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Zur Ermittlung einer Mehr- oder Minderbeanspruchung des Straßenoberbaus durch Lang-Lkw wurde eine Stichprobe von 1.746 Fahrten im Direktverkehr und 483 Fahrten im kombinierten Verkehr analysiert. Die durchschnittliche Fahrzeuggesamtmasse der Lang-Lkw betrug 32,3 t. Ca. 9 % der Lang-Lkw fuhren überladen. Das Niveau der Überladungen lag jeweils unterhalb 3 t. Die maximale Achslast betrug 11,7 t. Die Achslastverteilung von Lang-Lkw im kombinierten Verkehr weist ein niedrigeres Niveau als für Lang-Lkw im Direktverkehr auf. Im Vergleich zu äquivalenten konventionellen Lkw ergibt sich für Lang-Lkw eine um 5 % niedrigere Anzahl äquivalenter 10-t-Achsen. Der mittlere Achszahlfaktor fA von Lang-Lkw beträgt 7,40. Das Transportvolumen eines Lang-Lkw entspricht rechnerisch dem Transportvolumen von 1,53 äquivalenten konventionellen Lkw. Mit zunehmendem Anteil Lang-Lkw am Gesamtkollektiv Schwerverkehr (bis zu 9 %) ist eine zunehmende, vergleichsweise geringe Reduzierung der B-Zahl nach RStO 12 zu verzeichnen, was in der Regel jedoch nicht zu einem Wechsel in die nächstkleinere Belastungsklasse führen würde. Mittels Dimensionierung nach RDO Asphalt 09 errechnet sich bei Einsatz von Lang-Lkw nach dem Ende einer 30-jährigen Nutzungsdauer der Straßenbefestigung ein geringfügig niedrigerer Ermüdungsstatus, der zu einer marginalen Verlängerung des Nutzungszeitraums führen würde. Der Einsatz von Lang-Lkw würde unter Einhaltung der im Feldversuch definierten fahrzeugtechnischen Vorgaben und zulässigen Grenzwerte für Fahrzeuggesamtgewichte und Achslasten nicht zur Mehrbeanspruchung des Oberbaus von Straßen führen. Die rechnerisch festgestellte Minderbeanspruchung des Oberbaus im Vergleich zu konventionellen Lkw hat nur marginale Bedeutung und würde sich somit in der Praxis kaum spürbar auf die Nutzungsdauer der Straßen auswirken.
Die Erkennung von Sicherheitsdefiziten im Straßennetz erfolgt zurzeit im Wesentlichen im Rahmen der örtlichen Unfalluntersuchungen. Dabei werden überwiegend punktuelle Unfallhäufungen identifiziert und analysiert. Für die Analyse von Straßennetzen wurden mit den "Empfehlungen für die Sicherheitsanalyse von Straßennetzen (ESN)" Verfahren vorgestellt, die für eine netzweite Analyse von Straßen geeignet sind und die Identifikation von Sicherheitsdefiziten in einem größeren Maßstab ermöglichen. Im Rahmen des vorliegenden Projektes wurde eine pilothafte Anwendung der Verfahren nach ESN für das Straßennetz des überörtlichen Verkehrs in Rheinland-Pfalz vorgenommen. Der Fokus der Untersuchung lag auf der Frage, ob und in welchem Umfang mit einer weitestgehend automatisierten Vorgehensweise sowie unter Verwendung der digital verfügbaren Daten eine sinnvolle Anwendung der ESN möglich ist. Die in den Straßendatenbanken geführten Abschnitte erweisen sich jedoch für die Zielsetzung der ESN als zu feingliedrig. Daher wurden vertiefende Untersuchungen zur Abschnittsbildung durchgeführt. Dabei wurden fünf Varianten der Abschnittsbildung betrachtet. Ergänzend zur Abschnittsbildung nach ESN mit mindestens 4 U(SP) pro Abschnitt wurde zusätzlich die zeitliche und räumliche Verteilung der U(P) untersucht. Bei ihrer Verwendung sind insgesamt stabilere Ergebnisse zu erwarten. Der Vergleich der sicherheitspotenziale bei einer Abschnittsbildung nach Netzstruktur mit den Unfallkostenraten von Unfallhäufungslinien zeigt in vielen Fällen Überschneidungen. aufgrund der stabileren Ergebnisse eines längeren Untersuchungszeitraums (1999 bis 2004) wird eine Verlängerung des von den ESN vorgesehenen Untersuchungszeitraums empfohlen. Es ist festzuhalten, dass die ESN-Verfahren eine Vorauswahl von auffälligen Streckenabschnitten liefern, deren Verbesserung zu einer deutlichen Steigerung der Verkehrssicherheit führen könnte. Inwiefern die ermittelten Sicherheitspotenziale tatsächlich durch geeignete Maßnahmen ausgeschöpft werden können, muss durch eine Detailanalyse geprüft werden.
