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This paper gives an overview of the in-depth crash investigation activity conducted by the Centre for Automotive Safety Research (CASR) at the University of Adelaide, in South Australia. Recent changes in method include: an expansion in on-call hours for the crash investigation team, providing the option of a phone interview for crash participants to discuss the crash, and downloading objective crash data from vehicle airbag control modules. These changes have resulted in: increased representativeness of crashes by hour of day; a decrease in the over-representation of fatal crashes in our sample; an increase in the proportion of crashes that involved a pedestrian, bicycle or scooter (moped); an increase in the proportion of crash participants consenting to an interview; and an increase in the objective data available, through airbag control module downloads. Our in-depth crash investigations enabled research into road departures that found barriers were a more feasible solution than clear zones for eliminating serious and fatal injury resulting from run off road crashes.
Although road infrastructure is developed extensively Brazil is still one of the countries with the most dangerous roads in the world. In order to stop the increasing trend of traffic fatalities of the last few years and to improve traffic safety on Brazilian roads a pilot study on behalf of SAE Brazil started in March 2016 with the goal to lay the foundations for a long-term research activity. Piloting for an in-depth accident investigation the city of Campinas, roughly 100 km north of São Paulo was chosen. The pilot project was carried out with the local partner, the Empresa Municipal de Desenvolvimento de Campinas (EMDEC). The paper reports on the initial training of evidence based accident data collection on-spot, the implementation of the new digital database, the data collection and the first results. An outlook on the planned long-term accident investigations is given.
In the course of the EUROPEAN PROJECT TRACE all fatally injured pedestrians autopsied at the Institute for Legal Medicine in Munich in 2004 had been analysed by using the "Human Functional Failure (HFF) analysis" method. It was possible to apply this method although some restrictions have to be taken into account. The results derived from this analysis comprise first the failures the pedestrians (most often "impairment of sensorimotor and cognitive abilities") and the opponents (most often " Non-detection in visibility constraints conditions") faced in the accident, second the conflicts and tasks (pedestrian crossing the street conflicting with a vehicle from the side (which was going ahead on a straight road), the degree of accident involvement (pedestrians often the primary active part), and further the contributing factors to the accident (pedestrians most often "alcohol (> 0.05% BAC)", opponents most often "visibility constraints").
The main objective of EC CASPER research project is to reduce fatalities and injuries of children travelling in cars. Accidents involving children were investigated, modelling of human being and tools for dummies were advanced, a survey for the diagnosis of child safety was carried out and demands and applications were analysed. From the many research tasks of the CASPER project, the intention of this paper is to address the following: • In-depth investigation of accidents and accident reconstruction. These will provide important points for the injury risk curve, in order to improve it. Different accident investigation teams collected data from real road accidents, involving child car passengers, in five different European countries. Then, a selection of the most appropriate cases for the injury risk curve and the purposes of the project was made for an in-depth analysis. The final stage of this analysis was to conduct an accident reconstruction to validate the results obtained. The in-depth analysis included on-scene accident investigation, creating virtual simulations of the accident/possible reconstruction, and conducting the reconstruction. In the cases of successful reconstructions, new points were introduced to the injury risk curves. Accident reconstructions of selected cases were carried out in test laboratories as the next step following in-depth road accident investigation. These cases were reconstructed using similar child restraint systems (CRS) and the same type make and model as in the real accidents. Reconstructing real cases has several limitations, such as crash angle, cars" approximation paths and crash speed. However, a few changes and applications on the testing conditions were applied to reduce the limitations and improved the representations of the real accidents. After conducting the reconstructions, a comparison between the deformations of the cars on the real accident and the vehicles from the reconstructions was made. Additionally, a correlation between the data captured from the dummies and the injury data from the real accident was sought. This finalises an in-depth analysis of the accident, which will provide new relevant points to the injury risk curve. The CASPER project conducted a large research programme on child safety. On technical points, a promising research area is the developing injury risk curves as a result of in-depth accident investigations and reconstructions. This abstract was written whilst the project was not yet finished and final results are not yet known, but they will be available by the time of the conference. All the works and findings will not necessarily be integrated in the industrial versions of evaluation tools as the CASPER project is a research program.
