620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Im Rahmen des Forschungsprojektes FE 15.0541/2011/BRB "Fachtechnische Vorbereitung von geothermischen Pilotanwendungen bei Grund- und Tunnelbauwerken" wurde durch das Institut für Geotechnik der Universität Stuttgart das geothermische Potential der Tunneldrainagewasserschüttungen an den Portalen des Tunnel Rennsteig (BAB 71, Thüringer Wald) und des Grenztunnels Füssen (BAB 7, Bayern) ermittelt und die chemisch-physikalische Eignung zur thermischen Nutzung untersucht. Im Ergebnis können am Tunnel Rennsteig Wärmeströme zwischen 50 kW (Heizbetrieb) und 590 kW (Kühlbetrieb) und am Tunnel Füssen zwischen 150 kW (Heizbetrieb) bis 440 kW (Kühlbetrieb) nutzbar gemacht werden. Für die Tunnelportale wurden Konzepte zur Nutzung der thermischen Energie entwickelt und gesamtheitlich bewertet. Verglichen wurden klassische Nutzungen aus dem Bereich der Gebäudeklimatisierung, der Eis- und Schneefreihaltung von Freiflächen sowie die thermische Nutzung des Tunneldrainagewassers zur Fischzucht. Hierbei zeigten sich die Temperierung von Freiflächen sowie die Klimatisierung von Betriebsräumen der Tunneltechnik als technisch und energetisch sinnvolle Varianten der Energienutzung. Für die Nordportale der Tunnel Füssen und Rennsteig wurden diese Konzepte im Sinne einer Vorplanung vertieft betrachtet sowie monetär und auf der Basis weiterer Kriterien, wie der technischen Realisierbarkeit und des späteren Betriebs, bewertet. Für das Nordportal des Grenztunnels Füssen wurden im Rahmen einer Entwurfsplanung Anlagen zur Temperierung von Freiflächen sowie zur Klimatisierung der Tunnelbetriebsräume entwickelt. In beiden Fällen erfolgt die Nutzung des Tunneldrainagewassers direkt und passiv, d.h. es erfolgt kein Temperaturhub und das Wasser zirkuliert direkt durch die entsprechenden Wärmeübertrager. Das am Tunnel Füssen existierende geothermische Potential für den Kühlfall wird durch die geplante Anlage nur zu einem geringen Teil ausgenutzt, so dass die Auskopplung weiterer Kühlenergie möglich ist.
Fahrzeug-Rückhaltesysteme entlang von Straßen sollen die Folgen von Unfällen so gering wie möglich halten. Sie dienen dem Schutz von unbeteiligten Personen oder schutzbedürftigen Bereichen neben oder unterhalb von Straßen oder des Gegenverkehrs bei zweibahnigen Straßen, und sie schützen Fahrzeuginsassen vor den schweren Folgen infolge Abkommens von der Fahrbahn. Der Bericht erläutert die Entscheidungsfindung und die Hintergründe der Überarbeitung und der Weiterentwicklung der ZTV-ING Teil 8 Bauwerksausstattung Abschnitt 4 Rückhaltesysteme (ZTV-ING 8-4). Außerdem werden aus der Sicht des Brückenbaus die bis dato gesammelten Erkenntnisse aus den Anprallversuchen zusammengefasst und erläutert. Die Entwicklung der unterschiedlichen Lastmodelle für die Einwirkungen aus Anprallereignissen auf Schutzeinrichtungen wird beschrieben und diskutiert. Ziel der bislang unternommenen Bemühungen war und ist die Ableitung eines statischen Ersatzlastmodells, mit dem die Bemessung des Bauwerks und der relevanten lokalen Bauteile für diese Einwirkungen ausreichend sicher durchgeführt werden kann. Es wird ein Verfahren entwickelt, wie die Kräftemessungen aus Anprallprüfungen anhand eines standardisierten Einstufungsverfahrens in das Einwirkungsmodell nach DIN-Fachbericht 101, Ausgabe 2009 und DIN EN 1991-2 überführt werden können. Die Fortschreibung der damit im Zusammenhang stehenden Normen und die Einführung der Eurocodes für die Bemessung im Brückenbau machte eine weitere Anpassung bzw. Ergänzung der Auswertesystematik erforderlich. Bei bestehenden Brücken kann auf ein alternatives Lastmodell zurückgegriffen werden, welches im Zuge eines Forschungsvorhabens (Neumann, Rauert, Fahrzeug-Rückhaltesysteme auf Brücken, Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Brücken- und Ingenieurbau, Heft B108, Bergisch Gladbach, Dezember 2014) entwickelt wurde. Dieses Lastmodell scheint geeignet zu sein, als Grundlage für eine europäische Weiterentwicklung der Einwirkungen in den DIN EN 1991-2 infolge eines Anpralls an Schutzeinrichtungen zu dienen.
