Für automatisierte Fahrmanöver eines Fahrzeuges im Straßenverkehr ist eine Erkennung der Situation, in dem sich das Fahrzeug befindet, eine notwendige Voraussetzung. Längsmarkierungen werden bei automatisierten Fahrmanövern zur Querpositionierung genutzt und müssen hierfür von der Sensorik des Fahrzeuges detektiert werden. Neben der Güte des Sensors und der Signalverarbeitung sind die Ausprägungen spezifischer Merkmale eines Objektes für das Ergebnis einer Detektion entscheidend. Diese qualitative Ausprägung kann im Kontext der Detektion als maschinelle Erkennbarkeit bezeichnet werden. Für die Ableitung einheitlicher und fundierter (Mindest-) Standards für Markierungen als Bestandteil einer automatisiert befahrbaren Straße besteht wissenschaftliches Interesse an der Entwicklung von Methoden zur Quantifizierung der maschinellen Erkennbarkeit einer Markierung. Ziel des Forschungsprojektes ist neben der Erforschung von Anforderungen an Fahrbahnmarkierung für das automatisierte und vernetzte Fahren auch der Abgleich mit aktuellen Qualitätsanforderungen, die bisher maßgeblich die Wahrnehmbarkeit von Markierung durch den menschlichen Fahrer sicherstellen sollen. Eine Literatur- und Marktanalyse ist die Grundlage für Prüfsystematik und Bewertungsmetrik. In Fahrversuchen auf einem Testfeld und einer öffentlichen Autobahn wurden Markierungskenngrößen (Leuchtdichtekoeffizienten Qd, RL und RL,w sowie Geometrie und Material) und äußere Einflussfaktoren (Tag, Nacht und Gegenlicht sowie Nässe und Trockenheit) gezielt und kontrolliert variiert. Zur Bewertung der maschinellen Detektierbarkeit wird der Kontrast zwischen der Markierung und der benachbarten Fahrbahnoberfläche in Kamerabildern und LiDAR-Punktwolken analysiert. Alle Markierungskenngrößen und äußeren Einflussfaktoren können bezüglich des Einflusses auf die maschinelle Detektierbarkeit bewertet werden. Insbesondere der Kontrast der Leuchtdichtekoeffizienten von Markierung und benachbarter Fahrbahnoberfläche ist maßgebend. Es kann grundsätzlich festgestellt werden, dass bei trockenen und nassen Bedingungen die Erneuerungswerte nach ZTV M 13 ausreichen, um einen Weberkontrast von 0,1 in Kamerabild und LiDAR-Punktwolke sicherzustellen. Auch ein Weberkontrastwert von 0,5 kann in vielen Fällen durch die Erneuerungswerte der ZTV M 13 erreicht werden. Im direkten Vergleich ist die Kamera-Detektierbarkeit bei Tageslicht (Qd) und bei Nacht und Nässe (RL,w) durch bisherige Standards deutlich weniger sichergestellt als bei Nacht und Trockenheit (RL). Bisherige Anforderungen an RL,w stellen eine deutlich geringere LiDAR-Detektierbarkeit bei Nässe sicher als Anforderungen an RL bei Trockenheit (unabhängig von der Beleuchtungssituation). Die Ergebnisse der wissenschaftlichen Arbeit sind Grundlage für weitere Forschungsaktivitäten auf dem Gebiet der Fahrzeugautomatisierung im Zusammenspiel mit der Straßeninfrastruktur und leisten einen Beitrag zur Sicherstellung der automatisierten Befahrbarkeit dieser. Es werden Empfehlungen an Kontrast der Leuchtdichtekoeffizienten von Markierungen und der benachbarten Fahrbahnoberfläche gegeben. Für die fundierte Definition von Mindestwerten sind zukünftig die Einflüsse von falsch-positiven Detektionen zu berücksichtigen und zu erforschen.