Neben Ermüdungsschäden an orthotropen Fahrbahnplatten sind bei Stahlbrücken auch Schäden an nicht direkt befahrenen Konstruktionsteilen der Quersysteme (Kategorie-3-Schäden) festgestellt worden. Das stetig steigende Verkehrsaufkommen führt zu einer Verschärfung des Problems, so dass die Dauerhaftigkeit betroffener Brückenkonstruktionen auch durch diese Schäden gefährdet wird. Anhand ausgewählter Beispiele aus der Literatur und Praxis der Straßenbauverwaltungen werden Kategorie-3-Schäden systematisch untersucht. Die Erfahrungen werden zusammengestellt, ausgewertet und typisiert. Die wesentlichen Ursachen sind Überbeanspruchungen, ermüdungsanfällige Konstruktionsweisen, mangelnde Ausführungsqualität und Modellierungsfehler bei den Berechnungen. Eine Verknüpfung typischer Schadensbilder mit allgemeinen Ursachen ist in gewissem Umfang möglich, so dass der Bericht eine erste Hilfestellung bei der Behandlung von Kategorie-3-Schäden sein kann. Weiterhin werden ausgeführte und weitere Instandsetzungs- und Ertüchtigungsvarianten an stählernen Balkenbrücken mit Hohlkasten- und offenem Querschnitt in allgemeiner Form mit numerischen FE Berechnungen untersucht, um Vor- und Nachteil herauszustellen. Es zeigt sich, dass eine möglichst gleichmäßige Steifigkeitsverteilung im Aussteifungssystem anzustreben ist. Aber auch mit verkehrsleitenden Maßnahmen wie eine Verlegung der Fahrstreifen ohne Eingriff in das Tragwerk lassen sich die kritischen Beanspruchungen u.U. deutlich reduzieren. Ein besonderes Augenmerk wird in diesem Bericht auf die Bauwerkserhaltungsmaßnahme, vollständig auf aussteifende Verbände zu verzichten, gelegt. Der Formerhalt des Brückenquerschnitts wird dabei ausschließlich über die Rahmenwirkung der Quersysteme realisiert. Umfangreiche numerische Untersuchungen beleuchten die Spannungsänderungen der kritischen Details, aber auch mögliche Umlagerungen im gesamten Tragwerk durch die Änderung des Aussteifungssystems. Weiterhin werden auch experimentelle Untersuchungen angestellt, um die Wirksamkeit und Effizienz dieser Variante zu bewerten. Schließlich werden die untersuchten Ertüchtigungs- und Instandsetzungsvarianten bewertet und es werden allgemeine Empfehlungen zur Behandlung von Kategorie-3-Schäden gegeben.
Die Abgas-Gesetzgebung für Kraftfahrzeuge wurde in den letzten 25 Jahren stetig verschärft. Das Durchschnittsalter der PKW steigt kontinuierlich. Im Jahr 2000 lag dies bei 6,9 Jahren, im Jahr 2011 bei 8,3 Jahren und 2016 bei 9,2 Jahren. Dieser Trend hat auch zu einem Bestandsanstieg bei Fahrzeugen älter 30 Jahren geführt. Es stellt sich daher die Frage, welche Größenordnung diese Fahrzeuge > 30 Jahren bei der Betrachtung der Gesamtemissionen des Straßenverkehrs in der Bundesrepublik in Zukunft einnehmen werden. Aufbauend auf zwei möglichen Szenarien zum zukünftigen Fahrzeugbestand älter 30 Jahren sowie entsprechend abgeleiteten Fahrleistungen wurde der Emissionsbeitrag dieser Fahrzeuge bis zum Jahr 2030 hochgerechnet und modelliert. Zusätzlich wurden Werte für ein größeres Zusammenkommen solcher Fahrzeuge abgeleitet (Oldtimertreffen). Im Rahmen des Vorhabens wurden die limitierten Abgaskomponenten NOX (Stickoxide), HC (Kohlenwasserstoffe), CO (Kohlenmonoxid) und PM (Partikelmasse) betrachtet. Als Ausgangspunkt (2016) wurden 712.000 relevante Fahrzeuge mit einer jährlichen Fahrleistung von 1370 km für die Szenarien angesetzt. Im Ergebnis lässt sich festhalten, dass der Emissionsbeitrag der Fahrzeuge älter 30 Jahren in der Gesamtheit, auch für die späteren Bezugsjahre mit entsprechend höherem Fahrzeugbestand, in Summe pro Abgaskomponente jeweils nur einen einstelligen prozentualen Anteil ausmacht. Bei isolierter Betrachtung der Außerorts-Anteile steigen die Werte jedoch durchaus auch an. Am Tag des modellierten Treffens tragen die Oldtimer zwar maßgeblich zu den Emissionen bei, bezogen auf die durchschnittlichen jährlichen Tageswerte der Emissionskomponenten ergeben sich jedoch auch hier lediglich Veränderungen im unteren einstelligen Prozentbereich.
