Die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) betreibt einen Messquerschnitt an einem hochfrequentierten Autobahnquerschnitt an der BAB A4 und beobachtet an diesem Standort die zeitliche Entwicklung von Stickstoffdioxid NO2, von Partikeln PMx und von Ozon O3. In diesem Bericht werden die an der BAB A4 im Kalenderjahr 2019 aufgenommenen Messdaten dargestellt und analysiert.

Dieser Bericht beschreibt ein Konzept zur Bestimmung des Nutzens von Monitoringüberwachung an Brückenbauwerken. Infrastrukturbetreiber sind mit alternder Infrastruktur und knappen Ressourcen für Unterhalt und Instandsetzung konfrontiert. Um den Ressourceneinsatz zu optimieren, kann die Entscheidungsfindung bei Unterhalts- und Instandsetzungsfragestellungen durch Monitoring-überwachungen unterstützt werden: dank dem Monitoring stehen bessere Informationen zum Bauwerkzustand und dessen Entwicklung zur Verfügung, die es erlauben Unterhalt und Instandsetzungen optimal zu planen und umzusetzen. Monitoringmaßnahmen verursachen aber auch Kosten, und es stellt sich die Frage nach der Wirtschaftlichkeit der Monitoringmaßnahmen. Diese Frage ist nicht einfach zu beantworten, weil der Nutzen stark kontextabhängig ist. Folgende Einflussgrößen müssen dabei berücksichtigt werden: die Schädigung der Brücke und deren erwartete zeitliche Entwicklung, die Zuverlässigkeit der Brücke, sämtliche Wirkungen der Brücke auf übergeordnete Systeme (Verkehrssystem, Gesellschaft, Wirtschaft, Umwelt), die Kosten der Instandsetzung und nicht zuletzt die Installations- und Unterhaltskosten des Monitorings. Das in diesem Forschungsbericht entwickelte Konzept erlaubt es, den Nutzen von Monitoringmaßnahmen in Funktion von diesen Einflussgrößen zu bestimmen. Das Konzept basiert auf der Value of Information Analyse, die ihrerseits auf der Bayes’schen prä-posteriori Entscheidungsanalyse aufbaut. Das Konzept ist praxisnah aufgebaut und berücksichtigt das etablierte Expertenwissen. Das Konzept nutzt das Schwellwertmonitoring und ist allgemein ausgelegt, um breit anwendbar zu sein. Es ist nicht schadensspezifisch, monitoringsystemspezifisch oder brückentypspezifisch. Getroffene Annahmen und Vereinfachungen zielen darauf ab, das Konzept für die Bestimmung des Nutzens bei bestehender Brückenvorschädigung in der Praxis ohne vertiefte Kenntnisse der probabilistischen Modellierung und der Zuverlässigkeitsrechnung anwendbar zu machen. Dabei wird insbesondere darauf geachtet, welche Informationen dem Entscheidungsträger vor der Installation des Monitoringsystems zur Verfügung stehen und verwendet werden können. Nach den einleitenden Kapiteln werden in Kapitel 2 die Grundlagen im Rahmen einer Literaturrecherche zusammengestellt. Die Bestimmung der Kosten infolge von Verkehrsbehinderungen hat dabei eine große Bedeutung. In Kapitel 3 wird die Bayes’sche Entscheidungsfindung und deren Anwendung auf die Nutzenbestimmung von Monitoring erläutert. In Kapitel 4 wird das Konzept zur Bestimmung der Wirtschaftlichkeit von Monitoringmaßnahmen dargelegt. In Kapitel 4 wird auch die Kostenbestimmung infolge von Verkehrsbehinderungen unter Verwendung von Informationen aus einem Verkehrsmodell erklärt. In Kapitel 5 wird eine Methode dargestellt, mit der sich ohne automatisierte Berechnung im Verkehrsmodell die gesamtwirtschaftlichen Effekte ermitteln lassen. In Kapitel 6 ist die Umsetzung des Konzepts in einem Microsoft Excel-Tool detailliert beschrieben. In Kapitel 7 und 8 wird das Konzept und das Excel- Tool auf zwei reale Praxisbeispiele angewendet. Anhand der beiden Beispiele wird exemplarisch die Wirtschaftlichkeit der Monitoringstrategie untersucht. Basierend darauf wird eine Entscheidungsempfehlung für oder gegen die Installation des Monitoringsystems gegeben. In diesem Forschungsauftrag wurde ein einfach anzuwendendes und praxistaugliches Konzept entwickelt, um den wirtschaftlichen Nutzen von Monitoring zu bestimmen. Abschließend wurden aufgrund der Erkenntnisse aus diesem Forschungsprojekt weitere Forschungs- und Entwicklungsmöglichkeiten identifiziert.

