620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Untersuchung der Vorfahrtsregelung "Rechts vor Links" unter dem Aspekt der Verkehrssicherheit
(1983)
Neben einer empirischen Untersuchung, die das Fahrverhalten an "Rechts vor Links"-geregelten Knotenpunkten analysierte, wurden in 3 Kölner Wohngebieten Verkehrsbeobachtungen, Befragungen sowie Versuchsfahrten mit 30 Kraftfahrern durchgeführt. U.a. zeigten sich folgende Ergebnisse: viele Versuchspersonen stehen der "Rechts vor Links"-Regelung skeptisch bis ablehnend gegenüber. Die Regelung wird als gefährlich eingeschätzt. In der Regel werden an den Knotenpunkten mit "Rechts vor Links"-Regelung die Geschwindigkeiten reduziert; die mittlere Knotengeschwindigkeit der Versuchspersonen lag zwischen 20 und 35 km/h. In mehr als der Hälfte der Fälle wurden Knotenpunkte - trotz der Geschwindigkeitsreduktion - mit erhöhtem Risiko befahren. Bei großzügigen Straßenquerschnitten und entsprechend großflächigen Knotenpunkten ist das Risiko geringer als bei engeren baulichen Verhältnissen. An Einmündungen wird seltener die Bremse betätigt, mit höheren Geschwindigkeiten gefahren und erheblich häufiger die kritische Geschwindigkeit überschritten als an Kreuzungen. Eine experimentell vorgenommene Einschränkung der Sichtweite an einem Knotenpunkt hatte keinen Einfluss auf das Geschwindigkeits- und Bremsverhalten. Insgesamt ist festzustellen, dass die "Rechts vor Links"-Regelung in der Praxis keineswegs als einfache und für den Kraftfahrer unproblematische Art der Verkehrsregelung anzusehen ist.
Typisierung von Verkehrsstärkeganglinien des Schwerverkehrs durch clusteranalytische Verfahren
(1983)
Verstärkeganglinien sind Kenngrößen, die Aussagen über die zeitliche Veränderung des Verkehrs beinhalten. Einleitend wird auf die Methodik und die statistischen Grundlagen der Ermittlung und Darstellung von Verkehrsganglinien eingegangen. Die typisierten Tages-, Wochen-, Jahresganglinien des Schwerverkehrs werden dargestellt.
Streuung von Schutzkriterien in kontrollierten Aufprallversuchen gegen die starre 30 Grad-Barriere
(1983)
Gegenstand der Arbeit ist die Ermittlung von Streubreiten von Fahrzeug- und Dummy-Messwerten in Aufprallversuchen bei Geschwindigkeiten von 50 km/h gegen eine starre 30-°-Barriere. Zu den fahrzeugseitigen Messwerten gehörten die Deformation der Frontstruktur, die maximale Fahrzeugverzögerung, die mittlere Fahrzeugverzögerung und Anforderungen der ECE-Regelung 33. Die gemessenen Standardabweichungen der Einzelwerte lagen mit zwei bis sieben Prozent deutlich unter zehn Prozent. Höhere Standardabweichungen der Messwerte wurden dann beobachtet, wenn Aufpralle nach den Mustern Kopf-Lenkrad (Fahrer), Brust-Lenkrad (Fahrer) und Knie-Armaturentafel (Fahrer und Beifahrer) nicht in allen Versuchen zu beobachten sind. Hohe Streubreiten für die Kopfbeschleunigung bzw. die Beschleunigung der Brust des Dummy auf dem Fahrersitz wurden dadurch verursacht, dass in einem Versuch eine unübliche Vorverlagerung des Dummys infolge mangelhafter Gurtwirkung mit nachfolgendem Brust-Lenkrad-Kontakt zu beobachten war.