Das Emissionsmodul des PC-Berechnungsverfahrens zur Abschätzung von verkehrsbedingten Schadstoffimmissionen (MLuS 02) basiert auf dem Handbuch für Emissionsfaktoren des Umweltbundesamtes. Aufgabe war die Berechnungen mit dem neuen Handbuch kompatibel zu machen. Die Aufgabenstellung gliederte sich in 3 Teile: i) Implementierung der neuen Version des Handbuchs in das Emissionsmodul , ii) Umwandlung des Emissionsmodul von ACCESS in Delphi, gleichzeitige Beseitigung von Inkonsistenzen in der Berechnung , iii) Implementierung des neuen Emissionsmoduls, Durchführung von Systemtests und Modifikationen, Aktualisierung des Merkblatts MLuS 02. Bei der Aktualisierung des Handbuches wurden folgende redaktionelle Änderungen vorgenommen: Herausnahme der 98-Perzentile - außer für das NO2 - im tabellarischen Ausdruck, Erstellung eines Installationsprogramms, Aktualisierung des Merkblatts MLuS 02 gemäß der vorgenommenen Fortschreibung. Im Vergleich zur vorherigen Version ergeben sich folgende Änderungen: Eingangsdaten und ihre Klassifizierung: Dem Emissionsmodul wurden bisher per ASCII-Schnittstelle die folgenden Eingangsdaten übergeben: Bezugsjahr, Gebiets-ID, Straßenkategorie-ID, Fahrbahnlängsneigungs-ID, Anzahl der Fahrspuren, DTV, DTV-ID, Lkw-Anteil, Lkw-Anteil-ID, Kraftstoffszenario-ID, Stop+Go-ID, Das Bezugsjahr wurde rückwirkend auf das Jahr 2000 begrenzt, so dass die Gebietsunterscheidung Ost/West entfallen kann. Längsneigungsklassen: Hinsichtlich der Längsneigungsklassen enthält das Modell die in Tabelle2 (siehe Längsneigungsklassen im Abschlussbericht) dargestellte Klassifizierung. Fahrzeugkategorien: Das Emissionsmodul unterscheidet intern folgende Fahrzeugkategorien: Pkw, Leichte Nutzfahrzeuge (Gesamtmasse bis 3,5 t), LNfz genannt, Schwere Nutzfahrzeuge (Gesamtmasse über 3,5 t), im folgenden SNfz genannt. Umwandlung des Emissionsmodul von ACCESS in Delphi: Nachdem die Änderungen im Emissionsmodul durchgeführt worden waren, wurden alle Visual Basic Codes von ACCESS nach Delphi verlagert. Implementierung des neuen Emissionsmoduls in das MLuS 02: Das Emissionsmodul wurde in das MLuS 02 Programm implementiert. Ruß wird aus dem MLuS entfernt (Außerkraftsetzung der 23. BImSchV).
