Aufgrund des Klimawandels muss auch in Deutschland zukünftig damit gerechnet werden, dass Witterungsextreme häufiger und stärker ausfallen. Schon allein durch die prognostizierte Klimaveränderung sind Auswirkungen auf die Nutzungseigenschaften der Betonfahrbahnen zu erwarten. Im Kontext mit einer signifikanten Erhöhung der Belastung durch Schwerverkehr sowie mit erhöhten Anforderungen an die Verfügbarkeit ergibt sich die Notwendigkeit, die Regelbauweise zu überprüfen und ggf. zu modifizieren. Es hat sich herausgestellt, dass bei der Dimensionierung die Witterungsbelastung von Betondecken mit einer Erhöhung der mittleren Plattentemperatur von 2 K und durch ungünstigere positive Temperaturverläufe bzw. Temperaturgradienten berücksichtigt werden berücksichtigt werden sollte. Zudem muss die Lage der Längsfugen nicht nur in den Kontext zur Markierung gebracht werden sondern auch gewährleisten, dass mit Berücksichtigung neuer Anforderungen eine Aufrechterhaltung des Verkehrs mindestens eines Fahrstreifens im Zuge von Erhaltungsmaßnahmen möglich bleibt. Aus diesem Grund und mit Blick auf die Dauerhaftigkeit ist es sinnvoll, die Plattengeometrien signifikant zu verkleinern, wodurch Plattenverformungen und Spannungen reduziert werden können. Resultat kleinerer Plattengeometrien sind zudem kleinere Fugenöffnungsweiten, was sich einerseits positiv auf die Langlebigkeit der Fugenfüllung auswirkt und andererseits eine deutlich verbesserte Lärmminderung ergibt, wenn gleichzeitig die Fugenausbildung schmaler ausgeführt wird. Für den Beton selbst, der hinsichtlich der Dauerhaftigkeit der Konstruktion sowie für die Erreichung dauerhafter Gebrauchseigenschaften eine entscheidende Rolle spielt, ist bei der Konzipierung anzustreben, einen geringen E-Modul und eine geringere Wärmedehnzahl zu erhalten, wobei die Festigkeit (Zugfestigkeit) ein gewisses Niveau nicht unterschreiten sollte.

KiST-Zonen sind klimainduzierte Straßentemperaturzonen, die Deutschland in Zonen einteilen, in denen die dargestellte Größe ähnliche Werte annimmt. Bei den Größen, für die KiST-Zonen bestimmt werden, handelt es sich um Größen, die für die Dimensionierung und die Substanzbewertung des Oberbaus benötigt werden und deren räumliche Verteilung von Klimafaktoren dominiert wird. Auf der Basis stündlicher meteorologischer Daten von 328 Messstationen des Deutschen Wetterdienstes der letzten 15 Jahre wurden Temperatursimulationen für typische Straßenbefestigungen mit Betondecke gerechnet. An 50 dieser Stationen sind die Temperaturverläufe in den Betondecken für unterschiedliche Deckendicken ermittelt worden. Für alle berechneten Temperaturverläufe wurden die Temperaturanteile berechnet, welche eine Plattenbiegung (mechanisch äquivalenter Temperaturgradient) bzw. Plattendehnung (mittlere Plattentemperatur) bewirken. Auf der Grundlage statistischer Auswertungen wurden die maßgebenden Temperaturgradienten für die Dimensionierung und Substanzbewertung mit ihren Häufigkeitsverteilungen für unterschiedliche Deckendicken ermittelt. Jeweils ein maßgebender Gradient und ein Verteilungsparameter ist dann für Deutschland auf ein 1 x 1 km – Raster umgerechnet worden. Im Ergebnis entstanden eine KiST-Zonen-Karte für die semiprobabilistische und die probabilistische Verfahrensweise, die als Entscheidungsgrundlage für die RDO Beton und RSO Beton vorliegen. Darüber hinaus wurde ein Vorschlag für die Änderung und Ergänzung der derzeit gültigen RDO Beton 09 mit ihrer semiprobabilistischen Verfahrensweise aufgestellt.

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.