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Die intelligenten Kalottenlager sind durch Messdatenanalyse, Entwicklung geeigneter Algorithmen und Implementierung einer automatisierten Auswertung ein effektiver Baustein einer „Intelligenten Brücke“. Sie liefern kontinuierlich relevante Informationen sowohl zu Eigenüberwachung, Bauwerksüberwachung als auch Einwirkungserfassung. Somit können die Ergebnisse eingebunden werden in Prognose- und Strukturmodelle und schaffen damit eine Grundlage für ein zuverlässigkeitsorientiertes und präventives Erhaltungsmanagement. Zur Selbstüberwachung der Lagerfunktionalität und des Lagerzustands werden Tagesextremwerte der Verschiebung in der ebenen Gleitfläche, der Verdrehung und des Drucks sowie akkumulierte Gleitwege und der Gleitspalt kontinuierlich ausgegeben. Zur Überwachung der Brückeneigenschaften dienen die ersten beiden Eigenfrequenzen sowie die Lagerkraft infolge ständiger Einwirkungen. Die Verkehrseinwirkung wird überwacht anhand der verkehrsinduzierten Lagerkräfte, die in einem täglichen Peak-Histogramm dem Betreiber der Intelligenten Brücke zur Verfügung gestellt werden. Die Auswahl der Sensoren, das Messwerterfassungssystem kombiniert mit den Auswertealgorithmen sind robust und liefern qualitativ hochwertige Messdaten. Z. B. werden verkehrsinduzierten Lagerkräfte mit einer Genauigkeit von ± 7 % des Fahrzeuggesamtgewichts erfasst. Im Jahresrhythmus werden die bemessungsrelevanten Quantilwerte der Lagerreaktionen ermittelt, die Aussagen zur Genauigkeit der normgemäßen Bemessung geben.
Im Jahr 2018 trat in Deutschland ein reformiertes Fahrlehrergesetz in Kraft, das vier Reformschwerpunkte umfasste: die Optimierung der Fahrlehrerausbildung, die Weiterentwicklung der Fahrschulüberwachung, die Bekämpfung des Nachwuchsmangels und den Bürokratieabbau. Zur Ableitung qualifizierter Aussagen über die Wirksamkeit der beschlossenen Veränderungen im Hinblick auf die angestrebten Reformziele sind Evaluationsstudien notwendig. Aus diesem Grund wurde in einem ersten Teil des vorliegenden Projekts eine Konzeption zur summativen Evaluation des reformierten Fahrlehrerrechts erarbeitet. Darüber hinaus wurde eine erste Datengrundlage geschaffen, die bei der summativen Evaluation als Vergleichsmaßstab dienen kann. In einem zweiten Projektteil wurde eine formative Evaluation der reformierten Fahrlehrerausbildung der Klasse BE durchgeführt. Dazu wurden die ersten Ausbildungsdurchgänge nach neuem Recht an drei Fahrlehrerausbildungsstätten und an verschiedenen Ausbildungsfahrschulen empirisch begleitet.
Als grundsätzliche Empfehlung für die zukünftige summative Evaluation lässt sich festhalten, dass diese durch erfahrene externe Evaluatoren zu drei Erhebungszeitpunkten durchgeführt werden sollte. Als Bewertungskriterien wurden die Praktikabilität, die Zielerreichung, die Zufriedenheit und Nebenfolgen der Reform vorgeschlagen.
Die Vergleichsdatenerhebung sowie die formative Evaluation lieferten aktuelle Eindrücke zur Reformwirksamkeit und zur Stimmungslage. So fanden sich beispielsweise Hinweise darauf, dass die Reform einen ersten Schritt zur Reduktion des Nachwuchsmangels im Fahrlehrerberuf darstellen könnte. Grundsätzlich wurden zudem die Praktikabilität und die Akzeptanz der reformierten Fahrlehrerausbildung nachgewiesen, wobei auch Optimierungsmöglichkeiten und unerlässliche Nachsteuerungsbedarfe hervortraten. Dazu gehören beispielsweise die Erfordernisse zur Konkretisierung der Mindest-Ausbildungsinhalte des Rahmenplans für die Fahrlehrerausbildung der Klasse BE an Fahrlehrerausbildungsstätten und zur Wiedereingliederung der Fahrpraktischen Vorbereitung. Zudem hat sich die Notwendigkeit zur Erarbeitung kompetenzorientierter Steuerungsgrundlagen für die Ausbildung an den Ausbildungsfahrschulen gezeigt.
