620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Das Bauwesen durchläuft derzeit einen tiefgreifenden technologischen Wandel. Während Bauwerke traditionell mit Hilfe von 2D-Zeichnungen geplant werden, setzt Building Information Modeling (BIM) auf einen vollständig digitalisierten Planungsprozess. Im Mittelpunkt steht dabei ein virtuelles 3D-Bauwerksmodell, welches neben geometrischen und topologischen auch semantische Informationen beinhaltet. Insbesondere für die Betreiber von Bauwerken ergeben sich enorme Vorteile aufgrund der gut strukturierten, durchsuch- und analysierbaren Datenbasis, die durch die digitalen Bauwerksmodelle bereitgestellt werden. Notwendige Voraussetzung dafür sind allerdings Modelle, welche eine saubere Aufgliederung in eine sinnvolle Bauteilstruktur und die Definition bzw. Erfassung relevanter Eigenschaften und Elementattribute ermöglichen. Im Rahmen des Forschungsprojektes galt es zu klären, in welchen Grenzen der Einsatz von Building Information Modeling für Bestandsbrücken zur Unterstützung der Erhaltungsplanung geeignet und mit welchem Aufwand dabei zu rechnen ist. Dazu wurde eine umfassende Literaturstudie durchgeführt und bereits vorhandene Ansätze im In- und Ausland dokumentiert. Weiter wurden Anforderungen bezüglich der geometrischen und semantischen Detaillierung der digitalen Bauwerksmodelle definiert. Es war zu klären, welche Informationen zusätzlich zu den bereits vorhandenen digitalen Informationen über Brücken in Verbindung mit vorhandenen nicht-digitalen Informationen aus früheren Planungsphasen bereitgestellt werden müssen. Nach Ermittlung der Anforderungen wurden entsprechende BASt-Attributkataloge für das Erhaltungsmanagement von Brückenbauwerken ausgearbeitet. Schließlich wurde die Fragestellung geklärt, mit welchen Methoden fehlende Informationen bei Bestandsbrücken erlangt werden können. Dazu waren im Besonderen die Grenzen der verschiedenen Verfahren zu identifizieren und der Aufwand abzuschätzen.
Im Forschungsvorhaben wurde eine vergleichende Analyse der Baulastträgerkosten von Einhausungsbauwerken und Tunneln in offener Bauweise über den Lebenszyklus durchgeführt. Betrachtet wurden die Einhausungsarten oben offene Einhausungen, seitlich offene Einhausungen (Galerien) und geschlossene Einhausungen mit Verglasungen im Decken- und/oder Wandbereich. Der Analyse wurden mittlere Kostensätze für die Erhaltung (Erneuerung und Unterhaltung) der Bauwerke zugrundegelegt, die aus vorliegenden Objektdaten von Einhausungen und Tunneln gewonnen wurden. Die Gegenüberstellung der Kosten erfolgte für fiktive Gegen- und Richtungsverkehrsbauwerke mit einer Länge von 100 bis 6.000 Metern. Die bauliche Gestaltung sowie die betriebs- und sicherheitstechnische Ausstattung der Einhausungen wurden aus den Ergebnissen einer parallel durchgeführten Risikoanalyse (FE 15.492/2010/FRB) abgeleitet. Ziel der Gegenüberstellung war insbesondere die Ermittlung des Kosteneinflusses der Beleuchtungs- und Lüftungsauslegung. Als Vergleichsgröße wurden nach dem Modell der Ablösebeträge-Berechnungsverordnung (ABBV) kapitalisierte Erhaltungskosten verwendet. Im Ergebnis zeigte sich, dass alle Einhausungsarten mit geringeren Kosten als nach RABT 2006 ausgestattete Vergleichstunnel verbunden sind. In Abhängigkeit von Bauwerkslänge und Betriebsform ergaben sich für seitlich offene Einhausungen um 35 bis 45 %, für oben offene Einhausungen um 15 bis 40 % und für geschlossene Einhausungen um 10 bis 20 % niedrigere Erhaltungskosten. Auf Grundlage der ermittelten Kostensätze und dem Modell der ABBV wurde ein Softwaretool erstellt, mit dem die verschiedenen Einhausungsarten einem Vergleichstunnel gegenübergestellt werden können und das die zu erwartenden Kostendifferenzen ausgibt. Basierend auf den Ergebnissen wurden Standardisierungskonzepte für das Regelwerk erarbeitet, die unter Beibehaltung des Sicherheitsniveaus nach RABT 2006 eine wirtschaftlich optimierte Ausstattung von Einhausungen ermöglichen sollen.
