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Überpruefung der Befahrbarkeit innerörtlicher Knotenpunkte mit Fahrzeugen des Schwerlastverkehrs
(2014)
Das übergeordnete Ziel bestand in einer vertieften Analyse der vorliegenden Defizite bzgl. der Befahrbarkeit von plangleichen Knotenpunkten innerhalb und im Vorfeld von bebauten Gebieten. Darüber hinaus standen auch die Prüfung der Bemessungsfahrzeuge des Schwerverkehrs sowie die Prüfung ausgewählter plangleicher Knotenpunkte im Fokus der Untersuchungen. Im Rahmen einer Online-Befragung von ca. 250 Dienststellen von Straßenbaubehörden in Ländern und Kommunen konnten nur wenige Probleme bei der Befahrbarkeit von plangleichen Knotenpunkten innerhalb und im Vorfeld von bebauten Gebieten ermittelt werden. Der Kreisverkehr ist der am häufigsten betroffene Knotenpunkttyp. Häufig führt auch die falsche Wahl des Bemessungsfahrzeugs zu Problemen bzgl. der Befahrbarkeit. Eine grundlegende, für Schäden an Knotenpunkten verantwortliche, Veränderung der Fahrzeugabmessungen in den letzten 15 Jahren konnte für die Fahrzeuge des Schwerverkehrs nicht ermittelt werden. Auffällig ist jedoch für die Fahrzeuggruppe der Lastzüge der deutlich gestiegene Anteil von Lastzügen mit Zentralachsanhänger. Im Rahmen der Neudefinition von Bemessungsfahrzeugen des Schwerverkehrs wurde dieser Fahrzeugtyp daher berücksichtigt. Der Vergleich der praktisch durch Fahrversuche ermittelten Schleppkurven mit den theoretisch mittels Schleppkurvensimulationen erzeugten Schleppkurven zeigt nur sehr geringe Abweichungen. Schleppkurvensimulationen stellen somit bei richtiger Anwendung ein geeignetes Mittel zum Nachweis der Befahrbarkeit von Knotenpunkten dar. Die auf Basis der Fahrversuche durchgeführten vergleichenden Betrachtungen zeigten deutlich, dass verschiedene Leitlinien für unterschiedliche Fahrzeuge, Geschwindigkeiten und Fahrmanöver gewählt werden. Es zeigte sich jedoch auch, dass für bestimmte Fahrzeugkombinationen (Sattelzug mit Liftachse, Sattelzug mit verlängertem Auflieger) und Fahrmanöver nur ein kleiner "Korridor" für eine problemlose Befahrung zur Verfügung steht. Abweichungen hiervon führen dann in der Praxis häufig zu Schäden. Die Untersuchungen haben auch gezeigt, dass für eine Aussage bzgl. der Befahrbarkeit ein Schleppkurvennachweis unbedingt erforderlich ist. Allein der Nachweis der Befahrung des BO-Kraftkreises reicht hierfür nicht aus. Für selten auftretende Fahrzeugtypen bzw. Fahrzeugkombinationen gilt es abzuwägen, ob durch geeignete entwurfstechnische Maßnahmen die Befahrbarkeit verbessert werden kann, ohne die Verkehrssicherheit negativ zu beeinflussen.
Zur Zustandsbeurteilung von Brückenfahrbahnplatten ist es wichtig, die Feuchte und den Salzgehalt des bewehrten Betons zu kennen. Üblicherweise wird die Versalzung mittels Potenzialmessung bestimmt und durch Laboranalyse von Proben verifiziert. Diese Methode erfordert aber das Entfernen des Fahrbahnbelags. Um eine zerstörungsfreie Bestimmung des Betonzustandes und des Salzgehaltes des Betons mit einem fahrzeugbasierten Messsystem von der Fahrbahn aus durchführen zu können, wurde eine Kombinationsmethode aus Georadar und Magnetfeldmessung entwickelt. Ermittelt man die komplexe Dielektrizitätskonstante (DK) des Baustoffs im Mikrowellen-Bereich, so ist es möglich, über entsprechende Kalibrationskurven seine Feuchte und seinen Salzgehalt abzuleiten. Mit einem 1 GHz-Bodenradar wird die Laufzeit der elektromagnetischen Wellen von der Fahrbahnoberfläche bis zur oberflächennahen Bewehrung bestimmt. Die Tiefe dieser Bewehrungsstähle wird unabhängig durch eine magnetische Gleichfeld-Methode ermittelt. Nach Aufmagnetisierung werden mehrere Gradientenkomponenten des statischen magnetischen Feldes der Bewehrungsbügel gemessen und daraus die Bügeltiefe berechnet. Diese magnetische Tiefenbestimmung ist unabhängig von den dielektrischen Eigenschaften der dazwischen befindlichen Materialien. Durch Vergleich der Radar-Laufzeit mit der magnetisch gemessenen Tiefe lässt sich der Realteil der effektiven DK des überdeckenden Betons bestimmen. Die Analyse der reflektierten Radar-Amplitude erlaubt eine Abschätzung des Salzgehaltes. Zusätzlich wurde ein dielektrischer Resonator für die Feuchte- und Salzgehaltmessung von Baustoffen entwickelt, der aus einer zylindrischen Mikrowellenkeramik hoher DK in einem halboffenen Metallgehäuse besteht. Aus der Messung der Resonanzfrequenz und der Güte beim Aufbringen des Resonators auf den Baustoff lässt sich sein Feuchte- und Salzgehalt ableiten. Die an Beton-Probekörpern bekannter Feuchte und Versalzung durchgeführten experimentellen Untersuchungen bestätigten die Erwartungen. Ein Radar-Magnet-Messwagen wurde entwickelt und auf zwei Brückenbauwerken erfolgreich erprobt. Die effektive komplexe DK konnte gut bestimmt werden.
