620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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The German highway network is facing new challenges in the near future. The structures have to deal with increasing traffic loads, climate change effects and new requirements regarding sustainability while they are getting older and budget cuts can be expected. To guarantee a reliable highway network, it will be vital to adapt and enhance innovative approaches. Current bridge management relies on the results of conventional bridge inspections and thus has certain limitations when it comes to insufficient load bearing capacity and other systematic weaknesses. Therefore, new approaches for real time condition assessment of critical road infrastructure elements are to be developed.
Einfluss der veränderten Verkehrsführung bei Ertüchtigungsmaßnahmen auf die Bauwerksbeanspruchungen
(2013)
Im Rahmen von mehreren vorhergehenden Forschungsprojekten wurden vom Forschungsnehmer Untersuchungen zu den Beanspruchungen von Brückenbauwerken infolge des Straßenverkehrs durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen führten zu den neuen Verkehrslastannahmen für Straßenbrücken im Eurocode 1, Teil 2 (in Verbindung mit dem deutschen nationalen Anhang) und den Ziellastniveaus in der Nachrechnungsrichtlinie. Im Ergebnis von Nachrechnungen müssen die Bestandsbrücken ertüchtigt oder neu gebaut werden. Ertüchtigung von Autobahnbrücken heißt Bauen unter Verkehr. Auf den Bestandsbrücken ist eine veränderte Verkehrsführung erforderlich. Mit einer veränderten Verkehrsführung geht aber unter Umständen auch eine Veränderung der Beanspruchungen der Brückenbauwerke infolge dieser "Umnutzung" einher. Ziel des vorliegenden Forschungsprojektes ist es, den Einfluss der veränderten Verkehrsführung bei Ertüchtigungsmaßnahmen auf die Bauwerksbeanspruchungen zu analysieren. Unter Anwendung einer in den vorhergehenden Projekten entwickelten Vorgehensweise werden Simulationsrechnungen durchgeführt, in denen verschiedenen Varianten von Spuranordnungen auf Überbauquerschnitten betrachtet werden. Des Weiteren werden differenzierte Verkehrscharakteristiken, also verschiedene Verkehrsstärken und Verkehrszusammensetzungen, betrachtet. Grundsätzlich werden hierbei Beanspruchungen, also zum Beispiel resultierende Biegemomente oder Auflagerkräfte, betrachtet. Aus diesem Grund müssen die Berechnungen für definierte Tragsysteme durchgeführt werden. Im vorliegenden Projekt wurden hierzu zwei reale Brückenbauwerke betrachtet, die sich im Zuge von Autobahnen in Nordrhein-Westfalen befinden. Erweitert werden die Betrachtungen auf ein zusätzliches "virtuelles" Tragsystem, um ein gewisses Spektrum von Stützweiten und Querschnittsbreiten analysieren zu können. Grundsätzlich zeigt sich im Ergebnis der Untersuchungen, dass Beanspruchungen aus aktuellem Verkehr bei normaler Verkehrsführung durch das Lastmodell LM1 des DIN-Fachberichtes 101 abgedeckt werden. Für Beanspruchungen aus zukünftigem Verkehr ist das neue Lastmodell LM1 des Eurocodes erforderlich. Im Rahmen von Baumaßnahmen wird im Allgemeinen eine 4+0-Verkehrsführung eingerichtet. Hierbei werden bei zweiteiligen Überbauquerschnitten vier Fahrstreifen über einen Querschnitt geleitet. Dies geht einher mit einer Verengung der Fahrspuren. In solchen Fällen ist davon auszugehen, dass es nicht möglich ist, dass Lkw-Überholverkehr stattfinden kann. Dies führt zu einer wesentlichen Verringerung der Beanspruchungen von Brückenbauwerken, da auch in Stausituationen in den zwei Richtungsfahrbahnen keine Lkw-Fahrzeuge nebeneinander stehen können. Für Verkehrszusammensetzungen entsprechend der aus der Nachrechnungsrichtlinie bekannten Verkehrsart "Große Entfernung" (50 % Sattelzugfahrzeuge) ergibt sich daher eine Abdeckung der Beanspruchungen aus Straßenverkehr durch das Lastmodell BK60 der DIN 1072. Für Verkehrszusammensetzungen analog der Verkehrsart "Mittlere Entfernung" reicht das Lastmodell BK30/30 zu Abdeckung aus. Weitere Differenzierungen hinsichtlich der Verkehrsstärke führen hier zu keinen wesentlichen Änderungen der getroffenen Aussagen.