Ziel der Studie ist eine Untersuchung extrem miniaturisierter autarker Mikrosysteme mit Sensoren, die, eingebaut in der Straße, Daten empfangen, verarbeiten, speichern und senden können. Der strukturelle Straßenzustand soll mit solchen Systemen erfasst werden. Die Kommunikation mit den Mikrosensorsystemen muss drahtlos und bidirektional über RFID-Technologie erfolgen. Da die Sensorgröße der Korngröße des Bodens entsprechen soll, ist im Vergleich zu heutigen Systemen eine völlig neue Dimensionierung der Miniaturisierung notwendig. Wichtige Parameter bei der Bewertung der Straße sind Empfindlichkeit, Langzeitstabilität, Selektivität, Einbaugröße, Schnittstelle und die Energieaufnahme. Die in diesem Bericht erwähnten Sensoren erfassen die physikalischen Parameter Temperatur, Bodenfeuchte und Salinität sowie Dehnung, Druck und Beschleunigung. Sie eignen sich aufgrund ihres geringen Energieverbrauchs, oder durch äusserste Robustheit für ein solches Mikrosystem. Aus dem Messen der physikalischen Größen und der Umweltparameter soll eine Bewertung des strukturellen Straßenzustandes entstehen. Die Energieversorgung des Sensorsystems ist ein wichtiger Teil der Studie. Dabei wird die Möglichkeit beschrieben, unter Verwendung von Piezogeneratoren, das Überfahren der eingebetteten Generatoren durch Fahrzeuge als Energielieferant zu nutzen und somit die Gesamtlaufzeit zu verlängern. Des Weiteren werden die verschiedenen Frequenzbereiche der RFID-Technologie und unterschiedliche Techniken von RFID-Transpondern sowie RF-Transceivern erläutert. In diesem Zusammenhang werden die Ergebnisse eines Reichweitentests von in einer Teststrasse eingebrachten Temperaturtranspondern gezeigt. Abschließend werden die Ergebnisse zur Integration der Systembestandteile und das Einbringen des Systems in den Straßenbau aufgezeigt. Ein keramisches Gehäuse bietet ein hohes Potential und erweist sich für diese Anwendung durch seine große Robustheit gegen thermischen und mechanischen Stress am geeignetsten.
Nutzfahrzeuge der Kategorie N1 sind Fahrzeuge mit einem maximalen zulässigen Gesamtgewicht (zGG) bis zu 3500 kg. Da für diese Fahrzeuge keine Geschwindigkeitsbegrenzung und Fahrzeiterfassung vorgeschrieben ist, sind diese Fahrzeuge sehr häufig in Unfälle involviert. Durch den großen Laderaum und die hierdurch mögliche hohe Schwerpunktlage sind die Fahrer hinsichtlich der Adaption an die Beladungszustände häufig überfordert. Um den Einfluss der Fahrdynamikregelung auf die Sicherheit von N1 Fahrzeugen aufzuzeigen wurden standardisierte Fahrmanöver mit und ohne ESP bei unterschiedlichen Beladungszuständen durchgeführt. Hierfür wurde ein Fahrzeug mit einer Stütz- und Beladungsvorrichtung sowie mit der notwendigen Sensorik zur Erfassung fahrdynamischer Kennwerte und der Bremsdrücke ausgestattet. Die Auswertung der fahrdynamischen Kenngrößen zeigte deutlich den Beladungseinfluss auf die Fahrdynamik und die Minimierung dieses Einflusses durch ein ESP System mit der Mehrwertfunktion Load Adaptiv Control. Da N1-Fahrzeuge häufig auch von wenig erfahrenen Fahrern, z. B. Ferienjobs, im Straßenverkehr bewegt werden, sollten im Rahmen dieser Studie auch Fahrversuche mit ungeübten Probanden am Fahrsimulator berücksichtigt werden, um das Sicherheitspotential des ESP für die normale Fahrerpopulation aufzuzeigen. Hierzu wurde ein echtzeitfähiges Simulationsmodell eines Sprinters in CarSim erstellt und mit den Ergebnissen der Realfahrten validiert. Die Versuche am Fahrsimulator sollten das Sicherheitspotential des ESP bei der durchschnittlichen Fahrerpopulation aufzeigen. Hierzu wurden sowohl die im Realversuch durchgeführten standardisierten Fahrmanöver als auch Szenarien wie Ausweichmanöver, Teststreckenfahrt etc. nachgebildet. Insbesondere bei plötzlich auftauchenden Hindernissen hat sich der Vorteil des ESP deutlich gezeigt. Auch die Vorteile der Lasterkennung für das Regelverhalten des ESP wurde nachgewiesen.