Bus or heavy vehicle passenger accidents are rare events, compared with car accidents, but sometimes leads to a large number of victims especially in rollover crash scenarios. Two accidents occurred in Portugal in 2007 and 2013 in which 28 people died and more than 50 are injured, shown the importance of the investigation of such accidents. For the investigation of these accidents multidisciplinary teams are constituted with engineers and police officers. All the factors involved are taken into consideration including road design, traffic signs, maintenance and hardware, human factors, and vehicle factors. In this work a methodology to an accurate collection of the data is proposed. From the information collected the accident is reconstructed using the PC-CrashTM software. From this all the contribution factors are determined and recommendations to mitigate these crashes are listed. These two accidents are rollover accidents and the analysis of the injuries and its correlation with the use of retention systems is very important. From the medical data and with the dynamics of the accident determined simulations of the occupants with biomechanical models are carried out in order to evaluate the effect of the retention systems in the injuries. This analysis is based on injury criteria (such as Abbreviated Injury Score (AIS) or Injury Severity Scale (ISS)). With this it is possible to determine if the seat belt was worn or not.
This study aimed to identify the occurrence, type and mechanisms of the traumatic injuries of the vulnerable road users in vehicle collisions, and to determine the effects of human, engineering, and environment factors on traffic accidents and injuries. The pedestrian accident cases were collected in the years 2000 to 2005 from Changsha Wujing hospital China and Accident Research Unit at Medical University Hannover in Germany. A statistic analysis was carried out using the collected accident data. The results from analysis of Changsha data were compared with results from analysis of GIDAS data Hannover. The injury severities were determined using AIS code and ISS values. The results were presented in terms of cause of injuries, injury distributions, injury patterns, injury severity. The factors influenced the injury outcomes were proposed and discussed for the vehicle transport environment and road users. The results were discussed with regard to accident data collection, accident sampling and injury distributions etc. In the urban area of Changsha, motorcycles and passenger cars are most frequently involved in vehicle pedestrian accidents. Head and lower extremities injuries are the predominant types of pedestrian injuries. The pedestrian accidents were identified as vital issue in urban traffic safety and therefore a high priority should be given to this road user group in research of safe urban transportation. In Hannover area, cars are most frequently involved in traffic accidents, injured pedestrians are involved in road traffic of Germany in 13% of all causalities only in 2005 and have nearly the same number as motorcyclists, but the half of bicyclists.
This work describes the results of the experimental activity, illustrating the driving behavior observed in different conditions, relating them to the different methods of ADAS intervention and comparing the driver behavior without ADAS. In the present study, driver behavior was studied in road accidents involving elderly pedestrians, with different ADAS HMIs, as a base to develop a driver model in near missing pedestrian accidents. A literature research was conducted with the aim of finding out the main influencing factors, including environment, boundary conditions, configuration of impact, pedestrian and driver information, when pedestrian fatalities occur and an analysis of frequent road accidents was conducted to get more detailed information about the driver- behavior. In order to obtain more detailed information about pedestrian accidents, real road accidents were reconstructed with multibody simulations on PC-Crash and, by the comparison between literature findings and reconstructions, a generic accident scenario was defined. The generic accident scenario was implemented on the full scale dynamic driving simulator in use at the Laboratory for Safety and Traffic Accident Analysis (LaSIS, University of Florence, Italy) in order to analyse the driving behaviors of volunteers, also considering the influence of ADAS devices. Forty-five young volunteers were enrolled for this study, resulting in forty valid tests on different testing scenarios. Two different scenarios consisted in driving with or without ADAS in the vehicle. Different kinds of ADAS, acoustic and optical, with different time of intervention were tested in order to study the different reactions of the driver. The tests showed some interesting differences between driver's behavior when approaching the critical situation. Drivers with ADAS reacted earlier, but more slowly, depending also on the type of alarm, and often with double reaction when braking. In fact, the results of the activity showed that with ADAS intervention the time to collision (TTC) increases, but the reaction time and braking modality change: a) there is a sort of "latency" time between the accelerator pedal release and the brake pressure; b) the brake pressure is initially less intense. So the driver only partially takes advance from the TTC increase. These differences were valued not only qualitatively, but quantitatively as well. This work revealed to be useful to improve the knowledge of drivers" behavior, in order to realize a driver model that can be implemented to help attaining and assessing higher levels of automation through new technology.
