Sonstige
Filtern
Erscheinungsjahr
Dokumenttyp
- Konferenzveröffentlichung (49)
- Buch (Monographie) (29)
- Wissenschaftlicher Artikel (4)
- Teil eines Buches (Kapitel) (2)
- Bericht (2)
Schlagworte
- Simulation (86) (entfernen)
Hauptverkehrsstraßen sind in der Regel Bestandteil überörtlicher Straßennetze, bilden aber gleichzeitig auch wichtige städtebauliche und stadtverkehrliche Achsen und befinden sich somit in einem Spannungsfeld zwischen den Funktionen aus dem Verbindungsbedarf von Orten und Ortsteilen und der Erschließungsfunktion aus dem städtebaulichen Zusammenhang mit angrenzenden baulichen und sonstigen Umfeldnutzungen. Für die Netzkapazität sind in erster Linie die Knotenpunkte gleichrangiger Hauptverkehrsstraßen maßgebend, da hier Straßen mit gleicher Verbindungsbedeutung und entsprechend hohen Verkehrsstärken zusammentreffen. Die Qualität des Verkehrsablaufs auf den Streckenabschnitten zwischen diesen Knotenpunkten ist dagegen in starkem Maße durch die im Straßenraum jeweils festzustellenden Nutzungsbilder geprägt. Die Verkehrs- und die Verbindungsqualität innerörtlicher Hauptverkehrsstraßenzüge und damit auch -netze sind somit nicht nur von den Knotenpunkten, deren Abständen sowie dem Ausbau und der lichtsignaltechnischen Steuerung (besonders bedeutsam ist in diesem Zusammenhang deren Koordinierungsqualität), sondern auch von den dazwischen liegenden Streckenabschnitten und deren Erschließungsfunktion abhängig. Zielsetzungen dieses Forschungsvorhabens sind zum einen die Erarbeitung differenzierter Qualitätsstufenkonzepte für den Kraftfahrzeug- und den Stadt-/Straßenbahnverkehr zur Bewertung des Verkehrsablaufs auf Streckenabschnitten von Hauptverkehrsstraßen mit straßenbündigen Bahnkörpern (Teil 1) und zum anderen die Ermittlung eines Verfahrens zur Bestimmung der Verkehrs- und Verbindungsqualitäten in städtischen Hauptverkehrsstraßenzügen unter Berücksichtigung der Verkehrsqualitäten der Einzelanlagen und eventueller Netzeffekte (Teil 2). Im hier vorliegenden Teil 1 wird das bereits in vorhergehenden Forschungsvorhaben entwickelte Verfahren zur Bewertung der Kraftfahrzeugverkehrsqualität in Streckenabschnitten auf Abschnitte mit straßenbündigen Bahnkörpern erweitert. Des Weiteren wird ein Verfahren zur Bewertung des Stadt-/Straßenbahnverkehrsablaufs auf Mischverkehrsstrecken entwickelt. Die Verfahren erlauben unterschiedliche Entwurfsvarianten sowie verkehrsorganisatorische Maßnahmen in Streckenabschnitten im Zuge der Neu- bzw. Umgestaltung von Hauptverkehrsstraßen hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Verkehrsqualität zu bewerten. Die Ergebnisse dienen als Grundlage zur Fortschreibung des HBS, die für das Jahr 2009 vorgesehen ist. Gleichzeitig stellen sie einen erforderlichen Input für die Bearbeitung des Teils 2 dar, da erst mit dieser Ergänzung alle relevanten Fahrbahnquerschnitte städtischer Hauptverkehrsstraßen abgedeckt sind, die eine entsprechend umfassende übergreifende Betrachtung des Verkehrsablaufs erlaubt. Der Originalbericht enthält als Anhänge die Geschwindigkeitsprofile der empirisch untersuchten Straßen (Anhang. 1), die Überprüfung des Bestimmungsverfahrens der Einflussbereiche von Knotenpunkten (Anhang 2), Bewertungs- und Simulationsergebnisse (Anhang 3 und 4) sowie zusätzliche Diagramme zur Ermittlung der Qualität des Kraftfahrzeug- und des Stadt- /Straßenbahnverkehrsablaufs (Anhang 5). Auf die Wiedergabe dieser Anhänge wurde in der vorliegenden Veröffentlichung verzichtet. Sie liegen bei der Bundesanstalt für Straßenwesen vor und sind dort einsehbar. Verweise auf die Anhänge im Berichtstext wurden zur Information des Lesers beibehalten.