Überquerungsanlagen sollen mögliche Gefährdungen und Konfliktsituationen entschärfen, die beim Überqueren von Fahrbahnen durch Fußgänger entstehen können. § 45 Abs. 9 S. 1 und S. 3 StVO verlangen bei Anordnung eines FGÜ eine Einzelfallprüfung. Die Richtlinien für die Anlage und Ausstattung von Fußgängerüberwegen (R-FGÜ 2001) präzisieren die Einsatzbereiche von FGÜ. Nach den Richtlinien zur Anlage von Stadtstraßen (RASt 06) und dem Merkblatt für die Anlage von Kreisverkehren (2006) sollen FGÜ an den Überquerungsstellen an Kreisverkehren eingerichtet werden. Dies steht zu den straßenverkehrsrechtlichen Vorgaben in Widerspruch.
Die Untersuchung umfasste
• Unfallanalysen bei Überquerungsstellen an Kreisverkehren mit FGÜ und ohne FGÜ sowie bei FGÜ an Streckenabschnitten,
• Verhaltensbeobachtungen, insbesondere zur Akzeptanz der Verhaltensregelungen, und
• Befragungen zur Regelkenntnis.
Bei insgesamt sehr wenigen Unfällen Überquerender an Kreisverkehren können für keinen der Regelungstypen generelle Sicherheitsvorteile aufgezeigt werden. Viele abbiegende Fahrzeuge an Kreisausfahrten ohne FGÜ fahren vor wartenden Fußgängern durch. Bei FGÜ besteht eine hohe Akzeptanz der Regelungen.
Im Rahmen der Untersuchung wurden Geschwindigkeiten ausfahrender Fahrzeuge ohne Interaktionen mit Überquerenden an Überquerungsstellen gemessen. Für die Überquerungsstellen ohne FGÜ zeigte sich ein deutlicher Einfluss des Durchmessers der Kreisinsel – zzgl. eines Innenringes – auf die Geschwindigkeit ausfahrender Kfz. Bei Durchmessern der Kreisinsel zuzüglich eines Innenringes um 15 m liegen die mittleren Geschwindigkeiten bei 28 bis 35 km/h, bei Durchmessern um 25 m bei 22 bis 32 km/h. Auch für die v85 zeigten sich diese Einflüsse.
Die Kenntnis der Verkehrsregeln beim Abbiegen aus und beim Einbiegen in einen Kreisverkehr ist bei Fußgängern und bei Kfz-Führern generell ungenügend.
FGÜ an Streckenabschnitten und Hauptarmen unsignalisierter Knoten, die aus 100 m Entfernung erkennbar sind und deren Warteflächen aus beiden Richtungen aus 50 m Entfernung sichtbar sind, erwiesen sich als sicherer als FGÜ mit eingeschränkter Erkennbarkeit und eingeschränkten Sichtbeziehungen.
• Folgerungen und Empfehlungen
Für Kreisverkehre wird empfohlen, FGÜ stets nach einer Einzelfallprüfung nach den R-FGÜ anzuordnen. Die R-FGÜ könnte aus Gründen der Klarstellung entsprechend angepasst werden. Bei Gefährdung besonders schutzbedürftiger Personen wie Kindern, älteren Menschen und Blinden und Sehbehinderten, die einen Kreisverkehrsarm regelmäßig überqueren, kann ein FGÜ auch bei niedrigeren Stärken des Fußgängerverkehrs als nach den geltenden R-FGÜ geprüft werden.
Die Anforderungen an die Sichtweite auf Warteflächen sollte für die Ausfahrt von Kreisverkehren auf 10 – 15 m präzisiert werden. FGÜ sollten in der Zu- wie in der Ausfahrt beleuchtet werden. Bei ausreichender Flächenverfügbarkeit sollten Durchmessern der Kreisinsel einschließlich eines Innenringes um 25 m gegenüber kleineren Durchmessern bevorzugt werden.
Es besteht Bedarf an einer Verkehrsaufklärung, um die Regelkenntnis für Interaktionen zwischen abbiegenden Fahrzeugen und überquerenden Fußgängern an Überquerungsstellen ohne FGÜ zu verbessern. Die Kenntnis soll dabei sowohl bei Fußgängern als auch bei Kfz-Führern verbessert werden.
Ziel des Forschungsvorhabens war die Herstellung von „Nanoasphalt“ aus mit polymerbeschichteten, plättchenförmigen Nanopartikeln dotierten Bitumenbindemitteln und die Untersuchung des Alterungsverhaltens der neuen Materialklasse.