Bindemitteldesign für Asphaltstraßen : Definition eines chemisch-rheologischen Anforderungsprofils
(2018)
Das Ziel dieses Projekts war das Auffinden von Zusammenhängen zwischen den chemischen Bitumeneigenschaften und dem rheologischen Verhalten, dem Alterungsverhalten sowie dem Haftverhalten des Bindemittels. Zum Erreichen dieses Ziels wurden zwölf Bitumenproben in unterschiedlichen Alterungszuständen und vier Gesteinsproben mit verschiedenen chemischen, rheologischen, physikalischen und haftbetreffenden Methoden untersucht. Bei der Gegenüberstellung der Prüfergebnisse konnte eine Vielzahl an bilateralen Korrelationen zwischen den einzelnen Kennwerten gefunden werden. Zusätzlich zu diesen bilateralen Zusammenhängen wurden weiterhin mithilfe von multiplen Regressionsanalysen Linearkombinationen erstellt, die durch eine kombinierte Berücksichtigung der Gehalte und der Molmassenmittelwerte Mn der SARA-Fraktionen die Beschreibung und Prognose einer Vielzahl von Kennwerten ermöglicht. Zu diesen Kennwerten zählen neben den rheologischen Prüfgrößen, wie dem Erweichungspunkt, der Nadelpenetration sowie dem komplexen Schermodul |G*| und dem Phasenwinkel δ, auch die Alterungsindices dieser Prüfgrößen. Somit können anhand der SARA-Fraktionen im nicht gealterten Zustand Aussagen über das Alterungsverhalten der Bitumen getroffen werden. Neben der Rheologie und dem Alterungs-verhalten ist zudem eine Beschreibung des Haftverhaltens möglich, wobei neben den SARA-Fraktionen als Gesteinskennwerte weiterhin der Siliziumdioxidgehalt sowie der isoelektrische Punkt zu berücksichtigen sind. Zudem konnte durch die Umstellung der gefundenen Linearkombinationen ein synthetisches Bindemitteldesign abgeleitet werden, sodass durch die Vorgabe der angestrebten rheologischen, alterungsbedingten und haftungsbedingten Kennwerte die zum Erreichen dieser Kennwerte erforderlichen Gehalte der SARA-Fraktionen ermittelt werden können.Dies ermöglicht die Modifizierung von Bitumenzusammensetzungen, um eine gezielte Beeinflussung der Bindemitteleigenschaften zu erreichen.
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.
Straßenverkehrszählungen (SVZ) mit mobilen Mess-Systemen : Erhebungs- und Hochrechnungsmethodik
(2013)
Für die nächste Straßenverkehrszählung (SVZ) im Jahre 2015 soll für Abschnitte zweistreifiger Bundesstraßen der temporäre Einsatz mobiler Messsysteme nach einem Rotationsprinzip ermöglicht werden. Dazu wurde in einer 1. Stufe ein Erhebungs- und Hochrechnungskonzept entwickelt, um mit möglichst wenigen Geräten die jährliche Verkehrsstärke und spezielle Kennwerte zuverlässig abzuleiten. Die Grundlage der Hochrechnung bilden die zeitgleich (synchron) zu den temporären Zählungen betriebenen Dauerzählstellen in einer Raumeinheit. Anhand dieser Daten wurden die zentralen Fragen wie Dauer, Häufigkeit und Lage der Zählungen innerhalb des Jahres untersucht. Das Einsatzmodell sieht insgesamt drei Wochen vor. Werktags- und Sonntagsverkehr werden mit zwei um einige Monate versetzte Wochenzählungen außerhalb der Ferien erfasst, der Urlaubsverkehr durch eine Wochenzählung innerhalb der Sommerferien. Die Hochrechnungsfaktoren für die einzelnen Zählwochen ergeben sich aus linearen multiplen Regressionsfunktionen. Deren Koeffizienten werden aus den Dauerzählstellen mit den Einflussgrößen Ferienverkehrs-, Sonntags- und Freitagsfaktoren errechnet. Die Kennwerte, insbesondere "Lärmwerte" und Bemessungsverkehrsstärken, können zum Teil direkt aus den Zähldaten bzw. indirekt über Regressiosansätze abgeleitet werden. In einer 2. Stufe wurde anhand von Dauerzählstellen der Jahre 2000 bis 2010 analysiert, wie die einzelnen Jahresergebnisse auf ein einheitliches Basisjahr übertragen werden können. Wegen der größeren Entwicklungsunterschiede sollte dabei zwischen Werktags- und Sonntagsverkehr sowie zwischen Personen- und Güterverkehr unterschieden werden. In einer 3. Stufe wurden Wege aufgezeigt, wie für Zählungen im Rahmen von Sonderuntersuchungen eine schnelle Ergebnisbereitstellung ermöglicht werden kann. Dies ist notwendig, da die endgültigen Ergebnisse der Dauerzählstellen, die Voraussetzung für die Ableitung der Hochrechnungsfaktoren sind, erst am Anfang des Folgejahres vorliegen. Je nach Einsatzzeit können die Ergebnisse aus den Wochenzählungen als Näherungswerte übernommen werden. Für allgemeine Anwendungen wurden Hinweise zur Entwicklung einer Software-Lösung gegeben.