Hauptverkehrsstraßen sind in der Regel Bestandteil überörtlicher Straßennetze, bilden aber gleichzeitig auch wichtige städtebauliche und stadtverkehrliche Achsen, und befinden sich somit in einem Spannungsfeld zwischen den Funktionen aus dem Verbindungsbedarf von Orten und Ortsteilen und der Erschließungsfunktion aus dem städtebaulichen Zusammenhang mit angrenzenden baulichen und sonstigen Umfeldnutzungen. Für die Netzkapazität sind in erster Linie die Knotenpunkte gleichrangiger Hauptverkehrsstraßen maßgebend, da hier Straßen mit gleicher Verbindungsbedeutung und entsprechend hohen Verkehrsstärken zusammentreffen. Die Qualität des Verkehrsablaufs auf den Streckenabschnitten zwischen diesen Knotenpunkten ist dagegen in starkem Maße durch die im Straßenraum jeweils festzustellenden Nutzungsbilder geprägt. Die Verkehrs und Verbindungsqualität in städtischen Hauptverkehrsstraßenzügen und damit auch netzen sind somit nicht nur von den Knotenpunkten, deren Abständen sowie dem Ausbau und der lichtsignaltechnischen Steuerung (besonders bedeutsam ist in diesem Zusammenhang deren Koordinierungsqualität), sondern auch von den dazwischen liegenden Streckenabschnitten und deren Erschließungsfunktion abhängig. Zielsetzungen dieses Forschungsvorhabens sind - zum einen die Erarbeitung differenzierter Qualitätsstufenkonzepte für den Kraftfahrzeug und den Stadt /Straßenbahnverkehr zur Bewertung des Verkehrsablaufs auf Hauptverkehrsstraßen mit straßenbündigen Bahnkörpern (Teil 1) und - zum anderen die Ermittlung von Verfahren zur Bestimmung der Verkehrs und Verbindungsqualitäten in städtischen Hauptverkehrsstraßenzügen unter Berücksichtigung des Verkehrsablaufs auf/an den Einzelanlagen und eventueller Netzeffekte (Teil 2). Die im hier vorliegenden Teil 2 entwickelten Verfahren zur übergreifenden Bewertung der Verkehrs und Verbindungsqualitäten von Straßenzügen gelten für alle Hauptverkehrsstraßen der Kategorie C III der RAS N(1988) beziehungsweise der Kategorie HS III der RIN (2008). Des Weiteren wurden angepasste Stufen der verbindungsbezogenen Angebotsqualität abgeleitet, die eine praxisgerechte Beurteilung der Erreichbarkeitsqualität in innerörtlichen Straßennetzen ermöglichen. Die Ergebnisse dienen als Grundlage zur Fortschreibung des HBS, die für das Jahr 2009 vorgesehen ist. Darüber hinaus sollen sie dazu dienen, Diskussionen zur Netzgestaltung zu objektivieren.
An fünf Forschungseinrichtungen wurden statische und dynamische Versuche durchgeführt, um mit den Ergebnissen ein neues Stoffmodell für Asphalt zu validieren. Zur Untersuchung des Verformungswiderstandes wurden neben Triaxialversuchen mit dynamischer Radialspannung auch Versuche in dem Spurbildungsgerät durchgeführt. Diese Untersuchungen wurden durch Spurbildungsversuche an Ausbauplatten im Großmaßstab mit praxisgerechten Reifen ergänzt. Das Ermüdungsverhalten wurde mittels einaxialer Zug-Schwell-Versuche sowie dynamischer Spaltzugversuche untersucht. Sowohl die dynamischen Spaltzugversuche als auch die einaxialen Zug-Schwell-Versuche sind geeignet, das Ermüdungsverhalten von Asphalt zu untersuchen. Die aus einer Versuchsstraße entnommenen Probekörper wiesen große Unterschiede im Hohlraumgehalt auf, die zu relativ hohen Streuungen der Ergebnisse der Versuche führten. Die Zug-Schwellversuche wurden bei Temperaturen zwischen "15 -°C, -2,5 -°C sowie +10 -°C und die Spaltzugversuche bei "5 -°C, +5 -°C und +20 -°C durchgeführt. Durch Variationen der Prüfbedingungen in den dynamischen Spaltzugversuchen wurde festgestellt, dass das Aufbringen einer Unterlast zur Simulation kryogener Unterspannungen zu einer deutlichen Reduzierung der Resistenz gegenüber Ermüdung führt. Weiterhin konnten Einflüsse durch verschiedene Lastimpuls- und Lastpausenlängen auf das Ermüdungsverhalten nachgewiesen werden. Bei der Ermittlung der statischen Zugfestigkeit und des Elastizitätsmoduls wurden unterschiedliche Aussagen der beiden Versuchsarten festgestellt. Der unterschiedliche Spannungszustand in den Versuchen hat einen großen Einfluss auf die ermittelten Parameter. Mit dem an Hand der Ergebnisse der axialen Zug-Schwell-Versuche validierten Stoffmodell konnte der komplexe Beanspruchungszustand im Spaltzugversuch erfolgreich simuliert werden.