Theoretische Voruntersuchungen zeigten, dass statistisch im Volumen verteilte, mplättchenförmige Partikel mit Aspekverhältnissn D/H > 100 als effektive Diffusionsbarrieren wirken und sowohl die oxidative Alterung als auch den Verlust weichmachender Bestandteile aus Bitumenbindemitteln um den Faktor 2 - 3 verlangsamen können.
Es wurde eine lösemittelfreie Synthese für Alkyl-Quat-Primer-Polymere entwickelt und ein Verfahren ausgearbeitet, um Natrium-Montmorillonit (NaMMT) in einem einstufigen Verfahren zu exfoliieren und die entstehenden Silikatblättchen mit den Polymeren zu beschichten. Hochverzweigte Polymere auf Basis von Polyethylenimin mit einem Quarternisierungsgrad von ca. 5 mol% und einem Alkylierungsgrad von 80 mol% unter Verwendung von C12-Substituenten adsorbieren irreversibel auf Montmorrilonit und wirken zugleich als Dispergiermittel. Es konnten Nanopartikel-Bitumen-Komposite (NPBK) hergestellt werden, die bis zu 10 M.-% Nanopartikel mit Dicken von 10-50 nm und Durchmessern von ca. 1-10 μm enthielten. Zur Herstellung eines Demonstrators wurden die Synthesen in den Halbtechnikumsmaßstab hochskaliert (11 kg Polymer → 22 kg modifizierte Nanopartikel → 440 kg Nano-Bitumen → 6.200 kg Nano-Asphalt).
Die Einmischung der Nanopartikel in das Bitumen erfolgte einmal mit dem bereits in der Pilotstudie eingesetzten Schnecken-Extruder und mit Blick auf eine spätere Hochskalierung des Herstellungsprozesses mittels Hochschermischer. Die auf diese Weise hergestellten NPBKs wurden in unterschiedlichen Alterungsstufen (frisch, kurz- und langzeitgealtert) anhand von konventionellen und rheologischen Prüfungen beurteilt.
Mit ausgewählten NPBK-Varianten wurden auf Laborebene Asphalte hergestellt, die ebenfalls umfangreichen Testreihen unterzogen wurden. Den Projektabschluss bildete die großmaßstäbliche Mischgutherstellung in einer Asphaltmischanlage sowie das Anlegen und Beproben einer Demonstratorfläche.
Analysen von Klimasimulationen des Deutschen Wetterdienstes zur Ableitung zukünftiger Klimarandbedingungen haben gezeigt, dass es in Deutschland bereits in naher Zukunft zu einer Erwärmung kommen wird. Die Intensität der Zunahme ist dabei regional unterschiedlich und nimmt in ferner Zukunft noch einmal zu.
Um negativen Folgen der klimatischen Änderungen entgegenzuwirken, wurden Materialanpassungen hinsichtlich der thermophysikalischen und lichttechnischen Materialeigenschaften bei der Konzeption und Herstellung klimaoptimierter Asphalte umgesetzt. Eine Optimierung der lichttechnischen Eigenschaften wurde durch die Verwendung heller Gesteinskörnungen (Quarzit) und von synthetischem Bindemittel mit Pigmenten erzielt. Bezüglich der thermophysikalischen Eigenschaften wurden Asphaltmischgüter mit erhöhter (Quarzit, Kalkstein) und verringerter Wärmeleitfähigkeit (EO-Schlacke) für alle Asphaltschichten konzipiert.
An Probekörpern der konzipierten Asphaltmischgüter wurden die Strahlungsreflexionsgrade sowie die thermophysikalischen Materialeigenschaften messtechnisch ermittelt. Anschließend fand eine praxisgerechte thermische Beanspruchung im Laboratorium an 24 cm dicken Asphaltaufbauten in einer Versuchsanlage zur Simulation der Globalstrahlung statt. Hierbei wurden Temperaturgradienten durch Messungen in verschiedenen Tiefen ermittelt. Zusätzlich wurde ein vereinfachtes eindimensionales Finite-Elemente-Modell erstellt, an dem Sensitivitätsanalysen zu thermophysikalischen Eigenschaften sowie Vergleiche zu den Laborergebnissen durchgeführt wurden.
Erwartungsgemäß erreichten die Varianten mit heller Deckschicht und Gesteinskörnung mit höherer Wärmeleitfähigkeit die geringsten Erwärmungen im Asphaltoberbau. Der Temperaturanstieg in der ATS ist dabei abhängig von den Wärmeleitfähigkeiten der ABS und ATS.