The share of high-tensile steel in car bodies has increased over the last years. While occupant safety has generally benefited from this measure, there is a potential risk that, as a result, rescue time may increase considerably. In more than 60% of all car occupant fatalities a technical rescue has been necessary. These are in particular those cases where occupants die immediately at the accident scene. Therefore, in these cases "rescue time" is a very sensitive parameter. In addition to the general analysis of the need of technical rescue and the actual rescue time depending on model years, the injury pattern of occupants requiring technical rescue will be analysed to provide advice for rescue teams. Furthermore, a detailed analysis of rescue measures for the most popular car models depending on the safety cell design is given.
Injuries in motorbike accidents in correlation with protective clothes and mechanism of the accident
(2013)
This study deals with a possible connection between safety clothing / accident mechanism and injury severity in a state-wide traffic accident investigation with focus on light and small motorbike-involvement for accidents in the area of the Saarland in which the persons riding the bike have been injured or killed. An interdisciplinary team of medical scientists and engineers collected the medical and technical data as well as all the relevant traces of the accident on scene and in time. During twenty months of data collection a total of 401 cases could be gathered. Grave injuries were more common for the group of heavier motorcycles (>125 ccm). Motorcyclists had been polytraumatized only in the group where the accident was connected with a collision. Significant correlation between protective clothes and injury severity could only be found for protective gloves and protective trousers. The knowledge about mechanism of the accident, protective clothes and severity of injuries can be helpful for the improvement of road and motorcyclists' safety.
The number of road accidents in Portugal has decreased significantly in the last decades, however, this tendency is not similar in all types of transportation. In the most recent years and by European standards, Portugal is still one of the leading countries concerning the number of fatalities in Powered Two Wheelers (PTW) accidents. To this effect, the in-depth investigation of PTW accidents is crucial and so, a thorough statistical analysis concerning the main factors influencing PTW riders injury severity accidents was undertaken regarding the 2007-2010 period in the National Road Safety Authority (ANSR) injured riders database using the software SPSS. In addition, to determine the importance of absent factors in the database analysis, such as velocity, a set of 53 real accidents involving PTW were also investigated and computationally reconstructed using the software PC-Crash. Lateral collisions between a motorcycle, its rider and the side of three different passenger cars were also simulated, varying the motorcycle impact angle and velocity in order to estimate the PTW deformation energy and the rider- injuries, as this accident configuration stands out in terms of frequency and even severity. The results of this detailed study are presented.
This study aimed at developing an injury estimation algorithm for AACN technologies for Germany and compared them to findings based on Japanese data. The data to build and to verify the algorithm was obtained from the German in-depth Accident Database (GIDAS) and split into a training and a validation dataset. Significant input variables and the generalized linear regression model to predict severe injuries (ISS>15) were selected to maximize area under the receiver operating characteristic curve (AUC). Probit regression with the input parameter multiple impact, delta v, seatbelt use and impact direction gave the largest AUC of 0.91. Sensitivity of the algorithm was validated at 90% and specificity at 76% for an injury risk threshold of 2%. It appears that no major differences between Japan and Germany exist for injury estimation based on delta v and impact direction. However, far side impact and multiple crash events appear to be associated with a larger risk increase in the German data.
Recently, EuroNCAP updated the upper legform test protocols. The main objective of this study is to establish the upper legform test in KIDAS (Korean In-depth Accident Study) taking into account domestic pedestrian accident data as well as anthropometric data to protect elderly pedestrians whose average height and weight is much smaller and lighter than other age groups, especially compared to Europeans. Therefore 230 cases of pedestrian accidents from KIDAS were investigated to explore the injury severity of body regions as well as age related injury patterns. Injuries of all body regions were examined, with a special focus on injuries of abdomen and pelvic area. On the other hand, in order to explore Korea's pedestrian accident environment, national police data and KIDAS (Korean In-depth Accident Study) data were compared. The results should be taken into account in future analyses and possible improvements, such as regulations and KNCAP test protocols, of the pedestrian safety policy in Korea.