Asphalt verhält sich viskoelastisch und viskoplastisch. Diese beiden rheologischen Eigenschaften sind aus Versuchen an Probekörpern und auch aus Messungen an Straßenbefestigungen bekannt. In der vorliegenden Arbeit werden insbesondere die Ergebnisse von dynamischen Versuchen an Asphalt-Probekörpern theoretisch interpretiert und daraus Folgerungen für das Verhalten des Baustoffes in Straßenbefestigungen bei bewegten Verkehrslasten gezogen. Zur Beschreibung des viskoelastischen Verhaltens werden die grundlegenden Begriffe der Viskoelastizität, die Kriechfunktion und der komplexe Elastizitätsmodul und ihre Beziehungen zueinander eingehend behandelt. Die Anwendung dieser Begriffe auf die Experimente führt schließlich zur Definition eines effektiven Elastizitätsmoduls für Asphalt, welcher Anstelle des E-Moduls im konventionellen Sinne bei elastizitätstheoretischen Bemessungsbesprechungen von Straßenbefestigungen verwendet werden kann. Infolge seines viskoplastischen Verhaltens kommt es bei Asphalt zu bleibenden Verformungen, die sich z.B. bei Straßen als Spurrinnen zeigen und die Befahrbarkeit wesentlich beeinträchtigen. Es werden die physikalischen Zusammenhänge des viskoplastischen Verhaltens erarbeitet. Damit werden Grundlagen für Verfahren bereitgestellt, mit deren Hilfe aus Verformungsmessungen an Probekörpern (Impulskriechversuche) bleibende Verformungen in Asphalt-Befestigungen von Straßen berechnet werden können.
Der gemeinsam vom Institut für Verkehrsplanung und Verkehrswegebau der Technischen Universität Berlin und von der Bundesanstalt für Straßenwesen, Köln, durchgeführte Forschungsauftrag des Bundesministers für Verkehr hatte zum Ziel, Lösungswege zu finden, wie der Betondecke - ohne die Zusammensetzung zu ändern - von Anfang an eine gute Griffigkeit mitgegeben werden kann. Hierzu wurden vier grundsätzliche Möglichkeiten der Oberflächenausführung in verschiedenen Varianten und auch Kombinationen systematisch im Hinblick auf Praktikabilität, Griffigkeit, Lärm, Ebenheit und Aufwand untersucht: 1. Strukturieren des Oberflächenmörtels (z.B. Rosshaarbesen, Stahlbesen nach TRRL) 2. Aufstreuen von gebrochenen Mineralstoffen auf den frischen Beton hinter dem Nachlaufglätter (z.B. Diabas 2/5 mit einer Gussasphalt-Riffelwalze angedrückt) 3. Einarbeiten von Brechsand in den Oberflächenmörtel durch den Nachlaufglätter (z.B. Siliziumkarbid 0,5/1) 4. Beseitigen des Oberflächenmörtels (in Anlehnung an die Waschbetontechnik) Die Untersuchungen erfolgten mit Unterstützung mehrerer Landesstraßenbauverwaltungen, die die umfangreichen Versuchsprogramme in anstehende Neubau- bzw. Erneuerungsprogramme für Autobahnen einbringen konnten. Insgesamt wurden auf sieben Versuchsstrecken etwa 100 Versuchsfelder angelegt, die in der Regel 50 m lang sind. Bei Abschluss des ersten Teils der Forschungsarbeit lagen die Betonfahrbahnen der Versuchsstrecken durchschnittlich etwa zwei Jahre unter Verkehr. Hinsichtlich ihres Griffigkeitsverhaltens kann allgemein festgestellt werden: - Eine stärkere Strukturierung der Feinmörtelschicht wirkt sich anfangs und längerfristig stets günstig auf den Kraftschluss zwischen Reifen und Fahrbahn bei Nässe aus. Die im "Merkblatt über Straßengriffigkeit und Verkehrssicherheit bei Nässe" genannten Richtwerte werden sicher erfüllt. - Technisch lassen sich derartige Oberflächen ohne zusätzlichen Mehraufwand mit Besen erzielen, deren Borsten relativ lang und steif sind. Die besten Ergebnisse wurden mit dem vom britischen Transport an Road Research Laboratory entwickelten Stahlbesen erzielt, gefolgt vom Kunststoffbesen nach Piassava-Art. - Die übrigen Verfahren, insbesondere das zusätzliche Anreichern der Feinmörtelschicht mit scharfen Mineralstoffen und das Beseitigen des Oberflächenmörtels in Anlehnung an die Waschbetontechnik, können das hohe Griffigkeitsniveau der mit dem englischen Stahlbesen strukturierten Oberflächen nur selten erreichen. Sie sind dabei wesentlich aufwendiger und meistens wenig praktikabel. Da die Anforderungen bezüglich Ebenheit ohne weiteres erfüllt wurden und auch die Lärmmessungen gegenüber den mit Rosshaarbesen behandelten Oberflächen keine signifikant höheren Werte ergaben, hat die abschließende Oberflächenstrukturierung frischer Betondecken mit dem englischen Stahlbesen bereits Eingang in die ZTV Beton 78 gefunden.