Abschließend wurden Asphalt- und Bindemittelprüfungen zur Bestimmung und Beurteilung der Performance der konzipierten Asphalte durchgeführt.
Lärmschutzwandaufsätze bieten eine einfache Möglichkeit zur Verbesserung der akustischen Wirksamkeit bestehender Lärmschutzwände. Hierbei ergibt sich zum einen eine höhere Pegelminderung aufgrund der Erhöhung der Wand, zum anderen lassen sich durch spezielle Geometrien oder absorbierende Materialien zusätzliche Einfügedämpfungen generieren.
Am Beispiel eines Lärmspoilers aus Flüsterschaum wurde die durch den Aufsatz erzeugte Pegelminderung untersucht und einer äquivalenten Erhöhung der Lärmschutzwand gegenübergestellt. Hierfür wurde auf Modellmessungen in der Halle für akustische Modelltechnik, Freifeldmessungen im Nah- und Fernfeld sowie auf numerische Simulationen der Schallausbreitung über die Aufsatzelemente zurückgegriffen. Darüber hinaus ist auch die Hitze-, Frost- und UV-Beständigkeit des Aufsatzmaterials Gegenstand des vorliegenden Projektes.
Die Untersuchung der Materialproben im Impedanz-Messrohr nach Materialbelastung ergibt, dass die akustischen Eigenschaften größtenteils erhalten bleiben. Es ist keine signifikante Abschwächung des Absorptionsgrades zu beobachten. Hinsichtlich der akustischen Wirksamkeit zeigt sich, dass die betrachteten Lärmschutzwandaufsätze im Vergleich zu einer Erhöhung der Wand keinen signifikanten akustischen Mehrwert besitzen. Alle Messungen liefern bei normgerechten Vorgehen eine akustische Wirksamkeit von unter 1 dB. Verglichen mit der (niedrigeren) Wand ohne Aufsatz führt die Installation der Lärmspoiler zu Pegelminderungen von ca. 3 dB – 4 dB. Die numerischen Simulationen bestätigen die Messergebnisse im Wesentlichen. In weiterführenden Vergleichen lassen sich zudem die verschiedenen Einflüsse auf die Schallausbreitung separieren: Während das Absorptionsmaterial selbst einen positiven Effekt auf die akustische Wirksamkeit hat, scheint die Geometrie des Aufsatzes den erreichbaren Einfügedämpfungen abträglich zu sein.
Die Untersuchung zeigt, dass die Modifizierung der Beugungskante prinzipiell Potential für einen zusätzlichen Minderungseffekt birgt. Die methodenübergreifende Analyse erlaubt eine gute Einschätzung der akustischen Wirksamkeit und soll zukünftig bei der Optimierung und praktischen Umsetzung derartiger Aufsätze helfen.
Verkehrslärm stellt häufig eine hohe Belastung von Anwohnern an stark befahrenen Straßen dar. Eine Möglichkeit zur deutlichen Lärmreduzierung auf Straßen mit gefahrenen Geschwindigkeiten von über 70-80 km/h stellt der Einbau von offenporigen Belägen dar. Diese Beläge besitzen durch ihren schallschluckenden Hohlraumgehalt im Vergleich zu herkömmlichen Belägen ein kritischeres Verhalten im Winter. Sie sind daher winterdienstlich anders zu behandeln.
Die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) führte in den vergangenen Jahren gemeinsam mit dem KOMMZEPT-Ingenieurbüro Hausmann umfangreiche Untersuchungen zum Winterdienst speziell zum Tausalzeinsatz auf offenporigen Belägen durch.
Im Sommer 2016 wurde Deutschlands erste Verbundbrücke mit feuerverzinkten Stahlträgern in der Baulast der Bundesfernstraßenverwaltung errichtet. Das Bauwerk befindet sich in Nordhessen und ist ein Überführungsbauwerk für einen Wirtschaftsweg im ländlichen Raum über den derzeit in Realisierung befindlichen Neubau der A 44 zwischen Kassel und Herleshausen (A 4).