Injury probability functions for pedestrians and bicyclists based on real-world accident data
(2017)
The paper is focusing on the modelling of injury severity probabilities, often called as Injury Risk Functions (IRF). These are mathematical functions describing the probability for a defined population and for possible explanatory factors (variables) to sustain a certain injury severity. Injury risk functions are becoming more and more important as basis for the assessment of automotive safety systems. They contribute to the understanding of injury mechanisms, (prospective) evaluation of safety systems and definition of protection criteria or are used within regulation and/or consumer ratings. In all cases, knowledge about the correlation between mechanical behavior and injury severity is needed. IRFs are often based on biomechanical data. This paper is focusing on the derivation of injury probability models from real world accident data of the GIDAS database (German In-depth Accident Study). In contrast to most academic terms there is no explicit term definition or definition of creation processes existing for injury probability models based on empirical data. Different approaches are existing for such kind of models in the field of accident research. There is a need for harmonization in terms of the used methods and data as well as the handling with the existing challenges. These are preparation of the dataset, model assumptions, censored/unknown data, evaluation of model accuracy, definition of dependent and independent variable, and others. In the presented study, several empirical, statistical and phenomenological approaches were analyzed regarding their advantages and disadvantages and also their applicability. Furthermore, the identification of appropriate prediction parameters for the injury severity of pedestrians has been considered. Due to its main effect on injuries of pedestrians and bicyclists, the importance of the secondary impact has also been analyzed. Finally, the model accuracy, evaluated by several criteria, is the rating factor that gives the quality and reliability for application of the resulting models. After the investigation and evaluation of statistical approaches one method was chosen and appropriate prediction variables were examined. Finally, all findings were summarized and injury risk functions for pedestrians in real world accidents were created. Additionally, the paper gives instructions for the interpretation and usage of such functions. The presented results include IRFs for several injury severity levels and age groups. The presented models are based on a high amount of real world accidents and describe very well the injury severity probability of pedestrians and bicyclists in frontal collisions with current vehicles. The functions can serve as basis for the evaluation of effectiveness of systems like Pedestrian-AEB or Bicycle-AEB.
Injury severity of e.g. pedestrians or bikers after crashes with cars that are reversing is almost unknown. However, crash victims of these injuries can frequently be seen in emergency departments and account for a large amount of patients every year. The objective of this study is to analyze injury severity of patients that were crashed into by reversing cars. The Hannover Medical School local accident research unit prospectively documented 43,000 road traffic accidents including 234 crashes involving reversing cars. Injury severity including the abbreviated injury scale (AIS) and the maximum abbreviated injury scale (MAIS) was analyzed as well as the location of the accident. As a result 234 accidents were included into this study. Pedestrians were injured in 141 crashes followed by 70 accidents involving bikers. The mean age of all crash victims was 57 -± 23 years. Most injuries took place on straight stretches (n = 81) as well as parking areas (n = 59), entries (n = 36) or crossroads (n = 24). The AIS of the lower extremities was highest followed by the upper extremities. The AIS of the neck was lowest. The mean MAIS was 1.3 -± 0.6. The paper concludes that the lower extremities show the highest risk to become injured during accidents with reversing cars. However, the risk of severe injuries is likely low.