Um das oft komplexe Zusammenwirken von einzelnen betriebstechnischen Einrichtungen zur Detektion von Brandereignissen und Steuerung der Lüftung sowie den übrigen sicherheitstechnischen Systemen überprüfen zu können, werden nach ZTV-ING im Rahmen der Abnahme Funktionsprüfungen gefordert, indem Brände simuliert und die zu prüfenden Größen messtechnisch erfasst werden. Reale Brandversuche in Straßentunnel sind jedoch unter dem Aspekt der Wirtschaftlichkeit und des notwendigen technischen Aufwandes zur Erfassung der interessierenden Branddaten und zum Schutz der betriebstechnischen Einrichtungen sowie des Bauwerkes in der Anzahl der Szenarien wie in der Energiefreisetzung begrenzt. Die unter vertretbarem Aufwand erreichbare Brandleistung beträgt zirka 5 MW. Um dennoch Aussagen über das Verhalten des Systems bei höheren Brandleistungen und unterschiedlichen, realen Randbedingungen (Brandorte, Verkehrsbelegung, Windverhältnisse und so weiter.) zu erhalten, sollten Simulationsrechnungen durchgeführt werden können. Diese erlauben eine sehr flexible Modellierung des Tunnels und die Ermittlung sämtlicher relevanter Größen an beliebigen Punkten im Untersuchungsgebiet. Da die Randbedingungen sehr tunnelspezifisch sein können, sind zur Kalibrierung entsprechender Rechenprogramme Eingangswerte aus standardisierten Brandversuchen hilfreich. Ziel der Untersuchung war es daher, mit Hilfe eines geeigneten Rechenprogramms Anforderungen an einen Brandversuch hinsichtlich der notwendigen Daten zur Funktionsüberprüfung und zur Brandhochrechnung zu definieren. Zur Durchführung der Simulationsrechnungen wurde der "Fire Dynamics Simulator" (FDS) verwendet, der über das National Institute of Standards and Technology als 0pen Source-Rechenprogramm erhältlich ist. Grundlage des Rechenprogramms bilden die Gleichungen für die Massen-, Impuls-, Energie- und Stofferhaltung, die im 3-dimensionalen Raum numerisch gelöst werden und als Ergebnis Geschwindigkeits-, Temperatur- und Konzentrationsfelder bereitstellen. Im Rahmen dieser Untersuchung wurden verschiedene Versuchsreihen des Memorial-Tunnel-Fire-Ventilation-Test-Program (MTFVTP) zur Verifizierung der Rechenergebnisse herangezogen. Die vergleichende Gegenüberstellung der einen Brand charakterisierenden Größen Geschwindigkeit und Temperatur ergaben eine überwiegend gute Übereinstimmung der Messwerte aus den Brandversuchen mit den Simulationsergebnissen. Basierend auf den Berechnungen zu den Temperatur- und Geschwindigkeitsverteilungen wurden schließlich unter den Aspekten der Funktionsüberprüfung der betriebstechnischen Einrichtungen und der Erfassung von Eingangsgrößen für Simulationsrechnungen Anforderungen zur Versuchsanordnung, Branddauer, Brandgut und Erfassung der relevanten Messgrößen im Längs- und Querschnitt sowie Anforderungen zu Schutzvorkehrungen abgeleitet. Die Untersuchung hat gezeigt, dass die Definition "eines" Standardbrandversuchs nicht zweckmäßig ist, da die Zielsetzungen sich zu sehr unterscheiden. Dagegen konnten konkrete Grundlagen und Empfehlungen zur Festlegung standardisierter Brandversuche für die gemäß RABT und ZTV-ING vorgesehenen Funktionstests erarbeitet werden. Außerdem konnte gezeigt werden, dass das für die Simulationsrechnungen verwendete Programm FDS derzeit ein adäquates Instrument bildet, nicht nur bezüglich der Simulation von Tunnelbränden unter realen Gegebenheiten und der resultierenden Strömungs- und Temperaturverhältnissen sowie Rauchkonzentrationen, sondern auch in Bezug auf die benötigte Rechner- und Speicherkapazität.
