620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Im Hinblick auf das Lösen werden Boden und Fels nach DIN 18300 beschrieben. Dabei werden bindige Bodenarten in Abhängigkeit von ihrer Konsistenz in unterschiedliche Bodenklassen unterteilt. Bodenarten von leichter bis mittlerer Plastizität und weicher bis halbfester Konsistenz werden der Bodenklasse 4 zugeordnet. Ausgeprägt plastische Tone von weicher bis halbfester Konsistenz gehören der Bodenklasse 5 an. Bodenarten von fester Konsistenz sind der Bodenklasse 6 zuzuordnen. Die Grenze zwischen halbfester und fester Konsistenz ist dabei über die Schrumpfgrenze definiert, die nach DIN 18122-2 bestimmt wird. Da vor allem bei leichtplastischen Böden der Wassergehalt an der Schrumpfgrenze häufig oberhalb des Wassergehaltes an der Ausrollgrenze liegt, kommt es bei der Einordnung bindiger Böden in die Bodenklassen der DIN 18300 häufig zu Unklarheiten, was zu Streitfällen zwischen Auftragnehmer und Auftraggeber führen kann. Das Ziel des Forschungsvorhabens war es deshalb, ein geeigneteres Kriterium zur Einordnung halbfester und fester Böden in die Bodenklassen der DIN 18300 zu erarbeiten und dazu eine Versuchstechnik zu entwickeln. In einem ersten Schritt wurde das Schrumpfverhalten bindiger Böden analysiert und die Versuchstechnik zur Bestimmung der Schrumpfgrenze untersucht. Es hat sich gezeigt, dass bei Böden mit einer Plastizitätszahl IP < 18 % der Wassergehalt an der Schrumpfgrenze in der Regel oberhalb des Wassergehalts an der Ausrollgrenze liegt. Anhand von Untersuchungen zum Schrumpfverhalten an Proben, die bei unterschiedlichen Spannungen vorbelastet worden waren, wurde ausserdem festgestellt, dass der Wassergehalt an der Schrumpfgrenze mit zunehmender Vorbelastung abnimmt. Diese Untersuchungen haben damit bestätigt, dass anhand der nach DIN 18122-2 ermittelten Schrumpfgrenze keine eindeutige Zuordnung in die Bodenklassen 4 und 6 bzw. 5 und 6 möglich ist. Deshalb wurden im Folgenden Untersuchungen zu anderen Kriterien zur Unterscheidung zwischen halbfesten und festen Böden durchgeführt. Hierzu wurden zunächst Untersuchungen zur einaxialen Druckfestigkeit durchgeführt. Da das Herausarbeiten von ungestörten Probekörpern im relevanten Konsistenzbereich aber mit großen Schwierigkeiten verbunden ist, kann die Verwendung der einaxialen Druckfestigkeit zur Einordnung der Bodenklassen nicht empfohlen werden. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden daher im weiteren Verlauf Untersuchungen zu einem einfach durchzuführenden Versuch durchgeführt, der eine Unterscheidung von halbfestem und festem Boden auf Grundlage der Festigkeit ermöglicht. Dazu wurden an aufbereiteten Böden Eindringversuche mit einer Proctornadel und einer Konusspitze durchgeführt. Die Versuchsergebnisse belegen, dass ein klarer Zusammenhang zwischen der Konsistenz und dem Eindringwiderstand besteht und dass eine Bewertung der Festigkeit mit Hilfe dieser Versuche prinzipiell möglich ist. Zur Festlegung konkreter Werte für eine Unterscheidung der Bodenklassen 4, 5 und 6 gemäß DIN 18300 sind jedoch weitere Untersuchungen erforderlich.