Nutzfahrzeuge der Kategorie N1 sind Fahrzeuge mit einem maximalen zulässigen Gesamtgewicht (zGG) bis zu 3500 kg. Da für diese Fahrzeuge keine Geschwindigkeitsbegrenzung und Fahrzeiterfassung vorgeschrieben ist, sind diese Fahrzeuge sehr häufig in Unfälle involviert. Durch den großen Laderaum und die hierdurch mögliche hohe Schwerpunktlage sind die Fahrer hinsichtlich der Adaption an die Beladungszustände häufig überfordert. Um den Einfluss der Fahrdynamikregelung auf die Sicherheit von N1 Fahrzeugen aufzuzeigen wurden standardisierte Fahrmanöver mit und ohne ESP bei unterschiedlichen Beladungszuständen durchgeführt. Hierfür wurde ein Fahrzeug mit einer Stütz- und Beladungsvorrichtung sowie mit der notwendigen Sensorik zur Erfassung fahrdynamischer Kennwerte und der Bremsdrücke ausgestattet. Die Auswertung der fahrdynamischen Kenngrößen zeigte deutlich den Beladungseinfluss auf die Fahrdynamik und die Minimierung dieses Einflusses durch ein ESP System mit der Mehrwertfunktion Load Adaptiv Control. Da N1-Fahrzeuge häufig auch von wenig erfahrenen Fahrern, z. B. Ferienjobs, im Straßenverkehr bewegt werden, sollten im Rahmen dieser Studie auch Fahrversuche mit ungeübten Probanden am Fahrsimulator berücksichtigt werden, um das Sicherheitspotential des ESP für die normale Fahrerpopulation aufzuzeigen. Hierzu wurde ein echtzeitfähiges Simulationsmodell eines Sprinters in CarSim erstellt und mit den Ergebnissen der Realfahrten validiert. Die Versuche am Fahrsimulator sollten das Sicherheitspotential des ESP bei der durchschnittlichen Fahrerpopulation aufzeigen. Hierzu wurden sowohl die im Realversuch durchgeführten standardisierten Fahrmanöver als auch Szenarien wie Ausweichmanöver, Teststreckenfahrt etc. nachgebildet. Insbesondere bei plötzlich auftauchenden Hindernissen hat sich der Vorteil des ESP deutlich gezeigt. Auch die Vorteile der Lasterkennung für das Regelverhalten des ESP wurde nachgewiesen.
Im Auftrag der Bundesanstalt für Straßenwesen BASt wurden 7 Erprobungsstrecken nachuntersucht, bei denen viskositätsabsenkende Bindemittel im Vergleich zum Normbitumen 50/70 oder polymermodifiziertes Bitumen PmB 45A verwendet wurden. Die Erprobungsstrecken, die über die Bundesrepublik verteilt sind, sind den Bauklassen SV bis III zuzuordnen und liegen zwischen 3 und 6 Jahren unter Verkehr. Vor Ort und an Bohrkernproben aus der Deckschicht sind Untersuchungen zum Gebrauchsverhalten zur Beurteilung des Langzeitverhaltens (Widerstand gegen Verformungen, Nachverdichtung , Hohlraumgehalt, Bindemitteleigenschaften und -alterung, Verhalten bei tiefen Temperaturen, Haftung, chemische Zusammensetzung) durchgeführt worden. Mit den Produkten SmB 35 (Bitumen 50/70 + 3% Sasobit), Sübit VR 45 (Bitumen 50/70 + 3% Licomot), Sasobit (als Zugabe an der Asphaltmischanlage), Romontanwachs Asphaltan B und Aspha-min wurden positive Erfahren gewonnen. Sie sind im Vergleich zu den in den Referenzstrecken verwendeten Bindemitteln 50/70 bzw. PmB 45A gleichwertig. Das Produkt Sübit VR 35 kann wegen singulär aufgetretener Mängel (Risse in der Rollspur) noch nicht abschließend beurteilt werden und bedarf weiterführender Untersuchungen. Es werden Empfehlungen gegeben, welche Anforderungen viskositätsabsenkende Bindemittel erfüllen sollten und in welcher Weise Produkte, die bisher nicht erfasst worden sind, hinsichtlich Erprobungsstrecken und Untersuchungsumfang zu behandeln sind.