Bei der ersten Bauwerksprüfung nach dem Austausch des Brückenbelags wird bei Stahlbrücken häufig eine überproportional hohe Anzahl an Schweißnahtrissen in der orthotropen Fahrbahnplatte festgestellt. Die naheliegende Vermutung ist, dass diese Schäden im Zusammenhang mit den Beanspruchungen stehen, die beim Austausch des Brückenbelags entstehen. Relevante Beanspruchungen können beim Entfernen des alten Brückenbelags, z. B. durch die dynamischen Belastungen beim Fräsen oder beim Einbau des neuen Brückenbelags, durch die thermische Belastung beim Einbau des Gussasphaltes oder ggf. beim Walzen, z. B. durch die dynamischen Belastungen beim Verdichten von Walzasphalt-Deckschichten auftreten. Verschärft wird die Problematik durch die Entwicklung von immer leistungsfähigeren Maschinen wie Hochleistungsfräsen oder Asphalt-Fertiger mit immer breiteren Einbaubohlen. Im Rahmen des Forschungsprojekts werden Grundlagen für weiterführende Untersuchungen zum Thema „Beanspruchung von Stahlbrücken beim Austausch des Brückenbelags“ erarbeitet und dargestellt. Im Mittelpunkt steht dabei die Temperaturbelastung der Stahlkonstruktion infolge des „Einbaus des neuen Brückenbelags“. Zu diesem Zweck wurden verschiedene Erneuerungsmaßnahmen fachtechnisch begleitet, um den Prozessablauf zu dokumentieren und um exemplarische Temperaturverteilungen in der orthotropen Fahrbahnplatte während des Asphalteinbaus zu ermitteln. Dabei handelt es sich um folgende Bauwerke: • Rheinbrücke Leverkusen Einbau einer Deckschicht aus Gussasphalt am 20.05.2016. • Wiehltalbrücke Fräsen, Einbau einer Deckschicht aus lärmreduziertem Porous Mastix Asphalt (PMA), Walzen am 17.07.2017. • Rheinbrücke Duisburg-Neuenkamp Einbau einer Deckschicht aus Gussasphalt am 15.08.2017. • Hochmoselbrücke Einbau einer Schutzschicht aus Gussasphalt am 28.06.2019. Die daraus ermittelten Ergebnisse bilden eine erste Grundlage für weitergehende numerische Parameterstudien. Darüber hinaus werden Empfehlungen für zukünftige Baumaßnahmen gegeben.

Die Beschleunigungsvergütung ist ein wichtiges Instrument zur Bauzeitverkürzung auf Bundesautobahnen. Die im HVA B-StB bislang angegebenen Nutzungsausfallkosten sind veraltet und stellen für die beschleunigte Durchführung von Baumaßnahmen keinen ausreichenden Anreiz dar. Im Rahmen der Untersuchung erfolgte daher eine Erweiterung und Aktualisierung der Nutzungsausfallkostentabelle. Dazu wurden die arbeitsstellenbedingten Kostenveränderungen der Fahrtzeiten im fließenden Verkehr, der Fahrtzeitverluste, der Zuverlässigkeit des Verkehrsablaufs, des Unfallgeschehens, des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffbelastung modellbasiert ermittelt. Für typische Verkehrsführungen auf vier-, sechs- und achtstreifigen Autobahnen wurden tägliche volkswirtschaftliche Kosten sowie Mehrkosten als Differenz der Kosten im Zustand mit und ohne Arbeitsstelle für verschiedene Szenarien bestimmt. Anhand der Berechnungsergebnisse konnte der Einfluss der maßgebenden Randbedingungen hinsichtlich der Verkehrsnachfrage und der Kapazität mit und ohne Arbeitsstelle analysiert werden. Basierend auf diesen Untersuchungen wurden zur Ermittlung aktualisierter Nutzungsausfallkosten Bezugsrandbedingungen festgelegt, mit denen ein möglichst großer Teil der Strecken des deutschen Autobahnnetzes abgedeckt wird. Im Ergebnis werden Nutzungsausfallkosten in Abhängigkeit vom DTV für 32 Arbeitsstellenverkehrsführungen in drei Tabellen für vier-, sechs- und achtstreifige Autobahnen angegeben, die zukünftig als Grundlage für die Vereinbarung von Bonus-Malus-Regelungen dienen können.

Um genaue Abschätzungen für die lärmtechnische Bewertung von Straßenbauwerken zu erhalten und unnötige Kosten beim Bau zu vermeiden, sind möglichst genaue Modelle für die Schallemission und Schallausbreitung nötig. Zur lärmtechnischen Beurteilung von Lärmschutzwänden (Lsw) existieren verschiedene analytische Beschreibungen. Die akustische Wirkung von Aufsätzen, sogenannten Schirmkronen, lässt sich dabei bisher nicht allgemein berücksichtigen. Der messtechnische Nachweis der akustischen Wirksamkeit von Aufsätzen im Fernbereich einer Lärmschutzwand an einer realen Verkehrsschallquelle ist ein wichtiger Schritt für die zukünftige Vorhersage des maßgeblichen Immissionsschalldruckpegels unter Einsatz von Schirmkronen. Ziel des vorliegenden Vorhabens war daher die messtechnische Bestimmung der akustischen Wirksamkeit einer Schirmkrone der Fa. CALMA-TEC, die auf bestehende Lärmschutzwände der Talbrücke Uttrichshausen installiert wurde. Dazu wurden Emissions- und Immissionsmessungen vor und nach der Baumaßnahme unter vergleichbaren Bedingungen durchgeführt und die gemessene Pegeldifferenz ausgewiesen. Zeitgleich erfolgte die Erfassung der Verkehrsdaten sowie der meteorologischen Bedingungen, um anschließend mithilfe eines geeigneten Schallausbreitungsmodells eine Korrektur der Immissionspegel bezüglich der zum Zeitpunkt der beiden Messungen vorliegenden Verkehrssituation (Schallleistung) sowie der meteorologischen Bedingungen durchzuführen. Die daraus resultierende Einfügungsdämpfung der Schirmkrone nimmt an den untersuchten Immissionsorten Werte zwischen 0,4 dB und 1,7 dB an, bei einer Standardabweichung des gemessenen Immissionsschalldruckpegels von ca. 1 dB. Unter Berücksichtigung der Wanderhöhung, die durch die Schirmkrone erfolgt und des damit verbundenen Anstiegs des Abschirmmaßes kann angenommen werden, dass der angestrebte Einfluss der untersuchten Schirmkrone auf die Schallbeugung um die Oberkante der Lärmschutzwand vernachlässigbar ist.