Die klassische Bestimmung der Dicke des Straßenoberbaus in Deutschland ist eine auf Erfahrungswerten beruhende Kategorisierung der Verkehrswege in Straßenklassen mit standardisierten Aufbauten. Die rechnerische Dimensionierung für Straßen nach [RDO Beton 09] erlaubt es den bekannten, durch Erfahrungswerte belegten Bereich zu erweitern, sodass insbesondere für höhere Verkehrslasten und Sonderverkehrsflächen eine fundierte Dimensionierung des Oberbaus erfolgen kann. Die Berechnung der Lastzustände nach [RDO Beton 09] basiert auf den analytischen Lösungen von Differentialgleichungen. Dies erlaubt eine einfache und schnelle Berechnung der Belastungszustände der Betonplatten. Die Berechnung ist jedoch an Bedingungen gebunden, welche für die Lösung der Differentialgleichungen vorausgesetzt werden müssen. Damit liefern diese Gleichungen nur für einen begrenzten Parameterbereich exakte Ergebnisse. Um die Dimensionierung flexibel handhaben zu können, ist es notwendig, verschiedene Einflüsse pauschal über Anpassungsfaktoren zu berücksichtigen. Die Ergebnisse werden dadurch entsprechend unsicher. Das Berechnungsverfahren nach [RDO Beton 09] erlaubt in diesem Sinne nur eine pauschale Erfassung der Querkraftübertragung in den Fugen, der Vorverformung der Platte, der Lastverteilung im Plattenquerschnitt und des Einflusses mehrerer Radlasten. Auch bezüglich der Plattengeometrie und der detaillierten Erfassung der Einflussfaktoren sind dem Berechnungsmodell enge Grenzen gesetzt. Mit der Nutzung der Finite-Elemente-Methode ist es möglich, diese Defizite des Berechnungsmodells zu beseitigen. Die Dimensionierung wird damit genauer und flexibler. Die FEM bietet außerdem das Potenzial für eine wesentliche Weiterentwicklung des Dimensionierungsverfahrens. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde ein Finite-Elemente-Modell definiert, welches geeignet ist, in einem Dimensionierungsprogramm nach [RDO Beton 09] die Grundlage für die Spannungsberechnung zu bilden. Das Modell umfasst 9 aus Volumenelementen modellierte Platten, einen Volumenblock für den Untergrund, sowie Anker und Dübel. Für die Berechnung des Modells wird das Programm CalculiX aus dem Open-Source-Bereich als Solver verwendet. Mithilfe von systematischen Serienrechnungen wurde das Modell optimiert und validiert. Um die Rechenzeit zu optimieren, wurde für die unterschiedlichen Berechnungsfälle geprüft, ob die Kalkulation der Spannungen an einem reduzierten Modell mit weniger Platten möglich ist. Die Einbindung in die Dimensionierungssoftware AWDSTAKO ermöglicht die FEM-basierte Dimensionierung nach [RDO Beton 09]. An ausgewählten Problemstellungen wurden die neuen Möglichkeiten, welche sich durch die FEM-Berechnung ergeben demonstriert.
At the 2005 ESV conference, the International Harmonisation of Research Activities (IHRA) side impact working group proposed a 4 part draft test procedure, to form the basis of harmonisation of regulation world-wide and to help advances in car occupant protection. This paper presents the work performed by a European Commission 6th framework project, called APROSYS, an further development and evaluation of the proposed procedure from a European perspective. The 4 parts of the proposed procedure are: - A Mobile Deformable Barrier test; - An oblique Pole side impact test; - Interior headform tests; - Side Out of Position (OOP) tests. Full scale test and modelling work to develop the Advanced European Mobile Deformable Barrier (AE-MDB) further is described, resulting in a recommendation to revise the barrier face to include a bumper beam element. An evaluation of oblique and perpendicular pole tests was made from tests and numerical simulations using ES-2 and WorldSID 50th percentile dummies. It was concluded that an oblique pole test is feasible but that a perpendicular test would be preferable for Europe. The interior headform test protocol was evaluated to assess its repeatability and reproducibility and to solve issues such as the head impact angle and limitation zones. Recommendations for updates to the test protocol are made. Out-of-position (OOP) tests applicable for the European situation were performed, which included additional tests with Child Restraint Systems (CRS) which use is mandatory in Europe. It was concluded that the proposed IHRA OOP tests do cover the worst case situations, but the current test protocol is not ready for regulatory use.