The utilisation of secondary-safety systems to protect occupants has attained a very high level over the past decades. Further improvements are still possible, but increasingly minor progress is only to be had with a high degree of effort. Thus, a key aspect must be the impact to overall safety in an accident. If reliable information is available on an imminent crash, measures already taken in the pre-crash phase can result in a significantly great influence on the outcomes of the crash. With this background preventive measures are the key to a sustainable further reduction of the figures of crash victims on our roads. This paper aims to show a preventive approach that can contribute to lessening the consequences of a crash by creating an optimum interaction of measures in the fields of primary and secondary safety. To further enhance vehicle safety, driver assistant systems are already available that warn the driver of an imminent front-to-rear-end crash. The next step is to support him in his reactions or if he fails to react sufficiently, to even initiate an automatic braking when the crash becomes unavoidable. Automatic pre-crash braking can, in an ideal situation, fully prevent a crash or can significantly reduce the impact speed and thus the impact energy (and the severity of the accident). If a vehicle is being braked in the pre-crash phase, the occupants are already being pre-stressed by the deceleration. The information available about the imminent crash can be used to activate the belt tensioners and likewise other secondary safety systems in the vehicle right before the impact. The pre-crash deceleration also causes the front of the vehicle to dip. Conventional crash tests do not take this specific impact situation into consideration. This is why, for example, the influences of the pre-crash displacements of the occupants are not recorded in the test results. Furthermore, a reproducible representation of the benefit of the vehicle safety systems which prepare the occupants for the imminent impact is not possible. In order to demonstrate the functions of automated pre-crash braking and to investigate the differences during the impact as a consequence of the altered occupant positions as well as the initiation of force and deformations of the vehicle front, DEKRA teamed up with BMW to carry out a joint crash test with the latest BMW 5 series vehicle. It involved the vehicle braking automatically from a starting test speed of 64 km/h (corresponding to the impact speed set by Euro NCAP) down to 40 km/h. The test was still run by the intelligent drive system of the crash test facility. This required several modifications to be made to the test facility as well as to the vehicle. The paper will describe and discuss some relevant results of the crash test. In addition, the possible benefits of such systems will also be considered. The test supplemented the work of the vFSS working group (vFSS stands advanced Forward-looking Safety Systems).
Im September 2013 wurde der 2. CEDR Call (Conference of European Directors of Roads, Call 2013), der eine Summe von ca. 5,3 Mio Euro umfasst, veröffentlicht. Im Rahmen der länderübergreifen europäischen Forschung waren fünf Themen der künftigen strategischen Forschungsplanung und dem anstehenden Forschungsbedarf durch Befragung der europäischen nationalen Straßenbauverwaltungen identifiziert worden: Energieeffizienz, Verkehrssicherheit, Alternde Infrastruktur, Straßen und Umwelt, Verkehrsmanagement. Im Rahmen von Workshops waren zuvor zu diesen fünf Themen "Descriptions of Research Needs" (DoRNs) erarbeitet worden, welche zusammen mit dem Call veröffentlicht wurden. Die wesentlichen Inhalte der DoRNS werden im Beitrag kurz beschrieben.
To improve vehicle safety in frontal collisions, the crash compatibility between the colliding vehicles is crucial. Compatibility aims to improve both the self and partner protection properties of vehicles. Although compatibility has received worldwide attention for many years, no final assessment approach has been defined. Within the Frontal Impact and Compatibility Assessment Research (FIMCAR) project, different frontal impact test procedures (offset deformable barrier [ODB] test as currently used for Economic Commission for Europe [ECE] R94, progressive deformable barrier test as proposed by France for a new ECE regulation, moveable deformable barrier test as discussed worldwide, full-width rigid barrier test as used in Federal Motor Vehicle Safety Standard [FMVSS] 208, and full-width deformable barrier test) were analyzed regarding their potential for future frontal impact legislation. The research activities focused on car-to-car frontal impact accidents based on accident investigations involving newer cars. Test procedures were developed with both a crash test program and numerical simulations. The proposal from FIMCAR is to use a full-width test procedure with a deformable element and compatibility metrics in combination with the current offset test as a frontal impact assessment approach that also addresses compatibility. By adding a full-width test to the current ODB test it is possible to better address the issues of structural misalignment and injuries resulting from high acceleration accidents as observed in the current fleet. The estimated benefit ranges from a 5 to 12 percent reduction of fatalities and serious injuries resulting from frontal impact accidents. By using a deformable element in the full-width test, the test conditions are more representative of real-world situations with respect to acceleration pulse, restraint system triggering time, and deformation pattern of the front structure. The test results are therefore expected to better represent real-world performance of the tested car. Furthermore, the assessment of the structural alignment is more robust than in the rigid wall test.