Untersuchungsgegenstand des Forschungsprojektes war die Überprüfung der aktuellen Grenzwertkriterien in Deutschland zur Identifizierung von Unfallhäufungen im Straßennetz. Nach Analyse des IST-Zustandes und der Bestimmung von Defiziten wurden alternative Grenzwertkriterien mit dem Ziel eines optimierten Einsatzes von Ressourcen im Bereich der Örtlichen Unfalluntersuchung überprüft. Auf Grundlage dieser Erkenntnisse erfolgte die Ableitung von Empfehlungen für zukünftige Grenzwertkriterien. Insgesamt wurden verschiedene Grenzwertkriterien getrennt für die Ortslagen innerorts, außerorts (ohne BAB) und Bundesautobahnen mittels einer umfangreichen Unfalldatenauswertung untersucht. Als Untersuchungsgebiete dienten außerorts Bereiche von Bundesländern (Sachsen) oder ganze Bundesländer (Bayern, Rheinland-Pfalz) sowie innerorts Städte verschiedener Größe (Großstädte über 100.000 E, Mittelstädte mit 30.000 bis 100.000 E sowie Durchfahrten von Ortschaften unter 30.000 E) aus vier Bundesländern. Die Untersuchungen lassen sich in folgenden Ergebnissen zusammenfassen:- Bei der Bestimmung der unfallauffälligen Stellen (UAS) mit gleichartigen Unfällen werden ortslagenunabhängig nahezu alle UAS durch die Gleichartigkeit des Unfalltyps identifiziert. Durch die Berücksichtigung von Unfallumständen wie z.B. die Verkehrsbeteiligung werden kaum zusätzliche Stellen erkannt. - Bei der parallelen Betrachtung der drei aktuellen Auswertungszeiträume (1-Jahreskarte, 3-Jahreskarte (P) und 3-Jahreskarte (SP)) wurde festgestellt, dass ein Großteil der UAS, die in der 3-Jahreskarte (SP) auffällig sind, auch in der 3-Jahreskarte (P) als auffällig identifiziert werden. - Die zeitliche Stabilität, d.h. das wiederholte Auftreten eines unfallauffälligen Bereiches in zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Betrachtungszeiträumen, erreicht gemessen am Anteil an allen unfallauffälligen Bereichen in einem Ausgangszeitraum weder bei den UAS noch bei den unfallauffälligen Linien (UAL) eine zufriedenstellende Größenordnung. - Aus den unterschiedlichen Kriterien für die Optimierung von Grenzwerten nach einem ausgewogenen Verhältnis von Aufwand und Nutzen resultieren zum Teil unterschiedliche Ergebnisse. Bei der Empfehlung neuer Grenzwerte wurde darauf geachtet, dass bei Anwendung des Grenzwertes mindestens 10% des Gesamtunfallgeschehens im jeweiligen Betrachtungszeitraum bearbeitet werden. Die Empfehlungen beinhalten für die Identifizierung von unauffälligen Bereichen insbesondere Vorschläge zu geeigneten Betrachtungszeiträumen, räumlichen Abgrenzungen von unfallauffälligen Bereichen sowie der Angabe optimierter Grenzwerte differenziert nach Ortslage und Betrachtungszeitraum.
Im Rahmen des Forschungs- und Entwicklungsvorhabens werden Überwachungskonzepte, die tragfähigkeitsrelevante Verstärkungen von Brückenbauwerken aus Beton dauerhaft überwachen und beurteilen sollen, entwickelt. Die praktische Umsetzung des Konzeptes erfolgt anhand einer Pilotanwendung. Die konzeptionellen Arbeitsschritte umfassen die Vorstellung der tragfähigkeitsrelevanten Verstärkungsverfahren, die sich in der Praxis bewährt haben. Diese werden zusammengestellt und hinsichtlich der Anforderungen und Bedingungen für eine geeignete Überwachung analysiert. Daran anschließend werden die für eine Dauerüberwachung von Verstärkungsmaßnahmen geeigneten Sensoren dargestellt und für die wesentlichen Verstärkungsverfahren in Diagrammen zusammengefasst. Den Kernpunkt des Überwachungssystems stellt die Merkmalsextraktion und Diagnose aus den Messdaten dar. Dazu werden das Leistungsspektrum und die Unterschiede physikalischer und nichtphysikalischer Modelle unter Angabe von Vor- und Nachteilen analysiert. Auf der Grundlage der vorherigen Arbeitsschritte wird ein geeignetes Überwachungskonzept für die konkrete Umsetzung entwickelt und im Anschluss an der Talbrücke Germinghausen im Zuge der BAB 45 umgesetzt. Die Beurteilung der Funktion und Zuverlässigkeit des Überwachungssystems erfolgt dabei anhand der Wirksamkeit der vorhandenen Stahllaschen, der Effektivität bzw. Wirksamkeit der zusätzlichen externen Vorspannung, des Einflusses der zusätzlichen externen Vorspannung auf die vorhandenen Stahllaschen, sowie der dauerhaften Funktionsfähigkeit der zusätzlichen externen Vorspannung. Die Grundlage der Messdatenanalyse bildet der Vergleich von Messwerten innerhalb definierter Referenzzustände vor und nach der Verstärkung auf Basis der Regressionsanalyse. Insgesamt kann mit der Pilotanwendung gezeigt werden, dass sich das im Vorfeld erarbeitete Konzept unter Berücksichtigung der dargestellten Randbedingungen und vorgenommenen Anpassungen als geeignete Methode zur Überwachung und qualitativen Bewertung der Verstärkungsmaßnahme bewiesen hat.