Bei der Brücke Beimerstetten erfolgt als Pilotprojekt in Deutschland eine Verstärkung einer orthotropen Platte mit stabstahlbewehrtem hochfestem Stahlfaserbeton, dessen Verbund mit dem Deckblech über eine zuvor verklebte Splittschicht hergestellt wird. Diese Verstärkungsmethode wurde in den Niederlanden entwickelt und bei Pilotprojekten eingesetzt. Die Brücke Beimerstetten ist als Einfeldtraeger mit einer Spannweite von 40,35m als einzelliger, stählerner Hohlkasten ausgebildet. Die Aussteifung erfolgt durch Querrahmen im Regelabstand von 2,00m. Die orthotrope Fahrbahnplatte besteht aus einem 12mm dicken Deckblech und Wulstflachstählen als Längsrippen im Abstand von ca. 250 bis 300mm. Vor dem Einbau des Betons wurden Probeplatten hergestellt, die zur versuchstechnischen Untersuchung der Methode unter Baustellenbedingungen durch das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) herangezogen wurden. Nach zwei fehlerhaften Versuchen konnte bei der dritten Probeplatte durch den Einsatz einer druckluftbetriebenen Rüttelbohle, unterstuetzt durch Flaschenrüttler ein vollflächiger Verbund des hochfesten Betons mit dem geklebten Split nachgewiesen werden. Der Einbau des stabstahlbewehrten hochfesten Stahlfaserbetons ist sehr anspruchsvoll und benoetigt unter erschwerten Bedingungen in einer Einhausung eine grosse Anzahl gut geschultes Personal. Am Bauwerk durchgeführte Verformungs- und Dehnungsmessungen konnten im laufenden Baustellenbetrieb nur eingeschränkt durchgeführt werden. Über numerische Berechnungen wurde das Tragverhalten der orthotropen Fahrbahnplatte ohne Belag, mit Aspahltbelag bei unterschiedlichen klimatischen Bedingungen und mit dem Aufbeton ermittelt. Der Abgleich von Mess- und Rechenergebnissen lässt auf einen vollen Verbund zur Zeitpunkt der Messungen schließen. Im Vergleich mit alternativen Verstärkungsmethoden zeigt das Pilotprojekt Beimerstetten gute Verstärkungseigenschaften und eine deutliche Verbesserung des Ermüdungswiderstandes der orthotropen Platte. Hinsichtlich der Dauerhaftigkeit des Verstärkungsverfahrens liegen unzureichende Erkenntnisse vor.
Ziel des Forschungsprojektes ist es, die handnahe Bauwerksprüfung gemäß DIN 1076 durch innovative, bildgebende Verfahren zu ergänzen und zu optimieren. Unbemannte Fluggeräte bzw. UAS (Unmanned Aerial System) bieten vielfältige Möglichkeiten zur Bilderfassung und können als unterstützendes, technisches Hilfsmittel in der Brückenprüfung zum Einsatz kommen. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden drei Brücken mithilfe von UAS beflogen. Es handelte sich dabei um die folgenden Bauwerke: das Schildescher Viadukt in Bielefeld, die Talbrücke Nuttlar sowie die Europabrücke in Koblenz. Diese drei Brücken weisen unterschiedliche Charakteristika bezüglich Bauart, Oberfläche und Baujahr auf. Durch den Einsatz von UAS konnten Schäden an den genannten Brücken identifiziert werden. In diesem Zusammenhang konnten die von einem Brückenprüfer zuvor getroffenen Vorabeinschätzungen bezüglich der zu identifizierenden Schäden bestätigt bzw. übertroffen werden. Insbesondere die Möglichkeit zur Befliegung schwer zugänglicher Stellen durch den Einsatz von UAS sowie Zeitersparnis während einer Prüfung, macht diese Technologie für die Brückenprüfung interessant. Durch die gezielte Anwendung der UAS Technologie wird eine Reduzierung der Nutzungseinschränkung des Bauwerks verbunden mit einer Qualitätssteigerung der Ergebnisse erreicht. Dies gilt nicht nur für die klassische Brückenprüfung gemäß DIN 1076 sondern auch für Sonderprüfungen aufgrund von außergewöhnlichen Ereignissen wie z.B. Hochwasser oder Unfall.