Entgegen dem Trend insgesamt sinkender Unfallzahlen bleibt die Zahl der vom statistischen Bundesamt erfassten, folgenschweren Wildunfälle (Unfälle mit Personenschaden sowie schwerwiegende Unfälle mit Sachschaden) auch 2017 mit 3.063 erfassten Fällen auf etwa gleichem Niveau. Die Zahl der Unfälle mit reinem Sachschaden hingegen sowie das Schadensaufkommen steigen jährlich. Den höchsten Wert an Schadensmeldungen verzeichnete der Gesamtverband der Versicherer (GDV) im Jahr 2017 mit 275.000 gemeldeten Wildunfällen. Die Wildunfallprävention erfolgt in Deutschland über den Einsatz von Verkehrszeichen, Wildschutzzäunen, Wildwarnanlagen und Wildwarnern (auditiv, olfaktorisch, visuell). Zur Wirksamkeit der vorgenannten und weiteren Maßnahmen liegen jedoch nur wenige gesicherte Erkenntnisse vor. Dieses Szenario begründet eine vielschichtige und konsolidierte Untersuchungsreihe über die Ursachen von Wildunfällen und Maßnahmen zu deren Vorbeugung, in der folgende Themenbereiche bearbeitet werden: - Deutschlandweite Evaluation und Auswertung von Wildunfallzahlen, - Maßnahmen zur Beeinflussung des Wildes zur Vermeidung von Wildunfällen, - Maßnahmen zur Beeinflussung der Verkehrsteilnehmer zur Vermeidung von Wildunfällen, - Infrastrukturelle Maßnahmen zur Vermeidung von Wildunfällen. Die Erkenntnisse aus den einzelnen Untersuchungen werden mit Abschluss des Forschungsschwerpunktes in einem Leitfaden „Wildunfallprävention“ zusammengefasst. Zum jetzigen Zeitpunkt liegen bereits erste Teilergebnisse vor, die im Rahmen dieses Symposiums veröffentlicht werden können. Der Fokus liegt dabei auf Ergebnissen über die deutschlandweite Zusammenstellung von Wildunfallzahlen der Jahre 2012 bis 2017 sowie auf Resultaten einer Befragung zur Herstellung und Unterhaltung von Wildschutzzäunen. Zusätzlich werden Erkenntnisse zur Wirksamkeit von Wildwarnreflektoren einerseits aus einer lichttechnischen Untersuchung, andererseits aus einem Feldversuch mit 150 Teststrecken (Unfallforschung der Versicherer) präsentiert.
Neben Ermüdungsschäden an orthotropen Fahrbahnplatten sind bei Stahlbrücken auch Schäden an nicht direkt befahrenen Konstruktionsteilen der Quersysteme (Kategorie-3-Schäden) festgestellt worden. Das stetig steigende Verkehrsaufkommen führt zu einer Verschärfung des Problems, so dass die Dauerhaftigkeit betroffener Brückenkonstruktionen auch durch diese Schäden gefährdet wird. Anhand ausgewählter Beispiele aus der Literatur und Praxis der Straßenbauverwaltungen werden Kategorie-3-Schäden systematisch untersucht. Die Erfahrungen werden zusammengestellt, ausgewertet und typisiert. Die wesentlichen Ursachen sind Überbeanspruchungen, ermüdungsanfällige Konstruktionsweisen, mangelnde Ausführungsqualität und Modellierungsfehler bei den Berechnungen. Eine Verknüpfung typischer Schadensbilder mit allgemeinen Ursachen ist in gewissem Umfang möglich, so dass der Bericht eine erste Hilfestellung bei der Behandlung von Kategorie-3-Schäden sein kann. Weiterhin werden ausgeführte und weitere Instandsetzungs- und Ertüchtigungsvarianten an stählernen Balkenbrücken mit Hohlkasten- und offenem Querschnitt in allgemeiner Form mit numerischen FE Berechnungen untersucht, um Vor- und Nachteil herauszustellen. Es zeigt sich, dass eine möglichst gleichmäßige Steifigkeitsverteilung im Aussteifungssystem anzustreben ist. Aber auch mit verkehrsleitenden Maßnahmen wie eine Verlegung der Fahrstreifen ohne Eingriff in das Tragwerk lassen sich die kritischen Beanspruchungen u.U. deutlich reduzieren. Ein besonderes Augenmerk wird in diesem Bericht auf die Bauwerkserhaltungsmaßnahme, vollständig auf aussteifende Verbände zu verzichten, gelegt. Der Formerhalt des Brückenquerschnitts wird dabei ausschließlich über die Rahmenwirkung der Quersysteme realisiert. Umfangreiche numerische Untersuchungen beleuchten die Spannungsänderungen der kritischen Details, aber auch mögliche Umlagerungen im gesamten Tragwerk durch die Änderung des Aussteifungssystems. Weiterhin werden auch experimentelle Untersuchungen angestellt, um die Wirksamkeit und Effizienz dieser Variante zu bewerten. Schließlich werden die untersuchten Ertüchtigungs- und Instandsetzungsvarianten bewertet und es werden allgemeine Empfehlungen zur Behandlung von Kategorie-3-Schäden gegeben.
