radverkehr konnten ebenfalls keine Konflikte festgestellt werden. Die Kraftfahrer halten genügend Abstand während des Überholvorganges zum Radfahrer ein. Die Erwartung, dass die neue Art der Markierung zu geringeren Fahrgeschwindigkeiten führen könnte, hat sich abweichend von Ergebnissen anderer Forschungsarbeiten bei dieser Untersuchung nicht bestätigt. Es wurden im Vergleich zum Vorher-Zustand annähernd identische Geschwindigkeiten gemessen. Dass sich die Geschwindigkeiten kaum verändern, spiegelt sich letztendlich auch im Unfallgeschehen wider. Im Rahmen des Vorher-/ Nachher-Unfallvergleiches konnten keine signifikanten maßnahmebedingten Änderungen des Unfallgeschehens festgestellt werden. Zusammenfassend können aufgrund der vom Kraftfahrer bei der Alleinfahrt gewählten größeren Abstände zum Rand der befestigten Fläche und der bei Gegenverkehr rechtzeitig eingeleiteten Ausweichmanöver die vom befestigten Rand abgesetzten "überfahrbaren" Leitlinien empfohlen werden.
Derzeit beruht das Erhaltungsmanagement von Brücken vornehmlich auf turnusmäßigen visuellen Bauwerksprüfungen. Schäden werden häufig erst entdeckt, wenn sie offensichtlich sind - was unwirtschaftlich ist. Schäden und kritische Reaktionen des Bauwerks kündigen sich allerdings oftmals schon im Inneren der Struktur, in nicht einsehbaren Bereichen und durch die tatsächlich vorliegenden, aber oft nicht genau bekannten Einwirkungen auf das Bauwerk an. Bestands- und Neubau-Brücken sollten daher in der Lage sein, bereits frühzeitig und ergänzend zu den Bauwerksprüfungen Auskunft über ihren Zustand und dessen Entwicklung geben zu können. Benötigt werden hierzu flexible und modular anpassbare Systeme zur messtechnischen Unterstützung in und am Bauwerk, differenzierte Bewertungsverfahren und ein entsprechend erweitertes Erhaltungsmanagement. Hinsichtlich einer messtechnischen Instrumentierung am Bauwerk sind zum einen leistungsfähige und dauerhafte Sensorik zur Erfassung von Einwirkungen und Bauteilreaktionen an diesem sowie zum anderen eine intelligente Messdatenverarbeitung zur Plausibilisierung, Fusion, Interpolation und Reduktion von Sensordatenströmen vor Ort erforderlich. Der Beitrag fasst im Rahmen aktueller Forschung untersuchte Ansätze und Realisierungsmöglichkeiten zur Sensordatenanalyse und -überwachung - wie sie insbesondere zur Sicherstellung belastbarer, stark fehlerminimierter Zustandsinformationen erforderlich sind - unter praktischen Gesichtspunkten einer Umsetzung bei der Überwachung von Brückenbauwerken zusammen. Verschiedene Verfahrensansätze werden hinsichtlich Einsatzbereich, Aufwand und Nutzen diskutiert. Die gewonnenen Erkenntnisse sind von allgemeiner Bedeutung und daher auf andere Bereiche des Erhaltungsmanagements von Infrastruktur übertragbar.
Das Merkblatt zur Verbesserung der Verkehrssicherheit auf Motorradstrecken (MVMot (FGSV, 2007)) gibt bereits Hilfen zur Bestimmung unfallauffälliger Bereiche von Motorrädern auf Landstraßen. Bisher existiert aber kein Merkblatt, welches den Bereich innerhalb geschlossener Ortschaften abdeckt, obwohl etwa 2/3 der Unfälle mit Personenschaden unter Beteiligung motorisierter Zweiradfahrer (MZR) innerorts stattfinden (DESTATIS, 2012). Mit Hilfe theoretischer Ansätze werden geeignete Grenzwerte entwickelt, um unfallauffällige Bereiche (UAB) für MZR im Innerortsbereich zu erkennen und abzugrenzen. Neben der Bestimmung eines Grenzwerts über die absolute Anzahl an Unfällen unter Beteiligung von MZR wurde auch der Ansatz über den Relativanteil an allen Unfällen in einer Unfallhäufungsstelle (UHS nach M-Uko (FGSV, 2012)) gewählt. Die theoretischen Überlegungen zur Grenzwertbestimmung basieren auf einer Optimierung des Aufwands an zu bearbeitenden UAB im Hinblick auf den Nutzen, bestehend aus den dadurch bearbeiteten Unfällen. Aus typischen Unfallkonstellationen und Defiziten in den bestimmten UAB wurden typische Unfallkonstellationen