Im vorliegenden Forschungsvorhaben wurden Nutzen und Kosten nicht vollständig signalisierter Knotenpunkte unter besonderer Berücksichtigung der Verkehrssicherheit behandelt. Für sechs ausgewählte Beispielknotenpunkte mit nicht vollständiger Signalisierung wurde der Verkehrsablauf vor Ort beobachtet, in Simulationsmodellen nachgebildet und bei unterschiedlichen Belastungsverhältnissen analysiert. Ein wesentliches Ergebnis der Simulationsuntersuchung war, dass an den Beispielknotenpunkten bei nicht vollständiger Signalisierung der Verkehr bei einer Belastung von bis zu 2.000 Kraftfahrzeuge pro Stunde (Kfz/h) in der Hauptrichtung (Querschnitt) und zwischen 100 Kfz/h bis 300 Kfz/h in der Nebenrichtung mit ausreichender Qualität bedient werden kann. Ein Vergleich mit den Simulationsergebnissen für den unsignalisierten Zustand ergab, dass bei nicht vollständiger Signalisierung der Verkehr deutlich leistungsfähiger abgewickelt werden kann. Durch eine Vollsignalisierung hingegen lassen sich gegenüber der nicht vollständigen Signalisierung in der Regel keine zusätzlichen Kapazitätsreserven mobilisieren. Neben der Verkehrsqualität ist die Verkehrssicherheit das zweite maßgebende Kriterium für die Beurteilung der Knotenpunkte mit nicht vollständiger Signalisierung. Die Verkehrsunfallanalyse erbrachte für die Innerortsknotenpunkte keine Erkenntnisse, die gegen die Einführung einer nicht vollständigen Signalisierung sprechen. Für Außerortsknotenpunkte wird empfohlen, die Untersuchungen zum Thema Verkehrssicherheit auf der Grundlage eines deutlich erweiterten Stichprobenumfangs zu vertiefen. Die nicht vollständige Signalisierung stellt eine kostengünstige Alternative zur Vollsignalisierung dar. Die Investitionskosten für die nicht vollständige Signalisierung liegen bei 35 bis 70 Prozent der Investitionskosten für die Vollsignalisierung. Unter Berücksichtigung der Betriebskosten ergeben sich gegenüber der Vollsignalisierung Einsparungsmöglichkeiten in Höhe von 3.500 - 5.500 Euro/Jahr.
Im Rahmen des vorliegenden Projekts wurden die verschiedenen Steuerungsverfahren einer Koordinierung untersucht. Dabei wurden im Schwerpunkt die festzeitgesteuerte Koordinierung, die verkehrsabhängige Steuerung mit Rahmenzeitplan und die vollverkehrsabhängige Steuerung miteinander verglichen. Zur Erfassung des Standes der Technik wurden Quellenanalysen durchgeführt. Zusätzlich fanden Expertengespräche statt, um auch Erfahrungen aus der Praxis in die Untersuchung einzubeziehen. Dabei stellte sich heraus, dass in der Fachwelt die Meinung vorherrscht, dass eine festzeitkoordinierte Steuerung nicht mehr dem Stand der Technik entspricht, da sie zu unflexibel ist. Um die tatsächliche Wirkung der Steuerungsverfahren zu überprüfen, wurden zehn Straßenzüge durch empirische Messungen und Simulationen untersucht. Die auf den Straßenzügen in der Realität vorhandenen Steuerungen wurden in den Simulationsmodellen exakt nachgebildet und neue Steuerungen wurden entwickelt. Dadurch konnten umfangreiche Vergleiche zwischen vorhandenen und optimierten Steuerungen sowie zwischen verkehrsabhängigen und festzeitgesteuerten Koordinierungen angestellt werden. Die Bewertung der Verfahren erfolgte anhand eines Performance Index, der die Anzahl der Halte und die Wartezeiten in jeder Knotenpunktzufahrt des Netzes berücksichtigt. Die Untersuchungen führten zu dem Ergebnis, dass die verkehrsabhängige Steuerung keineswegs nur Vorteile gegenüber der Festzeitsteuerung hat. Es ergaben sich je nach Verkehrssituation sehr unterschiedliche Qualitäten der Steuerungsverfahren. In der Simulation wurde außerdem deutlich, dass eine vollverkehrsabhängige Steuerung ohne Rahmenplan nicht geeignet ist für die Steuerung eines Straßenzuges. In den deutschen Richtlinien wird bisher kein Verfahren zur Bestimmung der Verkehrsqualität verkehrsabhängiger Steuerungen beschrieben. In dieser Untersuchung wurde zusätzlich zu den Simulationen ein theoretisches Verfahren zur Bewertung verkehrsabhängiger Steuerungen vorgestellt. Aus den so gewonnenen Untersuchungsergebnissen wurden schließlich Kriterien für die Einsatzbereiche der verschiedenen Steuerungsverfahren entwickelt, die eine Entscheidungsfindung zukünftiger Planungsvorhaben erleichtern sollen.