Bei Gabionen handelt es sich um verfüllte Drahtbehälter. Die Festigkeit und Steifigkeit beziehen Gabionen aus der Interaktion des Verfüllmaterials und der Drahtbehälter. Die äußere Standsicherheit von Gabionen wird mit etablierten und in der Praxis bewährten Verfahren nach DIN EN 1997-1 nachgewiesen. Im Einzelnen sind die Nachweise der Sicherheit gegen Kippen, Gleiten in der Sohlfuge, Gleiten in den Lagerfugen, Grundbruch und Geländebruch zu erbringen. Gemäß dem "Merkblatt über Stützkonstruktionen aus Betonelementen, Blockschichtungen und Gabionen" der FGSV (Merkblatt 555) ist die innere Standsicherheit rechnerisch oder über Belastungsversuche nachzuweisen. Belastungsversuche zur Bestimmung der inneren Tragfähigkeit wurden in der Vergangenheit kaum durchgeführt, weil sie nicht ohne weiteres von einem spezifischen Anwendungsfall auf einen anderen Anwendungsfall übertragbar sind. Bei den Versuchen wurden stets nur die Druckfestigkeiten des untersuchten Systems messtechnisch erfasst, nicht jedoch die Kraftverläufe in der Gabione nachvollzogen. Zur Abschätzung der inneren Tragfähigkeit von Gabionen existieren theoretische Modelle, deren Repräsentativität für die in-situ Bedingungen nicht nachgewiesen sind. Mit diesem Hintergrund wurde im Rahmen des Forschungsvorhabens ein Konzept zur Durchführung von grundlegenden Belastungsversuchen an Stützkonstruktionen aus Gabionen entwickelt. Ziel der Belastungsversuche ist die phänomenologische Beschreibung der Spannungstrajektorien innerhalb der Gabione, um die vorhandenen Rechenmodelle zu bestätigen, weiterzuentwickeln oder zu verwerfen. Grundsätzlich wird dabei zwischen Belastungsversuchen an Einzelgabionen zur Beschreibung des Tragverhaltens einer Gabione und Belastungsversuchen an Stützbauwerken aus mehreren gestapelten Gabionen zur Erfassung des Systemtragverhaltens mehrerer Gabionen unterschieden. Die Empfehlungen zur Versuchsdurchführung umfassen das jeweilige Versuchsprogramm einschließlich der Versuchsanordnung, der Abmessungen und Füllungen der Gabionen sowie die Belastungsprozedur und die messtechnische Ausrüstung.
In dem geltenden Regelwerk für Straßentunnel, der ZTV-ING, ist das derzeitige rechnerische Nachweisverfahren zum baulichen Brandschutz für Rechteckrahmenquerschnitte im Teil 5, Abschnitt 2 über ein vereinfachtes Nachweisverfahren mit Ansatz eines Temperaturgradienten von 50 K in Wand und Decke geregelt. Alternativ kann nach ZTV-ING ein "genauerer" rechnerischer Nachweis durchgeführt werden, der jedoch in der Praxis kaum angewendet wird, da hierzu bisher keine eindeutigen Regelungen zur Durchführung vorliegen. Es stellen sich insbesondere die Fragen, inwieweit über einen genaueren rechnerischen Nachweis Einsparpotenziale bei der Bewehrung gegenüber dem vereinfachten Nachweis vorliegen und welchen Einfluss eine verlängerte ZTV-ING-Kurve (55 Minuten Vollbrandphase statt 25 Minuten Vollbrandphase) auf die erforderlichen Bewehrungsgehalte hat. Im vorliegenden Forschungsvorhaben wurden die genaueren rechnerischen Nachweise für typische Rechteckrahmenquerschnitte von Straßentunneln (ein- und zweizellig) auf Grundlage des Eurocodes EN 1992-1-2 [4], "Allgemeines Rechenverfahren", durchgeführt. Aufgrund des deutlich unterschiedlichen Abplatzverhaltens von Beton ohne PP-Fasern und Beton mit PP-Fasern mit entsprechendem Einfluss auf das Tragverhalten im Brandfall wurden differenzierte Berechnungen durchgeführt. Die Annahmen für die Größe und den Zeitpunkt der Betonabplatzungen basieren auf den Auswertungen von Großbrandversuchen für Rechteckrahmen [10]. In zusätzlichen statischen Berechnungen wurde der Lastfall nach dem Brand mit Berücksichtigung der veränderten Baustoffeigenschaften durch die Brandeinwirkung nachgewiesen. Auf Grundlage der durchgeführten Berechnungen wurde ein Leitfaden mit Musterstatik für den genaueren rechnerischen Brandschutznachweis erstellt. Der Leitfaden mit Musterstatik soll bei der zukünftigen Dimensionierung von Rechteckkonstruktionen von Straßentunneln einen optimierten Brandschutznachweis mit einhergehenden Kostenoptimierungen gegenüber dem bisherigen vereinfachten Brandschutznachweis ermöglichen. Es hat sich gezeigt, dass der genaue rechnerische Nachweis des Brandfalls ein komplexes Berechnungsverfahren ist, das in der Praxis noch nicht erprobt ist. Auf Grundlage der Ergebnisse des genaueren rechnerischen Nachweisverfahrens wurde ein für die Praxis zweckmäßiges Berechnungsverfahren mit Vorgabe eines von der Bauteildicke abhängigen linearen Temperaturgradienten entwickelt. Voraussetzung für die Anwendung dieses Nachweisverfahrens sind vergleichbare Randbedingungen im Brandfall hinsichtlich Größe von Betonabplatzungen und Temperaturverteilungen im Bauteil, welche bei der Verwendung von Betonen mit PP-Fasern und entsprechenden Vorgaben an Rezeptur, Herstellung und Verarbeitung gesehen werden. Für eine Fortschreibung der ZTV-ING, Teil 5, Abschnitt 2, Nr. 10 "Baulicher Brandschutz" werden entsprechende Empfehlungen formuliert.