abgeleitet. Spezielle Defizite einer Unfallkonstellation ergaben sich aus der Analyse der Örtlichkeit und der Unfalltexte. Den Defiziten wurden geeignete Maßnahmen gegenübergestellt und in einem Maßnahmenkatalog zusammengefasst. Unter Verwendung multivariater statistischer Modelle wurden Wirkungen einzelner (stetiger) Größen auf das Unfallgeschehen bzw. die Beschreibung systematischer Auswirkungen einzelner (kategorialer) Merkmale beschrieben. Es wurden sowohl Streckenmodelle als auch Knotenpunktmodelle des Hauptstraßennetzes entwickelt, die sich in ihrer Vorfahrtsregelung und Knotenpunktform unterscheiden. Es wurden nur für Elemente des Straßennetzes mit Angaben zur Verkehrsstärke Modelle erstellt. Modelle für Knotenpunkte, an denen die Verkehrsbelastung bekannt ist, konnten zwischen 60-70 % der systematischen Varianz der Unfallhäufigkeit beschreiben. Der Großteil ist allein auf den Einfluss der Verkehrsstärken auf der Haupt- und Nebenrichtung zurückzuführen. Weitere Unterschiede in der Unfallhäufigkeit werden durch den systematischen Einfluss von Straßenbahngleisen, Fußgängerquerungen in Geschäftsstraßen (Anzahl der Dienstleistungen im Umfeld als Stellvertretervariable) und den Zustand der Fahrbahnoberfläche (Anzahl der Haltstellen im Umfeld als Stellvertretergröße für Spurrillen) erklärt. An Strecken ergeben sich die Unterschiede der Unfallhäufigkeit zusätzlich aus variierenden Streckenlängen. Die Untersuchung der UAB zeigte folgende häufig auftretende Defizite: - spitzwinklige Befahrung von Straßenbahngleisen, - fehlende Sicht, - Spurrillen, - Kreisverkehrszufahrten am Ortseingang nach Innerortsstandard, - schlecht erkennbare Wartepflicht, - Griffigkeitswechsel (Bitumenvergüsse, großflächige Bodenmarkierungen), - hohe Geschwindigkeiten, - plötzliche Bremsvorgänge. Für häufig vorkommende Unfallkonstellationen können anhand des Maßnahmenkatalogs auf typische sicherheitsrelevante Defizite innerorts hingewiesen werden und situationsgerechte und wirkungsvolle Maßnahmen vorgeschlagen werden.
Der vorhandene Parkraum für Lkw an BAB deckt derzeit nicht den tatsächlichen Bedarf. Um die Kapazität von Parkierungsanlagen zu erhöhen, kommen neben dem konventionellen Neu-, Um- oder Ausbau von Rastanlagen auch telematische Systeme in Betracht. So genannte "besondere Parkverfahren" ermöglichen für den Lkw-Verkehr eine optimierte Nutzung der verfügbaren Flächen und damit eine Kapazitätserhöhung auf den Rastanlagen. Derzeit sind grundsätzlich zwei Verfahren bekannt. Beim "Kolonnenparken" wird den Fahrern auf Basis ihrer eingegebenen gewünschten Abfahrtzeit an einem Terminal und der Länge des Fahrzeuges nach Möglichkeit ein freier Parkstand durch das Steuerungsverfahren zugewiesen. Beim "Kompaktparken" sollen ankommende Fahrzeugführer in der Parkstandsreihe parken, über der mittels dynamischer Anzeige die für sie passende Abfahrtzeit angezeigt wird. Besondere Parkverfahren scheinen nach den bisher gewonnenen Erfahrungen und Erkenntnissen prinzipiell dazu geeignet zu sein, die Kapazität einer Rastanlage zu erhöhen. Ziel dieser Untersuchung ist es, eine Methode zur Wirtschaftlichkeitsbewertung der besonderen Parkverfahren im Vergleich zum konventionellen Ausbau zu entwickeln. Hierzu werden ein Bewertungsverfahren und ein Berechnungstool realisiert, welches eine Bewertung der Kosten- und Nutzen-Komponenten besonderer Parkverfahren im Vergleich zum konventionellen Um-, Aus- oder Neubau einer Rastanlage einfach ermöglicht. Das entwickelte Bewertungsverfahren war Grundlage für die Erstellung eines auf einer Tabellenkalkulation basierenden Berechnungstools zur Anwendung durch entsprechend mit den planerischen Grundlagen und der Projektspezifik vertrautes Fachpersonal. Durch das Berechnungstool wird die Kostenerfassung einerseits und die Nutzenquantifizierung andererseits formalisiert abgehandelt und präsentiert. Dieses Tool wurde anhand von Anwendungsbeispielen evaluiert.