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Die Anforderungen an Brückenbauwerke haben sich in den vergangenen Jahren infolge der steigenden Verkehrszahlen deutlich erhöht. Gleichzeitig hat sich mit der Umstellung der Normen der rechnerische Querkraftwiderstand von Bauteilen ohne Querkraftbewehrung verringert. Daher lässt sich für Brückenbauwerke im Bestand mit Fahrbahnplatten ohne Querkraftbewehrung nach derzeitigen technischen Regeln oft nicht eine ausreichende Querkrafttragfähigkeit nachweisen. Allerdings sind die berechneten Tragfähigkeiten aufgrund einer Unterschätzung der mitwirkenden Plattenbreite konservativ. Der derzeit gültige Ansatz zur Berechnung der Querkrafttragfähigkeit ohne Querkraftbewehrung nach DIN-Fachbericht 102 (2009) wurde anhand einer Querkraftdatenbank kalibriert, die hauptsächlich aus Versuchen an Balken besteht. Bislang wurden nur wenige Versuche zur Querkrafttragfähigkeit von Platten unter punktförmiger Belastung durchgeführt. Im vorliegenden von der Bundesanstalt für Straßenwesen geförderten und am Institut für Massivbau der RWTH Aachen durchgeführten Forschungsvorhaben wurde durch experimentelle und theoretische Untersuchungen das Querkrafttragverhalten von Platten genauer analysiert. Die experimentellen Untersuchungen bestanden aus insgesamt 17 Bauteilversuchen in zwei Versuchsserien. In der ersten Versuchsserie wurde die Fragestellung der sich einstellenden Lastverteilungsbreite bei Platten ohne Querkraftbewehrung im Zustand II untersucht. Hierzu wurde durch Variation der Plattenbreite (0,5 m bis 3,5 m) an Einfeldsystemen gezielt der Übergang von der Balkentragwirkung zur Plattentragwirkung analysiert. Anschließend wurde der Einfluss der Schubschlankheit (2,9 bis 5,4) auf das Querkrafttragverhalten überprüft. In der zweiten Versuchsserie wurde an Kragarmen von zweistegigen Plattenbalken der Einfluss der Vouten sowie des Momenten-Querkraftverhältnisses untersucht. Aufbauend auf den Versuchen der ersten Versuchsserie wurden nichtlineare Finite-Elemente-Berechnungen zur Untersuchung weiterer Einflüsse (z. B. Betonfestigkeit, Längs- und Querbewehrungsgrad, Druckbewehrung, Plattendicke, Stützweite) durchgeführt. Auf Grundlage der durchgeführten theoretischen und experimentellen Untersuchungen wurden abschließend die bestehenden Bemessungsansätze modifiziert und anhand von Versuchen aus der Literatur überprüft.
In Anbetracht des stetigen Wachstums des Schwerverkehrsaufkommens auf dem deutschen und europäischen Straßennetz wurden durch das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) und die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) in der jüngsten Vergangenheit mehrere Forschungsprojekte initiiert, um die Auswirkungen dieses wachsenden Verkehrsaufkommens auf die Brückenbauwerke, sowohl hinsichtlich des Brückenneubaus als auch hinsichtlich des Brückenbestandes, zu analysieren. Vom Forschungsnehmer wurden hierzu in vorhergehenden Projekten auf der Grundlage von Verkehrssimulationsrechnungen verschiedene Lastmodelle identifiziert, die die Beanspruchungen infolge prognostiziertem zukünftigen Verkehr oder eines in gewissen Teilen bekannten objektspezifischen Verkehres abdecken. Die Relevanz der identifizierten Lastmodelle in den Sicherheitskonzepten wurde bisher nicht untersucht. Dies steht im Schwerpunkt dieser Projektaufgabe. Für ein ausgewähltes Tragsystem (2x40 m Zweifeldsystem mit einem zweistegigen Plattenbalkenquerschnitt in Massivbauweise) wurden hierzu sicherheitstheoretischen Untersuchungen durchgeführt. Grundlage solcher Untersuchungen ist die Berücksichtigung von streuenden (zufälligen) Kenngrößen zur Abbildung von inneren Widerständen diesen gegenüber stehenden Beanspruchungen. Für die stochastische Beschreibung der Beanspruchungen infolge des Straßenverkehrs wurden die Ergebnisse der in den vorhergehenden Forschungsprojektes Verkehrssimulationsrechnungen verwendet und eine Vorgehensweise zur Aufbereitung dieser Datenbestände entwickelt. Hierdurch ist es möglich, eine differenzierte stochastische Beschreibung der Beanspruchungen aus Verkehrseinwirkungen unter Kenntnis objektspezifischer Verkehrscharakteristiken zu erstellen. Im Ergebnis der Untersuchungen zeigt sich, dass über verschiedene betrachtete Verkehrscharakteristiken und zugehörige Lastmodelle hinweg relativ homogene Sicherheitsindizes ergeben. Unter Berücksichtigung von Modellunsicherheiten auf der Einwirkungs- und Widerstandsseite liegen die Ergebnisse leicht über den "normativen Vorgaben" des Sicherheitsindexes.