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.
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%.
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.
Zählungen des ausländischen Kraftfahrzeugverkehrs auf den Bundesautobahnen und Europastraßen 2008
(2010)
Im Jahr 2008 wurde im Auftrag des Bundesministers für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen die dritte bundesweite Erhebung des ausländischen Kraftfahrzeugverkehrs auf den Autobahnen und Europastraßen durchgeführt. Differenziert wurde dabei nach Nationalitäten und nach 5 Fahrzeugarten (Pkw, Bus, Lkw kleiner/gleich 3,5t, Lkw über 3,5t ohne Anhänger und Lastzug). Gezählt wurde an insgesamt 474 Zählstellen. Davon waren 38 so genannte Langzeitzählstellen mit 16-Stunden-Zählungen an jeweils 14 über das Jahr verteilten Tagen. Diese Langzeitzählstellen dienten der Ableitung von Hoch- und Umrechnungsfaktoren für die 436 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) 2008 von 5.275 ausländischen Kraftfahrzeugen/24h ermittelt. 47,8 % dieser Fahrzeuge gehörten zum Personenverkehr, 52,2 % zum Güterverkehr. Bei einer durchschnittlichen täglichen Verkehrsstärke 2008 auf den Autobahnen von rund 47.600 Kraftfahrzeugen insgesamt (in- und ausländische) ergab sich ein Anteil ausländischer Kraftfahrzeuge von 11 %. Der Güterverkehr lag 2008 auf den Autobahnen insgesamt bei 9.700 Kfz/24h, rund 28 % dieser Fahrzeuge hatten ein ausländisches Kennzeichen. Von den ausländischen Güterkraftfahrzeugen waren rund 70 % Lastzüge (Lkw über 3,5t zulässiges Gesamtgewicht mit Anhänger und Sattelkraftfahrzeuge). Lieferwagen und Lkw ohne Anhänger waren mit Anteilen von 19 % beziehungsweise 11 % in deutlich geringerem Maße am Güterverkehr ausländischer Kraftfahrzeuge beteiligt. Den höchsten Anteil an den ausländischen Kraftfahrzeugen auf den Autobahnen hatten 2008 polnische Fahrzeuge mit 24,0 %, gefolgt von niederländischen Fahrzeugen mit 22,2 % sowie tschechischen und österreichischen Fahrzeugen mit jeweils 7,5 %. 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 Zählung 2003 sind ebenfalls angegeben.
Zur Überwachung der Verkehrsentwicklung und zur Ermittlung der Verkehrsstärken auf den Bundesfernstraßen - Bundesautobahnen und Bundesstraßen - fand im Jahr 2010 wieder eine bundesweite Straßenverkehrszählung (SVZ 2010) im Rahmen des üblichen Fünfjahres-Turnus statt. Die Länder hatten die Möglichkeit, auch das nachgeordnete Netz (Landes- und Kreisstraßen) zu zählen und im Rahmen der SVZ 2005 auswerten zu lassen. Bundesweit war der Zählumfang auf diesen Straßen jedoch zu gering, um allgemeine, für das gesamte Bundesgebiet gültige Aussagen für diese Straßenkategorie zu treffen. Der vorliegende Bericht beinhaltet eine detaillierte Beschreibung der Erhebungs- und Hochrechnungsmethodik zur Ermittlung der durchschnittlichen täglichen Verkehrsstärken (DTV) sowie eine Darstellung der Berechnung von Kenngrößen (Bemessungsverkehrsstärken und Werte für "Lärmberechnungen", für die eine vorherige Ermittlung der DTV-Werte Voraussetzung ist. Die methodischen Erläuterungen werden ergänzt durch beispielhafte Berechnungen. Am Ende des Berichtes steht ein Vergleich mit der Straßenverkehrszählung 2005, in dem auf wesentliche Änderungen und deren Auswirkungen eingegangen wird.