Untersuchung der Eignung von Gesteinsmehlen als Füller zur Herstellung von Asphaltbetondeckschichten
(1982)
In der Asphalttechnologie gab es bei der Beurteilung von Gesteinsmehlen und anderen feinkörnigen Stoffen für die Herstellung von bituminösem Mischgut unterschiedliche Auffassungen. Die Ursachen für diese Schwierigkeiten wurden insbesondere in uneinheitlichen Prüfverfahren, aber auch in der Aussagekraft einzelner Prüfverfahren selbst hinsichtlich der Bedeutung der granulometrischen feinsten Mineralstoffe im Asphalt vermutet. Somit war es naheliegend, verschiedene Gesteinsmehle und Mischungen daraus sowohl im Laboratorium als auch auf der Straße unter Verkehrs- und Witterungsverhältnissen zu untersuchen und zu beurteilen. Die Auswahl der elf Gesteinsmehle wurde bewusst darauf abgestimmt, solche mit unterschiedlich zu erwartendem Verhalten zu untersuchen; man folgte hierbei dem Gedanken, auch solche Gesteinsmehle für die Herstellung des Mischgutes zu verwenden, die kritisch wegen der Quellfähigkeit beurteilt wurden. Bei den Untersuchungen hatte man erwartet, dass eine vollständige Beurteilung von Gesteinsmehlen für Deckschichten aus Asphaltbeton allein auf Grund von labormäßigen Prüfverfahren möglich ist. Diese Erwartungen haben sich nicht bestätigt. Die bisherige Erfahrung über die stabilisierende Wirkung von Gesteinsmehlen wurde erneut durch einige Prüfverfahren erwiesen. Gemäß den Forderungen der Technischen Vorschriften und Richtlinien bezüglich der quellfähigen Bestandteile konnten einige Tendenzen bei den Versuchen im Laboratorium beobachtet werden, die bei der gegebenen Spreizung der Ergebnisse zunächst einen Anlass boten, das eine oder andere Gesteinsmehl zukünftig von der Verwendung bei der Herstellung von Mischgut für Deckschichten aus Asphaltbeton auszuschließen. Nachdem die Ergebnisse aus den Feldversuchen jedoch vorliegen und diese fast gleichartiges Verhalten in den Gebrauchseigenschaften anzeigen, ist ein solcher Anlass nicht gegeben.
Die Typisierung von Verkehrsstärkeganglinien dient dazu, die Variabilität des Verkehrsaufkommens in ihren wesentlichen Ausprägungen zu verdeutlichen. Damit wird die Vergleichbarkeit von Ganglinien sowohl in der räumlichen wie auch in der zeitlichen Dimension erleichtert oder sogar erst ermöglicht. Durch die Betrachtung normierter Ganglinien wird die Verwendbarkeit der Ergebnisse über mehrere Jahre begünstigt, da erfahrungsgemäß die Verkehrsanteile für längere Zeiträume unter ceteris-paribus-Bedingungen keinen großen Veränderungen unterliegen. So sind z. B. Vergleiche für Regionen oder Streckenzuege möglich, oder es können bei Betrachtungen über mehrere Jahre wesentliche Veränderungen festgestellt werden, die etwa durch Infrastrukturmaßnahmen oder durch Konjunkturschwankungen hervorgerufen sein mögen. Somit wird den planerischen und politischen Institutionen eine Entscheidungshilfe angeboten. Selbstverständlich können je nach Aufgabenstellung auch Verkehrsstärkenganglinien für andere als die hier untersuchten Zeitbereiche mit den gleichen Methoden klassifiziert und somit typisiert werden, wie z. B. Ganglinien in bestimmten von Feiertags- und Ferienverkehr beeinflussten Zeitbereichen.