Die Bemessung schlanker plattenförmiger Bauteile, die sich aus ebenen, unversteiften oder versteiften Blechen zusammensetzen und die in ihrer Ebene beansprucht sind, erfolgt nach DIN EN 1993-1-5:2010. Diese Beulnachweise können nach DIN EN 1993-1-5 mittels zweier Nachweiskonzepte, die Methode der wirksamen Breiten in Abschnitt 4-7 und die Methode der reduzierten Spannungen in Abschnitt 10, durchgeführt werden. Die Methode der reduzierten Spannungen ist im Eurocode sehr kurz dargestellt und mit vielen Querverweisen auf andere Abschnitte beschrieben, so dass die Gefahr besteht, diese falsch zu interpretieren. Deshalb ist es notwendig, Abs. 10 deutlicher und klarer zu strukturieren. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden Beispiele mit beiden Methoden untersucht und die Ergebnisse verglichen. Aus der Vergleichsuntersuchung wurden Empfehlungen für die Auswahl des geeigneten Berechnungsverfahrens zusammengestellt. Zu allen wesentlichen Punkten der Nachweisführung wurden Hinweise und Klarstellungen gegeben, die den aktuellen Stand der Technik wiedergeben. Außerdem wurde eine verbesserte Version von DIN EN 1993-1-5 Abs. 10 so ausgearbeitet, dass dieser anwendungsfreundlicher und klarer wird. Mit den Ergebnissen wurden Handlungsempfehlungen in Form eines Flussdiagramms für die Praxis entwickelt und ein Vorschlag für die aktuell stattfindende Weiterentwicklung des EC 3 in Englisch.
Die vorliegende Studie liefert Ergebnisse zur Marktdurchdringung von Fahrzeugsicherheitssystemen im Jahr 2015. Wie bereits im Jahr 2013 wurde die Studie von infas und dem Institut fuer Kraftfahrzeuge (ika) durchgeführt. Dazu wurden 5.040 Haushalte zur Ausstattung eines ihnen zur Verfügung stehenden Fahrzeugs befragt und 56 Fahrzeugsicherheitssysteme ausgewählt. Neben den quantitativen Interviews wurden zwei Fokusgruppen mit Neu- bzw. Gebrauchtwagenkäufern durchgeführt. In der vorangegangenen Studie von 2013 wurden Experten befragt, die beruflich mit dem Ein- oder Verkauf von Pkw fuer Unternehmensflotten befasst sind. Die weiteste Verbreitung haben passive Sicherheitssysteme wie Airbags, die darauf abzielen, die Folgen eines Unfalls fuer die Beteiligten abzumildern. Aber auch aktive und intervenierende Systeme, die Risiken vermeiden oder einzelne Fahraufgaben übernehmen, gehören haeufig zur Fahrzeugausstattung. Die häufigsten Vertreter aus dieser Gruppe sind der Bremsassistent, ESP und der Tempomat. Die meisten Fahrzeugsicherheitssysteme sind in Fahrzeugen der oberen Mittelklasse und Oberklasse zu finden. Mit der jährlichen Fahrleistung und der Nutzungshäufigkeit nimmt die Anzahl der Systeme ebenso zu wie bei jüngeren Fahrzeugen und Dienstwagen. Die grössten Veränderungen gibt es im Segment der SUVs und Geländewagen. Hier steigt die Zahl der Neuzulassungen in den letzten Jahren deutlich und die Ergebnisse zeigen, dass diese Fahrzeuge häufig mit einer Vielzahl von Sicherheitssystemen ausgestattet sind. Die Ergebnisse aus der Vorgängerstudie zeigen, dass gewerbliche Fahrzeughalter solche Fahrzeugsicherheitssysteme in die Standardausstattung aufnehmen, deren Nutzen nachgewiesen ist. In der diesjährigen Studie wird deutlich, dass auch private Käufer Systeme insbesondere dann als sicherheitsrelevant und sinnvoll erachten, wenn sie durch den Gesetzgeber vorgeschrieben oder bereits seit längerer Zeit auf dem Markt etabliert sind. Es zeigt sich auch, dass insbesondere die eigene Erfahrung mit Sicherheitssystemen Vorurteile abbaut und zu einer positiven Einstellung gegenüber solchen Systemen führt.