An Landstraßen ist man in höherem Maße als an Autobahnen auf Kurzzeitzählungen zur Ermittlung der Bemessungsverkehrsstärke angewiesen, da das Dauerzählstellennetz hier weit weniger dicht ist und somit Informationen über stündliche Verkehrsmengen selten verfügbar sind. In diesem Forschungsvorhaben wurden Verfahren entwickelt, • um aus Kurzzeitzählungen die Bemessungsverkehrsstärke und den bemessungsrelevanten Schwerverkehrsanteil abzuleiten und • die aus Kurzzeitzählungen ermittelten Verkehrsmengen auf Folgejahre fortzuschreiben. Für die Ermittlung der bemessungsrelevanten Nachfragewerte wurde dabei unterschieden nach Abschnitten mit Belastungsspitzen, • die regelmäßig an Freitagnachmittagen auftreten, • aufgrund des Werktagsverkehrs und • aufgrund von Freizeit-, Ausflugs- oder Urlaubsverkehren. Für die Ermittlung der Bemessungsverkehrsstärke sind nicht alle Tage bzw. Wochen gleichermaßen geeignet. Je nach Abschnittstyp gibt es unterschiedlich geeignete Zählzeiten. Das Forschungsvorhaben zeigt eine Typisierung auf und weist nach, welche Strecken idealerweise zu welchen Zeiten gezählt werden sollten. Dabei werden sowohl Empfehlungen zur Wahl einer günstigen Zählwoche als auch " für Tageszählungen " zur Bestimmung der geeigneten Stunden gegeben. Als Schätzwert für die Bemessungsverkehrsstärke dient in allen Fällen der höchste während der Kurzzeitzählung gemessene Stundenwert. Die Empfehlung bzgl. der Fortschreibung von Zählungen auf Folgejahre ist dreigeteilt: 1. Geht die allgemeine Verkehrsentwicklung gegen Null, kann auf eine Fortschreibung verzichtet werden. 2. Liegt eine Verkehrsentwicklung vor, sollte die Fortschreibung mit einem ganglinienbasierten Verfahren vorgenommen werden. Die Veränderungsindizes für die gewünschten Fahrzeuggruppen sind aus dem entsprechenden Dauerzählstellenkollektiv abzuleiten. 3. Sind seit der letzten Zählung strukturelle Veränderungen eingetreten (z. B. Netzänderungen), sollte eine neue Erhebung durchgeführt werden.
Auf Basis des HBEFA 3.1 wurde das Emissionsmodul grundlegend überarbeitet. Die Emissionsberechnung kann nunmehr für die Bezugsjahre 2005 bis 2030 erfolgen. Aktualisiert wurden auch die PM10-Emissionsfaktoren für Aufwirbelung und Abrieb. Für freie (nicht überdeckelte Strecken) im guten Fahrbahnzustand sollten für den Leichtverkehr (LV) für alle Verkehrssituationen mit Tempolimit größer 50 km/h unabhängig vom Level of Service 30 mg/(km • Fzg) sowie für den Schwerverkehr (SV) 130 mg/(km • Fzg) verwendet werden. Für Tunnelstrecken werden für den LV 5 mg/ (km • Fzg) sowie für den SV 130 mg/(km • Fzg) vorgeschlagen. Für Straßen im schlechten Zustand sind diese Werte mit dem Faktor 2 zu multiplizieren. Für die Ermittlung der nicht motorbedingten PM2.5-Emissionen (Reifen-, Straße- und Bremsabrieb) wird der Ansatz aus CORINAIR vorgeschlagen. Kupplungsabrieb und Wiederaufwirbelung von Straßenstaub können nach derzeitigen Erkenntnissen vernachlässigt werden. Es wurde auch ein entsprechender Berechnungsvorschlag für Benzo(a)pyren-Emissionsfaktoren abgeleitet. Er basiert auf Emissionsfaktoren aus einer Studie des Schweizer Bundesamtes fuer Umwelt, Wald und Landschaft. Die bisher in MLuS integrierten gebietstypischen Vorbelastungswerte wurden anhand vorliegender Messdaten aus den Jahren 2000 bis 2006 aktualisiert. Neu wurden Vorbelastungsdaten für PM2.5 abgeleitet, da diese bisher in MLuS noch nicht vorgesehen waren. Die Änderungen der Vorbelastungswerte werden wie bisher tabellarisch in Form von Reduktionsfaktoren der Schadstoffbelastung angegeben. Die Abschätzungen der immissionsseitigen Wirkungen von Lärmschutzwänden- und -wällen wurden auf der Grundlage von mikroskaligen Modellrechnungen (MISKAM) quantifiziert und mit Windkanalmessungen bzw. Ergebnissen aus der Literatur abgeglichen. Nunmehr können Lärmschutzwände und Lärmschutzwälle bis 10 m berücksichtigt werden. Als NO-NO2-Konversionsmodell wird nunmehr ein vereinfachtes Chemiemodell auf Basis der Beschreibung der chemischen Umwandlung im Gleichgewicht der Stoffe NO2, NO und Ozon verwendet. Die Funktion zur Abschätzung der Überschreitungshäufigkeiten des NO2-Stundengrenzwertes wurde anhand von Messdaten der Jahre 2000 bis 2009 aktualisiert. Mit den zuvor erläuterten Ergebnissen wurde eine grundlegende Aktualisierung des PC-Programms durchgeführt. In Absprache mit dem zuständigen FGSV-Arbeitskreis wird das Programm "Richtlinien zur Ermittlung der Luftqualität an Straßen ohne oder mit lockerer Randbebauung" (RLuS) heißen. Die Onlinehilfe und das Handbuch zum Programm wurden ebenfalls aktualisiert. Abgeschlossen wurde auch im Rahmen des hier vorliegenden Projektes die Neuformatierung der RLuS-Broschüre.