Teil A: Etwa 25% aller Straßenverkehrsunfälle sind Anfahrten gegen seitliche Hindernisse. Diese Unfälle sind im Allgemeinen auch folgenschwer. Seitlich der Fahrbahn stehende Gegenstände der Straßenausstattung müssen deshalb zur Verbesserung der passiven Sicherheit so verformbar (umfahrbar) ausgebildet werden, dass die Unfallfolgen eines Anpralles möglichst gering bleiben oder es müssen Schutzeinrichtungen angeordnet werden. Im Rahmen dieses Forschungsauftrages sollten in Anfahrversuchen solche Gegenstände der Straßenausstattung untersucht werden, die bei Unfällen als gefährliche seitliche Hindernisse anzusehen sind. In einem 5-Jahres-Versuchsprogramm sollten geprüft werden: - Senkrechte Hindernisse wie großflächige seitlich aufgestellte Verkehrsschilder, Notrufsäulen u.a. - abweisende Schutzeinrichtungen für spezielle Anwendungsfälle wie Sicherung von Mittelstreifenüberfahrten, Schutzplanken vor Lärmschutzwänden u.a. Die Ergebnisse anderer Forschungsstellen sollten berücksichtigt werden. Mit Frankreich wurde eine arbeitsteilige Zusammenarbeit vereinbart. Der vorliegende Teil I des Schlussberichtes enthält die Zielsetzung des Gesamtprogramms, eine Zusammenstellung der Versuchsobjekte, die Kriterien für die Versuchsbedingungen und die Bewertung der Versuche, die Planung und den Bau der Anfahrversuchsstrecke sowie Angaben zur technischen Durchführung der Versuche. Die Ergebnisse der einzelnen Versuchsreihen werden in weiteren getrennten Berichten mitgeteilt. Teil B: In Anfahrversuchen wurden Aufstellvorrichtungen für Verkehrsschilder großer Abmessungen aus Gabelständern und aus Profilständern (U-Profilträger oder Rundrohrpfosten) daraufhin geprüft, ob sie im Sinne der passiven Sicherheit als leicht verformbar (umfahrbar) gelten oder umfahrbar gestaltet werden können. Die Versuchsschilder mit bis zu 4 m hohen Tafeln wurden mit leichten PKW bei Anfahrgeschwindigkeiten von 100 bzw. 40 km/h frontal gegen einen von zwei Ständern angefahren. Die 7 mit Gabelständern durchgeführten Versuche haben gezeigt, dass diese bei geeigneter Befestigung der Tafeln (z. B. Aluminiumklemmschellen) und bei nicht überdimensionierter Befestigung auf dem Fundament als umfahrbar angesehen werden können, wenn sie aus Rohren bis zu 76 mm Durchmesser und bis ca. 3 mm Wandstärke bestehen. Dasselbe gilt für die Aufstellung mit Rohrpfosten der Stärke bis 76 x 3,2 mm (Versuch mit einer Pfeiltafel von 2,6 m2). Verkehrsschilder an Profilständern ohne Sollbruchstellen müssen, wie drei Versuche übereinstimmend gezeigt haben, schon bei kleinen Abmessungen als nicht umfahrbare Hindernisse angesehen werden. Solche Verkehrsschilder sind durch Schutzeinrichtungen abzusichern. Aufgrund der Versuchsergebnisse können Empfehlungen für die konstruktive Ausbildung von Aufstellvorrichtungen für seitlich aufgestellte Verkehrsschilder großer Abmessungen gegeben werden.