Im Rahmen dieser Begleitstudie zum Feldversuch mit Lang-Lkw wurde untersucht, wie die technischen Anforderungen der Verordnung über Ausnahmen von straßenverkehrsrechtlichen Vorschriften für Fahrzeuge und Fahrzeugkombinationen mit Überlänge (LKWÜberlStVAusnV) von teilnehmenden Speditionen umgesetzt wurden. Die Studie fußt auf den der BASt von den am Feldversuch teilnehmenden Speditionen zur Verfügung gestellten Daten sowie Fahrzeugbegutachtungen und Fragebögen. Sie bildet den Stand vom 23.06.2016 mit 147 Lang-Lkw von 58 Speditionen ab. 80 Lang-Lkw vom Typ 3 bilden hierbei den größten Anteil. Alternative Umsetzungsmöglichkeiten technischer Anforderungen wurden speziell bei Achslastüberwachungssystemen, Kamera-Monitor-Systemen am Heck und der Tauglichkeit für den Kombinierten Verkehr betrachtet. Bei den Achslastüberwachungssystemen zeigte sich, dass sich bei 80 % der Fahrzeuge alle Achslasten komfortabel direkt im Fahrerhaus ablesen lassen. Kamera-Monitor-Systeme am Heck werden von den Feldversuchsteilnehmern überwiegend als praxistauglich bewertet und insbesondere als Rangierhilfe positiv aufgenommen. Bei Bremswegmessungen zeigte sich, dass auf ihr zulässiges Gesamtgewicht von 40 t beladene Lang-Lkw einen geringfügig längeren Bremsweg aufweisen als Sattelzüge, die mit der gleichen Ladungsdichte, jedoch weniger Ladung auf ca. 28 t Gesamtgewicht volumetrisch voll beladen sind. Bei ganzheitlicher Betrachtung sowohl der Vorgängerstudie als auch dieser Studie kann jedoch von vergleichbaren Bremswegen von Lang-Lkw im Vergleich zu Lkw herkömmlicher Bauart ausgegangen werden. Die Wirksamkeit von Fahrdynamikregelsystemen bei Lang-Lkw wurde im Rahmen von Literaturrecherchen sowie Experten- und Herstellerinterviews untersucht. Die Auslegung der Systeme ist so gestaltet, dass sie den Lang-Lkw verlässlich stabilisieren und zur Fahrzeugsicherheit von Lang-Lkw beitragen.