Am Beispiel einer real ausgeführten Verbundbrücke als Referenzbauwerk werden hier im Rahmen einer Nachhaltigkeitsanalyse drei Varianten des Korrosionsschutzes untersucht. Über den gesamten Lebenszyklus dieser integralen Autobahnüberfuehrung wird eine Ökobilanz erstellt, die Lebenszykluskosten sowie die externen Effekte (Umweltwirkungen aus Fahrzeugbetrieb, Fahrzeugbetriebskosten und Verspätungskosten) ermittelt und für die drei Varianten verglichen. Dabei ist eine herkömmliche organische Beschichtung, die während des Lebenszyklus zweimal erneuert wird mit einer Feuerverzinkung zu vergleichen. Betrachtet wird als weitere Variante in den Analysen eine Feuerverzinkung, bei der nach 66 Jahren das Aufbringen einer organischen Beschichtung erfolgt. Im Rahmen der Ökobilanz werden sechs Wirkungskategorien ausgewiesen. Bei Ausführung der Feuerverzinkung ergeben sich Einsparungen über den gesamten Lebenszyklus im Vergleich zur organischen Beschichtung. Die Umweltwirkungen aus dem Herstellungsprozess der Feuerverzinkung sind in der Ökobilanz deutlich sichtbar und demnach nicht zu vernachlässigen. Allerdings können diese erhöhten Auswirkungen in der Herstellung durch Einsparungen während der Nutzungsphase kompensiert werden. Die Berechnungen der Lebenszykluskosten zeigen, dass sich bereits für die Herstellungskosten eine Reduzierung durch den Einsatz einer Feuerverzinkung ergibt. Darüber hinaus sind bei der Variante der Feuerverzinkung weniger eingreifende Instandhaltungsmaßnahmen während der Nutzugsphase notwendig, so dass in Bezug auf die Lebenszykluskosten die Feuerverzinkung die absolut geringsten Kosten aufweist. Die externen Effekte können einerseits in die Ökobilanz integriert und andererseits über einen Monetarisierungsansatz als externe Kosten ausgewiesen werden. Die durch Baumaßnahmen verursachten Eingriffe in den Verkehr (geänderte Geschwindigkeiten) lassen gegenüber der Normalstrecke veränderte Schadstoffausstöße und Treibstoffverbräuche entstehen. Diese Emissionen verursachen für die hier untersuchten Varianten Umweltwirkungen, die in der Größenordnung der Emissionen des Brückenbauwerks bzw. auch darüber liegen. Bei der Berechnung von Fahrzeugbetriebskosten und Verspätungskosten übersteigen auch diese die Lebenszykluskosten des Brückenbauwerks in allen Varianten. Im Vergleich mit einer organischen Beschichtung ergeben sich für die untersuchte Referenzbrücke über den Lebenszyklus reduzierte externe Effekte für die Feuerverzinkung, gefolgt durch das Duplexsystem. Zusammenfassend ergibt sich für die hier untersuchte Referenzbrücke die Variante der Feuerverzinkung als die Lösung, die den größten Beitrag zu nachhaltigen Entwicklung leistet. Da es sich um eine Referenzbrücke mit klar definierten Randbedingungen handelt, ist die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf andere Brückenbauwerke nicht ohne Weiteres gegeben. So kann bei einem geringeren durchschnittlichen täglichen Verkehr (DTV) die Bedeutung der externen Effekte stark zurückgehen. Die Ergebnisse sind damit als einzelfallbezogen einzustufen.