Im Rahmen des 12-monatigen Forschungsprogramms "Intelligente Straßenverkehrsinfrastruktur durch 3D-Modelle und RFID-Tags", aufgesetzt von der Bundesanstalt für Straßenwesen, entwickelte die HOCHTIEF Solutions AG ein Konzept für ein Infrastruktur-Informationssystem. Ziel dieses Forschungsvorhabens war es, das bestehende System der öffentlichen Anstalt für den Betrieb und Erhalt von Brückenbauwerken, sowie die dazugehörigen Workflows mithilfe neuer Technologien zu optimieren. Das entwickelte Konzept für ein Infrastrukturinformationssystem ISIS, kurz für Intelligente StraßenverkehrsInfraStruktur, wurde als eine Schale um die bereits vorhandene Straßeninformationsbank-Bauwerke (SIB-BW) herum konzipiert. Alle Prozesse und Datenflüsse, die rund um diese Datenbank bestehen, bleiben damit unverändert. Zusätzliche Informationen und Dokumente, die an die vorhandenen Datensätze angefügt werden sollen, werden in dem neuen System abgelegt und mit dem Bestandsdatensatz verknüpft. Ziele: - Informationsbereitstellung optimieren, - 3D unterstützte Dokumentation des Bauwerksprüfprozesses, - Anlehnung an bestehende Prozesse, - Einbindung mobiler Endgeräte und Zustandssensoren. ISIS gründet sich auf folgende Komponenten: - Bauwerksmodelle: -- 2D-Platzhalter für Bestandsbauten, -- 3D-Modelle für Neubauten, - mobile Schadensaufnahme via mobiler Endgeräte, - Frühwarnsysteme auf Basis von RFID-Technologie (Feuchtigkeit und Korrosion), - 3D-Pins für die Markierung relevanter Punkte (RFID-Detektoren, Schäden, etc.), - Hardware mit hoher Verfügbarkeit und Akzeptanz (iPads). Um allen Beteiligten den Zugriff zu dem Informationssystem zu ermöglichen, wird das System zur Ausführung auf einer Online-Plattform konzipiert. Alle relevanten Informationen eines Straßenverkehrsinfrastrukturprojektes können in konsolidierter Form bereitgestellt werden. Die bisher dezentrale und inkompatible Datenhaltung in mehreren Teilsystemen wird unterbunden und eine einfache und durchgängige Nutzung des Datenbestandes in Planung, Bau und Betrieb wird ermöglicht. Um den Prozess der Bauwerksprüfung effizienter zu gestalten, sollen Informationen zum Bauwerkszustand mithilfe der 3D-Pin-Markierung und dem Einsatz von Radiofrequenz-Technologie (RFID) regelmäßig überprüft werden, um Bauwerksschäden frühzeitig erkennen zu können.
Recycling-Baustoffe müssen im Oberbau von Straßen und Wegen neben anderen Beanspruchungen den Witterungseinflüssen insbesondere der Frostbeansruchung standhalten. Um die Eignung dieser vielfältigen und heterogen zusammengesetzten Stoffgemische hinsichtlich eines ausreichenden Widerstandes gegen Frost beurteilen und gewährleisten zu können, wurden zahlreiche unterschiedliche Recycling-Baustoffe in Laboratorien untersucht. Ausgehend von den Standardprüfungen gemäß den Technischen Prüfbestimmungen für Mineralstoffe des Straßenbaus an Einzelkörnungen und einzelnen Stoffanteilen, wurden Korngemische auf ihren Widerstand gegen Frost-Tau-Wechsel-Beanspruchung untersucht. Dazu wurden die Standardverfahren zur Prüfung der Gemische modifiziert. Die Feinkornnachbildung durch Verdichtung und Frost-Tau-Wechsel im Proctorgefäß und die dadurch erhöhte Frostempfindlichkeit wurde granulometrisch und durch Hebungsmessungen festgehalten. Dementsprechend wurden auch Änderungen der CBR-Werte der Korngemische durch Frost-Tau-Wechsel auch in Abhängigkeit von der Lagerungszeit der Proben bestimmt. Aus der Vielfalt der Untersuchungsergebnisse lassen sich die Recycling-Baustoffe hinsichtlich ihres Frostwiderstandes charakterisieren. Aufbereiteter Aufbruch alter Betonfahrbahnen und Straßenaufbruch ohne Feinanteile des Unterbaus sind gemäß dem geltenden Regelwerk ausreichend frostbeständig. Mit zunehmendem Anteil an Hochbauschutt werden die Anforderungen nicht mehr erfüllt. Für diese Materialien sind Art und Menge des bei der Frost-Tau-Wechsel-Beanspruchung anfallenden Feinkorns maßgebend für das Verhalten der Korngemische bei Frost.