Für eine fachgerechte Ausführung des Ersatzes oder Teilersatzes von Betonplatten erfordern konventionelle Methoden ein relativ großes Zeitfenster, da die Verkehrsfreigabe ein Erreichen der erforderlichen Materialfestigkeit voraussetzt. Bei akutem Handlungsbedarf wird daher häufig eine temporäre Instandsetzung mit Asphalt vorgenommen. Seit 2012 werden Einsatzmöglichkeiten und -grenzen eines modularen Schnellreparatursystems für partiell geschädigte Betonfahrbahndecken untersucht. Dabei werden industriell vorgefertigte Betonteile in ihren Abmessungen individuell an den Schadensumfang angepasst und eingesetzt. Wichtige Aspekte stellen dabei die präzise Entfernung des geschädigten Altbetons aus der Fahrbahndecke und eine stabile Einbindung und Bettung des eingesetzten Fertigteils in den vorhandenen Straßenaufbau dar. In einem ersten Schritt wurden theoretische und technische Grundlagen erarbeitet sowie die praktische Anwendung in Orientierungsversuchen erprobt. Im Fokus der durchgeführten Untersuchungen stand die Findung der Fertigteilgeometrie im Kontext mit der Instandhaltung/Instandsetzung von geschädigten Plattenecken beziehungsweise Fugenkreuzen. Zudem wurden die Untersuchungen messtechnisch begleitet, um erste allgemeine Aussagen zur Dauerhaftigkeit zu erlangen. Aufbauend auf den gesammelten Erfahrungen erfolgte in einem zweiten Schritt die Optimierung und Weiterentwicklung des Systems. Dies betrifft im Speziellen die Schneidtechnologie zur Herstellung der verfahrensbedingt benötigten Aussparungen. Im Ergebnis entstanden spezielle Arbeitsgeräte, die eine Instandsetzung geschädigter Plattenbereiche mit kreisrunden Betonfertigteilen ermöglichen. Die Praxistauglichkeit wird gegenwärtig in ersten Anwendungen untersucht.
Aus wissenschaftlichen Untersuchungen ist bekannt, dass ältere Menschen trotz ihrer langen Fahrerfahrung in spezifischen Verkehrssituationen Fahrfehler und Unsicherheiten zeigen. In zwei Experimenten an jüngeren und älteren Versuchsteilnehmern wurde im Ergonomie-Labor der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) versucht, den Ursachen spezifischer Fahrfehler älterer Kraftfahrer nachzugehen. Die Ergebnisse lieferten wichtige Ansatzpunkte für die Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen (FAS), indem Erkenntnisse zu visuellen Aufmerksamkeitsleistungen gesammelt wurden. Im Rahmen eines Doppeltätigkeitsparadigmas wurde der visuell-räumliche Aufmerksamkeitsprozess, der für das Führen von Kraftfahrzeugen von wesentlicher Bedeutung ist, nicht nur auf der Verhaltensebene, sondern auch neurophysiologisch durch die Ableitung der Hirnströme mittels EEG untersucht. Hauptaufgabe war in beiden Experimenten eine Spurhalteaufgabe, die kurvenreiches Fahren simulieren sollte. Nebenaufgabe war jeweils eine Lichtreizaufgabe, bei der so schnell wie möglich durch Tastendruck auf einen Lichtreiz reagiert werden musste. Im zweiten Experiment wurde überprüft, ob bei der Lichtreizaufgabe die Verschlechterung der Aufmerksamkeitsleistung graduell erfolgt, indem bei den Lichtreizen die Exzentrizität erweitert wurde. Die Reize wurden bilateral, in abgestufter Form in verschiedenen Sehwinkeln von der Fovea centralis präsentiert. Dargestellt werden die Versuchsdurchführung sowie die Ergebnisse für die Verhaltensdaten und die festgestellten ereigniskorrelierten Potenziale (EKP). Es zeigte sich, dass durch die Berücksichtigung zusätzlicher weiterer Exzentrizitäten die Ergebnisse der Vorgängerstudie in bedeutsamer Weise erweitert werden konnten. Für beide Gruppen zeigten sich über den Verlauf hinweg klare Anzeichen für den Verlauf kompensatorischer Prozesse, die sich für die Älteren aber nur bis zu einem Sehwinkel von 50 Grad darstellten. Bei Reizen im Sehwinkel von 60 Grad war die Detektionsleistung deutlich schlechter, vor allem bei den älteren Versuchsteilnehmern. Außerdem wurde festgestellt, dass vor allem die Älteren Beeinträchtigungen in der Detektionsleistung zeigen, wenn der Abstand zwischen zwei Reizen gering ist. Es zeigt sich, das im Hinblick auf das Übersehen von Verkehrsobjekten, das eine wesentliche Ursache von Unfällen älterer Fahrer darstellt, diese technisch - beispielsweise bei Wende- oder Abbiegeprozessen - durch einen Sehfeldassistenten unterstützt werden können. Da Ältere durch schnelle Reaktionsabfolgen stärker beansprucht werden, sind Systeme mit Warnfunktion oder teilautomatisierte Systeme eher kritisch zu sehen, da sie zusätzlichen Bedien- beziehungsweise Überwachungsaufwand erfordern.