Ziel der Untersuchung war die Überprüfung von Einmündungen mit innenliegenden Linkseinfädelungsstreifen (iLES) hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit und Verkehrssicherheit sowie die Darstellung von Einsatzgrenzen und Gestaltungshinweisen. An 10 Knotenpunkten mit iLES wurden im Rahmen des Forschungsprojekts empirische Untersuchungen durchgeführt. Es wurden die durchschnittliche tägliche Verkehrsstärke am Knotenpunkt, die Spitzenstunde, Zeitlücken in der Spitzenstunde sowie Wartezeiten und Rückstaulängen am Knotenpunkt ermittelt. Außerdem wurden die Akzeptanz des eingerichteten iLES und die Bereiche, an denen vom iLES auf den durchgehenden Fahrstreifen gewechselt wurde, erfasst. Im Rahmen einer makroskopischen Unfallanalyse an 50 Knotenpunkten wurden insgesamt 816 Unfälle der Jahre 2006 bis 2008 ausgewertet. Für alle Knotenpunkte wurden die relevanten Unfallkenngrößen ermittelt (Unfallkosten, Unfalldichte, Unfallrate, Unfallkostendichte, Unfallkostenrate) sowie die Unfalltypen (einstellig und dreistellig) ausgewertet. Insgesamt konnte nicht festgestellt werden, dass Knotenpunkte mit iLES unsicherer sind als Knotenpunkte ohne iLES oder sie in anderer Hinsicht auffällig wären. Die Auswertung der Unfalldiagramme im Rahmen der mikroskopischen Unfallanalyse an 10 Knotenpunkten zeigte zwei wesentliche Unfallhergänge, die im Zusammenhang mit den iLES zu sehen sind: Kollisionen von Linkseinbiegern mit Linksabbiegern und Kollisionen beim Fahrstreifenwechsel vom iLES auf den durchgehenden Fahrstreifen. Probleme mit Radfahrern und Fußgängern traten kaum auf, was jedoch teilweise darauf zurückzuführen ist, dass der Fußgänger- und Radverkehr in den untersuchten Beispielen keine oder nur eine untergeordnete Rolle spielt. Eine Abgrenzung des Einsatzbereiches von Einmündungen mit iLES gegenüber Einmündungen ohne iLES bzw. mit LSA wurde vorgenommen, indem die Wartezeiten in der untergeordneten Zufahrt für alle drei Knotenpunktarten für unterschiedliche Knotenpunktverkehrsstärken und Belastungssituationen ermittelt wurde. Hieraus wurde einerseits die Grenze ermittelt, ab der eine Einmündung ohne iLES nicht mehr leistungsfähig ist und ein iLES sinnvoll eingesetzt werden kann und andererseits die Grenze ermittelt, ab der eine Signalisierung zu Vorteilen gegenüber einem iLES führt. Als Verfahren zur Ermittlung der Wartezeiten an Knotenpunkten mit iLES wurde das HBS-Verfahren modifiziert. Hierfür wird Strom 8 vernachlässigt und andere, im Rahmen des Forschungsprojekts ermittelte Werte für die Grenz- und Folgezeitlücken verwendet. Um die Erfahrungen, die innerhalb und im Vorfeld bebauter Gebiete von den Baulastträgern mit iLES gemacht wurden, einbeziehen zu können, wurde am 6. Oktober 2010 ein Expertenworkshop in Frankfurt am Main durchgeführt. Aus den Diskussionsbeiträgen konnten eine Reihe von Hinweisen aufgenommen werden, die Eingang in die beschriebenen Ergebnisse gefunden haben. Eine Einmündung mit innenliegendem Einfädelungsstreifen (iLES) kann als Alternative zu einer nicht signalisierten Einmündung eingesetzt werden, wenn ansonsten keine ausreichende Verkehrsqualität erreicht würde oder die Verkehrsqualität verbessert werden soll. Ein iLES verschlechtert die Überquerbarkeit der übergeordneten Knotenpunktarme für Fußgänger und Radfahrer erheblich. Der Einsatz eines iLES steht damit in Konkurrenz zu den Belangen von Fußgängern und Radfahrern. Sie sollten nur dann zum Einsatz kommen, wenn kein nennenswerter Überquerungsbedarf vorliegt. Innerhalb bebauter Gebiete sollte die Länge eines iLES 30 bis 60 m betragen, im Vorfeld bebauter Gebiete bei Geschwindigkeiten über 50 km/h 60 bis 100 m. Zu große Längen sollten vermieden werden, um den Eindruck eines Überholfahrstreifens zu vermeiden. Bei der Markierung ist großer Wert darauf zu legen, dass das Begreifen der Verkehrsregelung unterstützt wird. Außerdem sollten Schilder verwendet werden, die die Verkehrsregelung erläutern. Diese sollten sowohl in der untergeordneten Zufahrt eingesetzt werden, als auch in der rechtsliegenden, übergeordneten Zufahrt.