The objective of this deliverable is to describe the expected influence of the candidate test procedures developed in FIMCAR for frontal impact on other impact types. The other impact types of primary interest are front-to-side impacts, collisions with road restraint systems (e.g. guardrails), and heavy goods vehicle impacts. These collision types were chosen as they involve structures that can be adapted to improve safety. Collisions with vulnerable road users (VRU) were not explicitly investigated in FIMCAR. It is expected that the vehicle structures of interest in FIMCAR can be designed into a VRU friendly shell. Information used for this deliverable comes from simulations and car-to-car crash tests conducted in FIMCAR or review of previous research. Three test configurations (full width, offset, and moving deformable barriers) were the input to the FIMCAR selection process. There are three different types of offset tests and two different full width tests. During the project test procedures could be divided into three groups that provide different influences or outcomes on vehicle designs: 1. The ODB barrier provides a method to assess part of the vehicles energy absorption capabilities and compartment test in one test. 2. The FWRB and FWDB have similar capabilities to control structural alignment, further assess energy absorption capabilities, and promote the improvements in the occupant restraint system for high deceleration impacts. 3. The PDB and MPDB can be used to promote better load spreading in the vehicle structures, in addition to assessing energy absorption and occupant compartment strength in an offset configuration. The consortium selected the ODB and FWDB as the two best candidates for short term application in international rulemaking. The review of how all candidates would affect vehicle performance in other impacts (beside front-to-front vehicle or frontal impacts with fixed obstacles) however is reported in this deliverable to support the benefit analysis reported in FIMCAR. The grouping presented above is used to discuss all five test candidates using similarities between certain tests and thereby simplify the discussion.
The objectives of the FIMCAR (Frontal Impact and Compatibility Assessment Research) project are to answer the remaining open questions identified in earlier projects (such as understanding of the advantages and disadvantages of force based metrics and barrier deformation based metrics, confirmation of specific compatibility issues such as structural interaction, investigation of force matching) and to finalise the frontal impact test procedures required to assess compatibility. Research strategies and priorities were based on earlier research programs and the FIMCAR accident data analysis. The identified real world safety issues were used to develop a list of compatibility characteristics which were then prioritised within the consortium. This list was the basis for evaluating the different test candidates. This analysis resulted in the combination of the Full Width Deformable Barrier test (FWDB) with compatibility metrics and the existing Offset Deformable Barrier (ODB) as described in UN-ECE Regulation 94 with additional cabin integrity requirement as being proposed as the FIMCAR assessment approach. The proposed frontal impact assessment approach addresses many of the issues identified by the FIMCAR consortium but not all frontal impact and compatibility issues could be addressed.
Accident analysis
(2014)
For the assessment of vehicle safety in frontal collisions compatibility (which consists of self and partner protection) between opponents is crucial. Although compatibility has been analysed worldwide for years, no final assessment approach has been defined to date. Taking into account the European Enhanced Vehicle safety Committee (EEVC) compatibility and frontal impact working group (WG15) and the EC funded FP5 VC-COMPAT project activities, two test approaches have been identified as the most promising candidates for the assessment of compatibility. Both are composed of an off-set and a full overlap test procedure. In addition another procedure (a test with a moving deformable barrier) is getting more attention in today- research programmes. The overall objective of the FIMCAR project is to complete the development of the candidate test procedures and propose a set of test procedures suitable for regulatory application to assess and control a vehicle- frontal impact and compatibility crash safety. In addition an associated cost benefit analysis should be performed. The specific objectives of the work reported in this deliverable were: - Determine if previously identified compatibility issues are still relevant in current vehicle fleet: Structural interaction, Frontal force matching, Compartment strength in particular for light cars. - Determine nature of injuries and injury mechanisms: Body regions injured o Injury mechanism: Contact with intrusion, Contact, Deceleration / restraint induced. The main data sources for this report were the CCIS and Stats 19 databases from Great Britain and the GIDAS database from Germany. The different sampling and reporting schemes for the detailed databases (CCIS & GIDAS) sometimes do not allow for direct comparisons of the results. However the databases are complementary " CCIS captures more severe collisions highlighting structure and injury issues while GIDAS provides detailed data for a broader range of crash severities. The following results represent the critical points for further development of test procedures in FIMCAR.