Mit Untersuchungen zum Problembereich Falschfahrten auf Autobahnen sollten fragen nach der Häufigkeit von Falschfahrten, deren Hintergründe und Ursachen beantwortet sowie Maßnahmen zu ihrer Verhinderung aufgezeigt werden. Informationsbasis der Untersuchung war ein zwei Jahre laufendes bundesweites Meldeverfahren, das zur Meldung von ingsgesamt 3.502 Falschfahrten führte. Falschfahrten sind gleichmäßig über die Tageszeit verteilt. Falschfahrer sind in allen Gruppen von Verkehrsteilnehmern anzutreffen. Anschlussstellen und Autobahnkreuze sind bevorzugte Ausgangspunkte einer Falschfahrt. Falschfahrunfälle haben eine vergleichsweise große mittlere Unfallschwere. Hinsichtlich der Ursachen für Falschfahrten ist nach bewussten Falschfahrten (zielgerichtetes Fahrmanöver zum Ausgleich eines vorangegangenen Fehlers) und unbewusste Falschfahrten (die Falschfahrt ist dem Verkehrsteilnehmer bei Beginn der Falschfahrt nicht bewusst) zu unterscheiden. Aus den Untersuchungsergebnissen abgeleitete Maßnahmen sind verkehrstechnischer und verkehrsrechtlicher Art.
Flexible Straßenbefestigungen werden durch den Verkehr mit nichtzeitkonstanten Kräften belastet und reagieren mit nichtzeitkonstanten Spannungen und Dehnungen. Bei linearelastischen Körpern sind Spannung und Dehnung durch ein Modul verknüpft. Für den viskoelastischen Baustoff Asphaltbeton hingegen gilt dies nicht in der herkömmlichen Form: Das "Modul" ist eine von der Temperatur und der Belastungszeit abhängige Funktion. Eine solche Modulfunktion kann zur Beschreibung des viskoelastischen Baustoffes benutzt werden und Materialkennwerte für Bemessungsrechnungen liefern. Hierfür wird häufig der temperaturabhängige absolute Modul /E/ bei einem Frequenzwert von 10 Hz verwendet. Die experimentelle Ermittlung von Modulfunktionen für bituminöse Straßenbaustoffe war das Thema der vorliegenden Arbeit. Hierzu wurden grobe Körper aus Mischgut hergestellt oder aus Ausbruchstücken oder Bohrkernen gesägt und in Belastungseinrichtungen sinusförmigen Kräften unterworfen. Die Probekörpertemperatur wurde variiert. Mehrere einfache Lastfälle wurden benutzt: Ein Biegeversuch, ein Zug-Druckversuch, zwei Schubversuche und ein Torsionsversuch. Nachteil der Belastungseinrichtungen war eine Beschränkung auf geringe Kräfte, Vorteile lagen in der großen Flexibilität und Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Problemstellungen. Durch die Messung von Kräften, Dehnungen und Bewegungen werden die Verformungswiderstände der Probekörper, die Steifigkeiten, bestimmt. Zwischen diesen Werkstückgrößen und den Werkstoffgrößen, den Moduli, schafft ein die Versuchsanordnung beschreibender "Formfaktor" die Verknüpfung. Die Berechtigung, einen solchen mit den Mitteln der Elastizitätstheorie abgeleiteten Formfaktor auch bei viskoelastischen Baustoffen und zeitveränderlichen Belastungen anwenden zu dürfen, wird nachgewiesen. Dabei muss Linearität zwischen Spannung und Dehnung vorausgesetzt werden. Die Querkontraktionszahl, die für linearelastische Stoffe die Verknüpfung der Moduli E und G beschreibt, ist ebenfalls temperatur- und frequenzabhängig. Auch für viskoelastische Stoffe lässt sich eine Verknüpfung zwischen den Modulfunktionen E und G mit Einschränkungen nachweisen. Eine Weiterverarbeitung der experimentell ermittelten Modulfunktionen wird nicht vorgenommen. Es kann hier aber auf eine theoretische Arbeit in der Bundesanstalt für Straßenwesen verwiesen werden, die die gefundenen Modulfunktionen benutzt und zu einem weitgehenden Verständnis des Verhaltens bituminöser Straßenbaustoffe führen konnte.