Die Fahranfängervorbereitung in Deutschland erstreckt sich von der schulischen Verkehrserziehung, über die Fahrschulausbildung, das Begleitete Fahren und das erste Alleinefahren. Zur Unterstützung einer intensiven Nutzung und abwechslungsreichen Ausgestaltung dieses Lernprozesses bietet sich die elektronische Sicherheitskommunikation via Internet und Mobiltelefonie an. Beide Medien werden von Jugendlichen und jungen Erwachsenen intensiv genutzt und auch Eltern, Lehrer und Fahrlehrer sind darüber gut erreichbar. Die elektronische Sicherheitskommunikation im Rahmen der Fahranfängervorbereitung wird insbesondere dann erfolgreich sein, wenn die breite Zielgruppenöffentlichkeit möglichst "personalisiert" angesprochen wird und die Zielgruppenmitglieder auch die Möglichkeit haben, in einen Austausch einzutreten (Partizipation, Interaktivität). Hierzu bietet das Web 2.0 vielfältige Möglichkeiten. Dabei können Strategien aus dem Sozialmarketing ("Social Marketing") zur stärkeren Bindung der Zielgruppen an die Verkehrssicherheitsanliegen im Kontext der Fahranfängervorbereitung aufgegriffen werden und in den sozialen Medien ("Social Media") des Internets und der Mobiltelefonie zum Einsatz kommen ("Social Media Marketing"). Im Bericht werden kommunikationswissenschaftliche Grundlagen und psychologische Faktoren der Sicherheitskommunikation erläutert. Ein Überblick über entsprechende Kommunikationsstrategien in der Gesundheitsförderung wird gegeben und auch Anspracheformen von Fahranfängern via Internet in Deutschland sowie einschlägige Angebote aus GDL-Ländern werden vorgestellt. Als Defizite lassen sich in Deutschland vor allem die Behandlung des Anfängerrisikos in den Kontexten Familie, Schule und erstes selbstständiges Fahren sowie generell die Elternansprache ausmachen. Ein Rahmenkonzept und konkrete Handlungsfelder für die zukünftige Nutzung der elektronischen Sicherheitskommunikation in der Fahranfängervorbereitung werden vorgestellt.
Der Bericht liefert einen Überblick über die Gefährdung von stählernen Fahrbahnplatten hinsichtlich Ermüdungsschäden, ordnet diese Gefährdungen in Gefährdungskategorien ein und gibt Strategien und Verfahren zu einer nachhaltigen Instandsetzung vor allem von Deckblechschäden und Schäden an der Verbindung zwischen Längsrippe und Deckblech an. Im Einzelnen geht der Bericht auf die Entwicklung stählerner Fahrbahnplatten bis zur heutigen Standardlösung ein, auf deren Weg sich einige Konstruktionen als besonders schadensanfällig erwiesen haben. Eine Aufgabe ist es daher, bestehende Brücken und die heutige Standardlösung zukunftssicher zu machen. Für die Zukunftssicherung ist besonders die Dauerhaftigkeit des Deckblechs und seiner Verbindungen zu Rippen und Querträgern wichtig. Zur Verringerung der Ermüdungsbelastung des Deckblechs gibt es Verfahren zur direkten Deckblechverstärkung und zur Effizienzsteigerung des Fahrbahnbelags zur Verbesserung der Verbundwirkung mit dem Deckblech. Die vorgestellten und untersuchten Verfahren zur direkten Deckblechverstärkung sind: - Aufbringen einer Elastomersandwichstruktur mit einem neuen zusätzlichen Stahldeckblech (Sandwich Plate System (SPS) , Pilotprojekt in NRW), - Stahlfaserbewehrter hochfester Beton mit Stahlbewehrungseinlagen (Pilotprojekte in den Niederlanden), - Aufkleben von Zusatzblechen (Versuchsstadium). Zur Effizienzsteigerung des Fahrbahnbelags ist es nötig, eine Optimierung zwischen zwei sich widersprechenden Zielsetzungen zu erreichen: 1. Dauerhaftigkeit des Belages durch ausreichende Elastizität des Belags und Reduktion der Verbundwirkung, 2. Dauerhaftigkeit des Stahlblechs und der Verbindungsnaht mit der Längsrippe durch höhere Steifigkeit des Belags und Verbesserung der Verbundwirkung. Dazu sind Versuche mit Belägen mit modifiziertem Bitumen (PmB25A) und mit hohlraumreichem Asphalttraggerüst mit nachträglichem Verguss (HANV) durchgeführt worden, die Tendenzen zu Verbesserungen erkennen lassen. Für eine weitere Optimierung der beiden Varianten sind gezielte Kleinteilversuche zur Bestimmung von temperatur- und frequenzabhängigen Stoffeigenschaften, die sich für Grenzzustandsberechnungen eignen, erforderlich. Die Berechnungsmodelle müssten an bauteilähnlichen Prüfkörpern überprüft werden. Der Bericht gibt Empfehlungen wie eine Verbesserung der Verbundeigenschaften zwischen Stahldeckblech Asphaltbelag erreicht werden kann.