Im Rahmen dieser Begleitstudie zum Feldversuch mit Lang-Lkw wurde untersucht, wie die technischen Anforderungen der Verordnung über Ausnahmen von straßenverkehrsrechtlichen Vorschriften für Fahrzeuge und Fahrzeugkombinationen mit Überlänge (LKWÜberlStVAusnV) von teilnehmenden Speditionen umgesetzt wurden. Die Studie fußt auf den der BASt von den am Feldversuch teilnehmenden Speditionen zur Verfügung gestellten Daten sowie Fahrzeugbegutachtungen. Sie bildet den Stand vom 15.07.2013 mit 43 Lang-Lkw von 23 Speditionen ab. 31 Lang-Lkw vom Typ 3 bilden hierbei den größten Anteil. Alternative Umsetzungsmöglichkeiten technischer Anforderungen wurden speziell bei Achslastüberwachungssystemen und Kamera-Monitor-Systemen am Heck betrachtet. Die Achslastüberwachungssysteme weisen keine Spezifikationen hinsichtlich ihrer Genauigkeit auf. Probemessungen zeigten jedoch eine hinreichende Genauigkeit, um etwaige Überladungszustände transparent zu machen. Mit den Kamera-Monitor-Systemen können Objekte hinter dem Fahrzeug erkannt werden, eignen sich jedoch je nach Kameraposition eher zur Beobachtung des rückwaertigen Verkehrs oder als Rückfahrhilfe. Durch Simulationen und Fahrversuche wurde das Kurvenlaufverhalten der Fahrzeuge entsprechend -§ 32d der StVZO ("BO-Kraftkreis") überprüft. Es zeigte sich hierbei, dass die Prüfvorschriften nicht hinreichend genau definiert sind und sich speziell für Lang-Lkw je nach Auslegung unterschiedliche Werte ergeben können. Die Studie zeigt weiter, dass Lang-Lkw gegenüber Lkw herkömmlicher Bauart bei einem Gesamtgewicht von 40 t einen kürzeren Bremsweg aufweisen und keine erhöhte Sogwirkung auf Zweiräder ausüben. Darüber hinaus werden Unterschiede in der Fahrdynamik durch Simulationen aufgeschlüsselt, wodurch auf weiteren Forschungsbedarf hingewiesen wird. In Fragebögen wurde die Wirksamkeit der hinteren Beschilderung der Lang-Lkw untersucht. Die Befragung zeigte eine höhere Wirksamkeit von Piktogrammen, welche gegenüber Aufschriften zu bevorzugen sind. Die Auswertung von Flottentelematikdaten ergab eine CO2-Reduktion eines Lang-Lkw von rund 15 % gegenüber Lkw herkömmlicher Bauart, wenn beide Fahrzeuge die gleiche Güterart transportieren.
Aufgrund der Wichtigkeit individueller Mobilität nutzen viele Menschen heutzutage ein Auto zur Fortbewegung. Hierbei scheint es normal zu sein, neben dem Fahren zusätzliche, nicht fahrbezogene Aktivitäten auszuüben. Obwohl die Fahrzeugführung an sich bereits anspruchsvoll ist und die menschlichen Kognitionsressourcen begrenzt sind, geschehen relativ selten schwere Unfälle. Empirische Studien des fahrergesteuerten Fahrens deuten darauf hin, dass Fahrer Strategien besitzen, die es ihnen ermöglichen, auch im Mehrfachaufgabenkontext eine sichere Fahrleistung zu garantieren: Sie scheinen einen Fahrleistungszielwert zu besitzen, den sie im kontinuierlichen Abgleich mit der aktuellen Fahrleistung versuchen zu erreichen. Darüber hinaus scheinen Fahrer die Bearbeitung nicht fahrbezogener Aufgaben zu reduzieren, sobald sie sich einer kritischen Fahrsituation nähern. In den vergangenen Jahren machte die Entwicklung automatisierter Fahrfunktionen deutliche Fortschritte. Dies führte zu tiefgreifenden Veränderungen der Fahrer-Fahrzeug-Interaktion, da Fahrer im Normalverkehr des automatisierten Fahrens (SAE Level 3) nicht mehr die Verantwortung für die Fahrzeugführung tragen und es ihnen freisteht, sich mit nicht fahrbezogenen Aufgaben zu beschäftigen. Hiervon ausgehend stellt sich die Frage, ob und wenn ja, welche Rolle die Fahrerstrategien im Kontext des automatisierten Fahrens spielen. Das aktuelle Forschungsvorhaben beschäftigt sich mit dieser Thematik: Basierend auf der Idee eines Fahrleistungszielwerts wurden Grenzwerte akzeptierter Fahrleistungsbereiche in Abhängigkeit verschiedener Personen- und Situationsfaktoren bestimmt. Des Weiteren wurde untersucht, inwiefern Fahrern ihre Strategien auch in Übernahmesituationen des automatisierten Fahrens in Abhängigkeit verschiedener Systemkonfigurationen zur Verfügung stehen. Abschließend wurden die Erkenntnisse dieser beiden Schritte zur Ableitung von Gestaltungsempfehlungen für zukünftige automatisierte Systeme genutzt.
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.