Vazul Boros, Maciej Kwapisz

• Im Zuge des Forschungsvorhabens wurden knapp 30 Anprallprüfungen an verschiedene Fahrzeug-Rückhaltesysteme ausgewertet, um tiefere Erkenntnisse über den Anprallvorgang zu erlangen und so ein robustes Lastmodell zu entwickeln, das diesen Einwirkungen bestmöglich entspricht. Die Auswertung ergab einerseits, dass es zielführend ist die Messergebnisse mit einem Tiefpassfilter zu prozessieren, um den Einfluss der Eigenschwingungen des Prüfstands zu reduzieren. Bei einer Grenzfrequenz von etwa 10 Hz lässt sich hierbei ein großer Anteil der beim realen Bauwerk nicht vorhandenen Eigenschwingungen herausfiltern. Bei größeren Frequenzen würden sich zudem Dehnraten ergeben, die den Ansatz von Vergrößerungsfaktoren für die Festigkeit von Beton und Bewehrung gerechtfertigten würden. Eine probabilistische Analyse der Randbedingungen bei den Anprallprüfungen ergab, dass diese im Vergleich zu den realen Abkommensunfällen mit ca. 90% Wahrscheinlichkeit größere Horizontalbeanspruchungen bewirken. Es wurde zudem aufgezeigt, wie mittels Anpassungsfaktoren auch ein anderes Sicherheitsniveau erreicht werden kann, sofern dies erwünscht ist. Bei den Vertikalkräften zeigte sich, dass die bei den Anprallprüfungen für die Aufhaltestufen H1 und H2 eingesetzten, verhältnismäßig leichten LKW hingegen nicht als repräsentativ für den realen Verkehr erachtet werden können. Deshalb ist es sinnvoll die Messwerte zu korrigieren. Im Vorhaben wurden drei Einwirkungsmodelle für Anprallasten miteinander verglichen: eine konzentrierte Last, ein Tandem-System und gleichmäßig verteilte Lasten. Vergleichsrechnungen ergaben, dass die konzentrierte Last und das Tandem-System eine konservativere Lastverteilung ergeben, als in den Versuchen gemessen wurde. Insgesamt entsprach die gleichmäßig verteilte Last am besten den Messergebnissen. Die Anprallprüfungen wurden ausgewertet, um das Einwirkungsmodell so zu kalibrieren, dass es sowohl für 4 m als auch für 12 m die Messwerte stets überschreitet. Zusätzlich wurde sichergestellt, dass im Falle der Horizontalkraft die resultierenden Schnittgrößen aus der gleichmäßig verteilten Last mindestens so groß sind, wie beim Aufbringen der maximalen Einwirkung in einem 4 m Block als konzentrierte Last. In einer Wirtschaftlichkeitsuntersuchung wurde geprüft, inwiefern die außergewöhnlichen Einwirkungen aus Anprall maßgebend für die Auslegung der Bauteile werden können. Bei dem Ansatz der Anprallkräfte als konzentrierte Last ist dies häufig der Fall. Bei der gleichmäßig verteilten Last bzw. dem Tandem-System zeichnet sich eher ab, dass in den meisten Fällen die Bewehrung im Bauteil unverändert bleiben würde. Basierend auf den Erkenntnissen aus dem Forschungsvorhaben scheint das in der nächsten Ausgabe der Eurocodes enthaltene Einwirkungsmodell mit einer gleichmäßig verteilten Horizontallast über 4 m Länge mit den Messergebnissen aus den Anprallprüfungen in Einklang zu sein. Die Kalibrierung ergab, dass eine Horizontalkraft von insgesamt 700 kN eine robuste Bemessung sicherstellt, die für alle geprüften Fahrzeug-Rückhaltesysteme die geforderte Sicherheit bietet. Zugleich ergab eine Wirtschaftlichkeitsberechnung, dass aufgrund der günstigeren Lastverteilung diese außergewöhnliche Einwirkungskombination voraussichtlich nicht maßgebend wird gegenüber anderen Grenzzuständen wie beispielsweise der Gebrauchstauglichkeit. Vor diesem Hintergrund ist es fraglich, ob es erforderlich ist mehrere Horizontalkraftklassen zu bilden, basierend auf den Auswertungen kann dies jedoch in beliebiger Anzahl erfolgen. Hinsichtlich der Vertikallast, die begleitend zum Anprall zu berücksichtigten ist, ist eine deutliche Erhöhung bezogen auf den Grundwert im Eurocode erforderlich, insbesondere, wenn die Vertikallast ebenfalls als gleichmäßig verteilte Last angesetzt wird. Bei einer gleichmäßig verteilten Last wird ein Wert von 450 kN empfohlen.
• In a research project almost 30 impact tests on various vehicle restraint systems were evaluated in order to gain a deeper understanding of the impact process and thus develop a robust load model that corresponds well to these impact loads. The evaluation showed that it would be advisable to process the measurement results with a low-pass filter in order to reduce the influence of the test setup's natural vibrations. At a cut-off frequency of around 10 Hz, a large proportion of the natural vibrations not present in the real structure can be filtered out. Furthermore, at higher frequencies, the high strain rates which would occur would justify the use of magnification factors for the strength of concrete and reinforcement. A probabilistic analysis of the boundary conditions in the impact tests showed that with a probability of approx. 90% these cause greater horizontal loads compared to real accidents. It was also shown how a different level of safety can be achieved by means of adjustment factors, if desired. In the case of vertical forces, it became apparent that the relatively light trucks used in the impact tests for restraint levels H1 and H2 cannot be considered representative of real traffic. For this reason, it makes sense to correct the measured values accordingly. The project compared three load impact models: a concentrated load, a tandem system and uniformly distributed loads. A comparison of finite element calculations showed that the concentrated load and the tandem system resulted in a more conservative load distribution than was measured in the tests. The uniformly distributed load corresponded best to the measurement results. The impact tests were evaluated in order to calibrate the impact model in such a way that it always surpasses the measured values for both 4 m and 12 m. In addition, it was ensured that in the case of the horizontal force, the resulting internal forces from the uniformly distributed load are at least as high as in case of applying the maximum action in a 4 m block as a concentrated load. In an economic feasibility study, it was examined to what extent the accidental loads from impact can be decisive for the design of the structural members. This is often the case when the impact forces are applied as a concentrated load. With the uniformly distributed load or the tandem system, it is more likely that the reinforcement in the component would remain unchanged. Based on the findings from the research project, the load model included in the upcoming generation of the Eurocodes with a uniformly distributed horizontal load over a length of 4 m appears to be consistent with the measurement results from the impact tests. The calibration showed that a total horizontal force of 700 kN ensures a robust design that provides the required safety for all tested vehicle restraint systems. At the same time, economic comparisons showed that, due to the more favourable load distribution, this accidental design situation is unlikely to be decisive compared to other limit states such as serviceability. Therefore, it is doubtful whether it is necessary to form several horizontal force classes, but the evaluations carried out in the project allow for the creation of any chosen number of categories if required. Regarding the vertical load acting simultaneously with the impact force, a significant increase compared to the recommended value in the Eurocode is required, especially if the vertical load is also applied as a uniformly distributed load. The recommended value is 450 kN in case of a uniformly distributed load.