Intelligente Bauwerke - Anforderungen an die Aufbereitung von Messgrößen und ihrer Darstellungsform
(2015)
Ziel des Forschungsvorhabens FE 15.0548/2011/GRB war die Ausarbeitung einer Konzeption zu Anforderungen an die Aufbereitung und Verarbeitung von Messgrößen und ihrer Darstellung. Dies beinhaltete die Evaluierung und Entwicklung verschiedener modellbasierter und statistischer Analyseverfahren, die über den bisherigen Stand der Technik der Bauwerksüberwachung hinausgehen. Der Nutzen liegt in der Herausfilterung relevanter Informationen aus umfangreichem Datenmaterial (Vor-Aggregation) sowie der Erzeugung von belastbaren Zustandsinformationen bzw. Vorergebnissen hierzu durch eine frühzeitige, leistungsfähige Plausibilisierung. Es wurde gezeigt, dass durch den Einsatz von leistungsfähigen, gedächtnisbehafteten, selbstlernenden Algorithmen für die Sensorfusion, Interpolation, Plausibilitätserhöhung und Treffen fachtechnischer Monitoringaussagen Ergebnisse erzielt werden können, die bezüglich der Verarbeitung von Mess- und Erfassungsdaten weit über den aktuellen Stand beim Brückenmonitoring hinausgehen. Anhand mehrerer Szenarien, für die reale Erfassungsdaten zur Verfügung standen, wurde gezeigt, dass diese Verfahren sehr zuverlässig verschiedenste Signalstörungen, wie Messausreisser, erhöhtes Rauschen und Brummeinstreuung erkennen können. Nur durch die frühzeitige und zuverlässige Plausibilisierung von Sensordaten von Brückenbauwerken kann verhindert werden, dass offensichtlich fehlerhafte Messwerte (wie z.B. Messausreisser, störungsbehaftete Messungen) zu falschen Vorhersagen der Systemzuverlässigkeit von Brückenbauwerken durch rechnergestützte Systemmodelle führen.
Dieser Bericht beschreibt ein Systemmodell für eine integrale Ermittlung und Prognose der Schadens- und Zustandsentwicklung der Elemente eines Brückensystems unter Berücksichtigung von Ergebnissen aus Inspektionen und Überwachung. Das Systemmodell wurde anhand eines ausgesuchten Spannbetonüberbaus in einzelliger Kastenbauweise entwickelt. Es besteht aus zwei integralen Teilmodellen: ein Modell zur Beschreibung des Systemschädigungszustandes und ein Modell zur Beschreibung der Standsicherheit. Für die Modellierung des stochastischen Systemschädigungszustandes eines Brückensystems werden dynamische Bayes'sche Netze (DBN) vorgeschlagen. Dieser Ansatz ermöglicht es, alle relevanten Schädigungsprozesse und deren stochastische Abhängigkeiten zu berücksichtigen. Ein wesentlicher Vorteil dieses Ansatzes ist es, dass DBN ideal dafür geeignet sind, Bayes'sche Aktualisierungen auf Grundlage von Informationen aus Inspektionen und Überwachungsmaßnahme auf eine effiziente und robuste Art und Weise durchzuführen. Der DBN-Ansatz ist deshalb für die Entwicklung von Software für das Erhaltungsmanagement von alternden Brückenbauwerken, die vom Benutzer keine vertieften Kenntnisse der Zuverlässigkeitstheorie verlangt, ideal geeignet. Für die Modellierung der Standsicherheit eines alternden Kastenträgers wird vereinfachend Biegeversagen des globalen Längssystems betrachtet. Zur Berechnung der maximalen Traglast eines Kastenträgers infolge des Systemschädigungszustandes wird ein plastisch-plastisches Verfahren eingesetzt, wobei die Beanspruchungen mittels der Fließgelenktheorie unter Ausnutzung der plastischen Beanspruchbarkeit der Querschnitte des Kastenträgers ermittelt werden. Ein Kastenträger