In den letzten Jahren hat sich eine neue Konstruktionsform im Straßenbrückenbau etabliert. Hierbei handelt es sich um architektonisch anspruchsvolle, optisch ansprechende Verbundbrücken, die aus einem dreigurtigen Raumfachwerk mit Untergurt und Streben aus stählernen Rundhohlprofilen bestehen. Die Obergurte werden in die betonierte Fahrbahnplatte integriert. Als besonders günstig hat sich bei der Gestaltung des Raumfachwerks die Anordnung der Streben in Form von fallenden und steigenden Diagonalen erwiesen. Der Untergurt bildet bei einer solchen Anordnung zusammen mit den Streben jeder Fachwerkwand die Form eines liegenden Ks. Der komplette Raumfachwerkknoten wird daher als räumlicher K-Knoten oder KK-Knoten bezeichnet. Neuartig an der im Rahmen dieses Forschungsvorhabens untersuchten Bauweise ist die Ausführung der Fachwerkknoten als Schweißknoten. Das heißt, es wird die Möglichkeit des direkten Verschweißens der Streben auf dem Gurtprofil untersucht. Bisher sind in Deutschland Rohrknoten im Brückenbau ohne Knotenbleche nur als Gussknoten ausgeführt worden. Schweißknoten besitzen gegenüber der Gussknotenausführung drei wesentliche Vorteile. Zum Ersten werden durch die direkte Verschweißung die Gussformstücke eingespart, die aufgrund ihrer individuellen Herstellung einen wesentlichen Kostenfaktor darstellen. Zum Zweiten besitzt der Schweißknoten ein gutartiges Ermüdungsverhalten, da der Rissfortschritt nicht vom Inneren der Konstruktion ausgeht, sondern an der Außenseite beginnt. Damit bestehen die Möglichkeit einer frühzeitigen Detektion bei einer Brückenkontrolle und die Option für eine Ertüchtigung der ermüdungskritischen Tragwerksstellen durch eine Nachbehandlung. Zum Dritten wird der Planungs- und Ausführungsprozess gestrafft, da die relativ langen Vorlaufzeiten für die Gussknotenerstellung entfallen und mögliche Unterbrechungen bei Qualitätsmängeln an den Gussknoten, die durch den Neuguss entstehen, ausgeschlossen sind. Aus der Sicht der Materialermüdung bedarf der Schweißknoten im Vergleich zum Gussknoten zusätzlicher Untersuchungen. Im Bereich der Gurt-Streben-Verbindung kommt es durch die plötzliche Geometrieänderung zu hohen Spannungskonzentrationen. Zusätzlich erfährt der Ermüdungswiderstand in diesem Bereich aufgrund der metallurgischen Kerbe (Schweißkerbe) eine Reduzierung. Voruntersuchungen haben gezeigt, dass bei einer Schweißknotenausführung der Ermüdungsnachweis in der Regel für die Ausbildung des Raumfachwerks im Straßenbrückenbau bemessungsbestimmend wird. Aufgrund der komplizierten Geometrie kann die Bewertung des Ermüdungsverhaltens eines KK-Knotens nicht auf der Grundlage des Nennspannungskonzeptes erfolgen, sondern muss auf der Ebene der Strukturspannungen (Hot-Spot-Konzept) geführt werden. Eine praxisnahe Ermittlung der Strukturspannungen setzt das Vorhandensein tabellarisch oder graphisch aufbereiteter Spannungskonzentrationsfaktoren (SCF-Werte) voraus. Für den KK-Knoten im Off-Shore-Bereich, Kranbau und Hochbau stehen solche SCF-Werte zur Verfügung. Wegen der starken Abhängigkeit der SCF-Werte von den Verhältnissen der Durchmesser und Wanddicken der Gurt- und Strebenprofile ist eine einfache Übertragung der existierenden SCF-Werte auf die im Straßenbrückenbau besonderen Durchmesser-Wanddicken-Verhältnisse jedoch nicht möglich. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wird der KK-Knoten mit straßenbrückentypischer Geometrie einer ganzheitlichen Betrachtung aus der Sicht der Materialermüdung unterzogen. Für alle Phasen des Planungs- und Umsetzungsprozesses werden praxisnahe Empfehlungen gegeben. Die entwickelten Entwurfsempfehlungen fassen alle wesentlichen, entwurfsbestimmenden Grundsätze zusammen, die aus der unmittelbaren Abhängigkeit zwischen Stab- und Knotendimensionierung bei einem Fachwerk aus Hohlprofilen mit unversteiften KK-Knoten resultieren. Die Entwurfsempfehlungen stellen eine Synthese der besonders auch im europäischen Ausland gesammelten Erfahrungen an Pilot-Brückenvorhaben dar. Die Bemessungsempfehlungen geben dem Tragwerksplaner ein wirkungsvolles Werkzeug bei der Führung des Ermüdungsnachweises an die Hand. Die im Rahmen dieses Forschungsvorhabens entwickelten SCF-Werte ermöglichen eine sichere und wirtschaftliche Ermittlung der Strukturspannungen. In den Ausführungsempfehlungen werden Hinweise zur Qualitätssicherung zusammengefasst, die in den Bemessungsempfehlungen unterstellten Voraussetzungen am Bauwerk sicherzustellen. Durch alle Empfehlungen wird auch unter den anspruchsvollen Bedingungen im deutschen Straßenbrückenbau eine wirtschaftliche Realisierung von ästhetisch ansprechenden Verbundfachwerkbrücken aus Hohlprofilen mit geschweißten KK-Knoten möglich. Die Arbeiten erfolgten in Abstimmung mit dem FOSTA-Projekt P 591 "Wirtschaftliches Bauen von Straßen- und Eisenbahnbrücken aus Stahlhohlprofilen".