Die Motivation für dieses Pilotprojekt rührt aus dem im letzten Jahrzehnt spürbar gewachsenen Antrieb, allerorten nachhaltige und ressourcen- sowie umweltschonende Prozesse zu etablieren und diesen auf Grundlage von Lebenszyklusbetrachtungen den Vorzug vor auf kurze Sicht scheinbar kostengünstigeren Anschaffungen zu geben. Gerade bei besonders langlebigen Anschaffungen wie Bauwerken der Infrastruktur entfallen deutlich höhere Kosten auf den Betrieb und die Unterhaltung als auf die anfängliche Herstellung. Die größten Kosten resultieren dabei aus mittelbar nötigen Aufwendungen wie z. B. Verkehrsführungen während Bauwerkssanierungen und zwischenzeitlich erforderlichen Runderneuerungen der Bauwerkssubstanz oder exponierter Teile davon (Beläge, Kappen, Lager, Fahrbahnübergänge, Korrosionsschutz). Können diese Bauteile oder Bauelemente dauerhafter hergestellt werden oder gar ganz entfallen, sind langfristige Einsparungen zu erwarten, die sogar höhere Anschaffungskosten rechtfertigen.
In mehreren Forschungsvorhaben wurden die Eignung eines Korrosionsschutzes durch Feuerverzinken auch für tragende Bauteile von Brücken, dessen Dauerhaftigkeit auch für Zeiträume in der Größenordnung der Lebensdauer des Bauwerks selbst und dessen Wirtschaftlichkeit nachgewiesen. Auf dieser Grundlage wurde frühzeitig die Entwurfsplanung dreier nahezu baugleicher und benachbart gelegener Bauwerke auf die Realisierung eines Pilotprojektes an einem der Bauwerke ausgerichtet, während die beiden anderen als Referenzbauwerke konventionell hergestellt und beschichtet wurden.
Das Pilotprojekt zielt darauf ab, an einem realen Bauwerk einerseits Erfahrungen bei der konkreten Umsetzung zu sammeln, die Besonderheiten im Herstellprozess herauszuarbeiten und zu bewerten, um sie ggf. in künftigen Regelwerken zu verarbeiten, und andererseits im direkten Vergleich mit den Nachbarbauwerken Erfahrungen im weiteren Betrieb sammeln zu können.
Der hier vorliegende Bericht möge dem interessierten Leser einen tiefen Einblick in die vielfältigen Aspekte geben, denen bei der Realisierung einer feuerverzinkten Konstruktion Beachtung zu schenken ist. Er soll sowohl Bauherren als auch Planern und Ausführenden einen im Wesentlichen an der Chronologie der Maßnahme orientierten roten Faden bieten. Die aufgeführten Gesichtspunkte treten mitunter im Kontext mehrerer Themenkreise auf, daher sind einzelne Wiederholungen bewusst nicht vermieden.
Die wesentlichen Aspekte werden abschließend noch einmal zusammengestellt. Diese und die vielen kleinen Gesichtspunkte sollten bei künftigen Projekten in einer frühen Phase und in dem konkreten Projektkontext bewertet werden und zu projektspezifischen Entscheidungen führen.
Aufgrund des großen Potenzials sind die Forschungen fortgesetzt und z. B. auf andere Fügetechniken ausgedehnt worden. Die Ergebnisse werden erwartungsgemäß das Einsatzgebiet der Feuerverzinkung als kostengünstigen, langlebigen und recyclebaren Korrosionsschutz im Verbundbrückenbau erweitern.
Jahresbericht 2020
(2021)
Schwerpunkt des Jahresbericht 2020 sind ausgewählte Forschungsergebnisse aus allen Arbeitsbereichen der BASt.
Thematisiert werden beispielsweise die Re-Evaluation des Alkoholverbots für Fahranfänger, die Wirksamkeit von Lkw-Notbremssystemen oder Risikofaktoren im Motorradverkehr. Es wird über „sprechende“ Arbeitsstellen ebenso wie über die Kommunikation automatisierter Fahrzeuge mit nicht-automatisierten Verkehrsteilnehmern und Airbag-Sicherheitssystemen für Radfahrer berichtet.
Das Verkehrsbarometer zeigt, wie sich der Verkehr während der Corona-Pandemie entwickelt hat. Vorgestellt werden zudem die technische Entwicklung zur Vermeidung von Straßensperrungen, der RITUN-Leitfaden für resiliente Straßentunnel, die Betonfahrbahn 4.0, wie die Arbeitssicherheit Innovationen fordert und fördert und die länderübergreifende Forschungszusammenarbeit im Straßenbau.
Auch Ergebnisse zu sicheren Landstraßen durch geeignete Schutzeinrichtungen, zum Einsatz digitaler Technologien bei Ingenieurbauwerken, zu nachhaltigen innovativen Ersatzneubauten von Betonbrücken sowie der BASt-Aktivitäten im BMVI-Expertennetzwerk werden dargestellt.
Schlaglichter sowie Zahlen und Fakten ergänzen den Bericht.