Für den Verkehr auf Straße und Schiene sowie für den Luft- und Seeverkehr sind kritische Infrastrukturen oft die zentralen Knotenpunkte, ohne deren Funktionieren der Güter- und Personenverkehr erheblich beeinträchtigt werden kann. Die Wichtigkeit funktionierender und robuster Verkehrsnetze und eben dieser Knotenpunkte wird bei Betrachtung der steigenden Gütertransportmengen von intra-europäischen Transportaktivitäten deutlich: So soll sich der Verkehr zwischen den Europäischen Mitgliedsstaaten bis 2020 verdoppeln. Eine umsichtige Infrastrukturentwicklung spielt daher eine besondere Rolle in Europa. So nehmen Planung und Ausbau des TEN-T-Netzes (Trans-European Networks of Transport) zwischen 2010 und 2030 550 Milliarden Euro in Anspruch. Gerade im Hinblick auf terroristische oder kriminelle Bedrohungen, Großunfälle oder immer intensiver werdende Extremwetterereignisse und andere Naturgefahren spielt die Sicherheit dieser Infrastrukturen eine wichtige Rolle in der Planung neuer sowie beim Betrieb bestehender Bauwerke.
Economic constraints nowadays require transporting greater volumes of freight at lower cost. Yet, physical profiles of trucks do not all generate the same effects on road infrastructure for a given tonnage hauled. The objective then lies in finding an optimal service level that reduces the damage caused to infrastructure. Results derived for the impact of trucks on pavements are presented. The impact of truck traffic trends on road bridges will also be discussed.rn
Die temperierte Straße
(2013)
Eine temperierte Straße? Bei genauerer Betrachtung weist die Vision einer temperierten Fahrbahnoberfläche überzeugende Vorteile auf und ist technisch bereits heute umsetzbar, wie eine Reihe von Projekten weltweit belegt. Im Rahmen der vorgestellten Machbarkeitsstudie wurden die Möglichkeiten und Grenzen einer Fahrbahntemperierung untersucht. Unter Berücksichtigung unterschiedlicher Asphalt- und Speicherkonzepte sowie der in Deutschland vorherrschenden geologischen und klimatischen Randbedingungen erfolgte eine Auswertung der Wirksamkeit und Wirtschaftlichkeit eines energetischen Gesamtsystems aus Fahrbahn, Speicher und Gebäude. Die Studie stellt die Rahmenbedingungen für eine Realisierung einer solchen Anlage dar. In vorangegangenen Forschungsvorhaben wurde deutlich, dass sich mit einer Fahrbahnheizung, abgesehen vom volkswirtschaftlichen Nutzen, aus der gesteigerten Verkehrssicherheit nur ein geringer betriebswirtschaftlicher Nutzen aus eingesparten Winterdiensteinsätzen erzielen lässt. Im nächsten Schritt wurde daher der Nutzen einer Kühlung der Fahrbahndecke im Sommer, die sich insbesondere bei Asphaltdeckschichten als vorteilhaft erweist, in die Betrachtung einbezogen. Bei den zugehörigen thermodynamischen Simulationen zeigte sich ein erheblicher Energieüberschuss in der Jahresbilanz. Daher war es nur folgerichtig, für diese Energie mögliche Abnehmer zu suchen. Im Gegensatz zu den erst im Verlauf des Nutzungszeitraums entstehenden Einsparungen aus der Kühlung der Fahrbahnoberfläche können aus einem solchen Verkauf erneuerbarer Energie ganz konkret und kurzfristig Einnahmen generiert werden. Es zeigt sich, dass mit der ganzjährigen Klimatisierung angrenzender Gebäude zwar Einnahmen erzielt werden können, die Wirtschaftlichkeit aber durch die Kosten für die Speicherung bestimmt wird. Letztlich scheint die Umsetzung einer solchen Anlage immer dann wirtschaftlich darstellbar, wenn die geologischen, klimatischen und topografischen Rahmenbedingungen eine effiziente Speicherung der Energie zulassen.