versagt, wenn sich durch die Ausbildung einer ausreichend großen Anzahl von Fließgelenken eine kinematische Kette ausbildet. Dieser Modellierungsansatz berücksichtigt Redundanzen, die sich aus der plastischen Beanspruchbarkeit der Querschnitte und der statischen Unbestimmtheit eines Kastenträgers ergeben. Zum Nachweis der praktischen Einsetzbarkeit des entwickelten Systemmodells wurde ein Software-Prototyp entwickelt, der eine intuitiv benutzbare graphische Benutzeroberfläche (Front-End) mit einem Berechnungskern (Back-End) koppelt. Die aktuelle Version des Software-Prototyps implementiert ein Modell der chloridinduzierten Bewehrungskorrosion und ein Tragwerksmodell, welches das Verfahrens der stetigen Laststeigerung zur Bestimmung der maximalen Traglast des Kastenträgers auf der Grundlage eines Finite-Elemente-Modells umsetzt. Zur Durchführung von Bayes'schen Aktualisierungen des Systemschädigungszustandes auf der Grundlage des DBN-Modells implementiert der Prototyp den Likelihood-Weighting-Algorithmus. Die entwickelte Architektur des Prototyps ermöglicht eine Erweiterung der Software um weitere Schädigungsprozesse. Der entwickelte Software-Prototyp ermöglicht Benutzern ohne vertiefte Kenntnisse der Zuverlässigkeitstheorie eine Berechnung des Einflusses von Bauwerksinformationen auf den Systemschädigungszustand und die Tragsicherheit eines Kastenträgers. Auf dieser Grundlage können effiziente Inspektions- und Überwachungsmaßnahmen identifiziert und das Erhaltungsmanagement optimiert werden.
Der Bericht enthält die Beurteilung von schädigungsrelevanten Einwirkungen und Schädigungspotenzialen von Betonbrücken sowie deren Erfassung am Bauteil mithilfe aussagekräftiger Parameter und geeigneter Sensoren im Rahmen des Themenschwerpunkts "Intelligente Bauwerke" der BASt. Die Grundlage zur Beurteilung von Schädigungspotenzialen bildet die Auswertung tatsächlich aufgetretener Schäden an Stahlbeton- und Spannbetonbrücken (97.662 Schäden an 3.474 Brücken). Neben der Aufbereitung der chronologischen Entwicklung von Vorschriften und Normen für den Bau von Brücken wurden Schäden infolge von Planungs- und Entwurfsfehlern, sowie Ausführungsfehlern analysiert. Den Schwerpunkt des Berichts bilden die Darstellung und Bewertung von Schädigungspotenzialen getrennt für die Widerstandsseite(auffällige Bauteile/Konstruktionen) sowie für die Einwirkungsseite (relevante Einwirkungen). Bauteile und Konstruktionen werden dazu im Hinblick auf die Merkmale Standsicherheit, Dauerhaftigkeit und Verkehrssicherheit untersucht. Darüber hinaus werden maßgebende Einwirkungen aus den Umweltbedingungen und insbesondere die Einwirkungen infolge des (Schwer-)Verkehrs bewertet. In einem weiteren Arbeitsschritt werden geeignete Schädigungsmodelle zur Beschreibung bekannter Schädigungsprozesse bei Brücken aus Stahl- und Spannbeton dargestellt und die modellspezifischen Einflussgrößen detailliert aufbereitet. Die Darstellung relevanter Parameter zur Erfassung von Einwirkungen und Schäden an Brückenbauwerken, sowie die Erfassung dieser Parameter mit geeigneten Sensoren bilden einen weiteren Schwerpunkt des Projektes. Darüber hinaus werden die Grundlagen eines Datenerfassungssystems dargestellt und abschließend Genauigkeits- und Häufigkeitsbereiche für die Datenerfassung und die Möglichkeiten der Sensorplatzierung aufgezeigt. Die Zusammenstellung der Ergebnisse erfolgt in Form eines Handbuchs.