Im Rahmen des Projektes wurden vereinfachte lichttechnische Messverfahren entwickelt, um photometrische Daten bei Dunkelheitsunfällen schnell und zuverlässig erheben zu können. Für die Erhebung von Beleuchtungsstärken wurden zunächst Messungen mit verschiedenen Messköpfen durchgeführt. Der Messkopf mit den gemäß Kenngrößen geringsten Werten wurde anschließend auf ein mobiles Modellfahrzeug montiert. Für dieses wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem Beleuchtungsstärken an Unfallorten einfach erhoben werden können. Für die Erhebung von Leuchtdichten wurde zum einen ein Leuchtdichtenormal entwickelt. Mit Hilfe des Normals können verschiedene Leuchtdichten eingestellt werden. Ein visueller Abgleich ermöglicht die Überprüfung der Einhaltung einer normgerechten Beleuchtungssituation an Unfallorten. Zum anderen wurde ein spezielles Kalibrierverfahren für Leuchtdichten für Digitalkameras getestet. Im Gegensatz zum Einsatz des Leuchtdichtenormals, welches für die Zuordnung zu einer Beleuchtungsklasse nur das menschliche Auge als Referenz verwendet, werden hier echte Leuchtdichtebilder erzeugt, die ortsaufgelöst viele, replizierbare Werte liefern. Die Evaluation der Verfahren ergab, dass mit dem Messfahrzeug sehr verlässliche Aussagen zu den an Unfallorten vorliegenden Beleuchtungsstärken getroffen werden können. Auch die mit der kalibrierten Digitalkamera erhobenen Werte lagen in ihrer Abweichung zu den Werten normgerechter Messungen in noch tolerablen Grenzen. Dahingegen wurden mit dem Leuchtdichtenormal zum Teil große Fehleinschätzungen vorgenommen. Für das Messfahrzeug sowie das Leuchtdichtenormal ist zu beachten, dass es sich um Prototypen handelt. Die Fertigung für eine breite Anwendung ist daher noch mit größerem Aufwand verbunden. Für die Anwendung des Messfahrzeugs sowie der kalibrierten Digitalkamera wurde ein Leitfaden erstellt, der die genaue Vorgehensweise der Messungen am Unfallort beschreibt.

Der angestrebte langlebige, wirtschaftliche und sichere insbesondere jedoch auch nachhaltige Bau und Betrieb eines Straßentunnels führen zu neuen Anforderungen an die Konstruktion sowie die betriebs- und sicherheitstechnische Ausstattung. Diese gilt es sowohl in der Planungs- aber auch in der späteren Bau- und Betriebsphase entsprechend umzusetzen. Die Beiträge der Vortragsveranstaltung befassen sich mit diesen aktuellen Themen zu Planung, Bau und Betrieb von Straßentunneln und greifen diese Anforderungen auf. Im Themenblock Planung wird ein Praxisbeispiel die Anwendung einer BIM-basierten Arbeitsweise in der Betriebsphase eines Tunnels aufgezeigt. Der Bericht zur Anwendung zweier risikobasierter Untersuchungsverfahren zur Ermittlung des Einflusses unterschiedlicher Abstände zwischen Pannenbuchten sowie eines steigenden Anteils von Fahrzeuggen mit alternativen Antrieben auf die Tunnelsicherheit, soll Planern aber auch Tunnelbetreibern eine bessere Einschätzung ggf. zu ergreifender Maßnahmen ermöglichen. Hilfestellung für den Tunnelbetreiber, einen Tunnel auch bei eingeschränkter Funktionalität betriebstechnischer Einrichtungen weiter zu betreiben, soll die Vorstellung hierfür zu gewährleistender minimaler Betriebsbedingungen bieten. Des Weiteren wird über Versuche zum Verhalten von Tunnelnutzenden in Entfluchtungssituationen berichtet. Im Themenblock Bautechnik wird der Fragestellung nachgegangen, wie der Einsatz von selbstverdichtendem Beton mit Zusatz von Polypropylen-Fasern einen positiven Einfluss auf die Betonqualität bei Innenschalen haben kann. Zum Thema Nachverpressung von Tunnelinnenschalen und der Reichweite verschiedener Injektionsmaterialien und -systeme wird über durchgeführte großmaßstäbliche Laborversuche berichtet. Angesichts des fortschreitenden Klimawandels und der Einhaltung der gesetzten Klimaziele hat die CO2-neutrale Erzeugung von Energie hohe Priorität. Die Vorträge des Themenblocks Nachhaltigkeit setzen sich einerseits mit dem Potential der Einsparung von Energie und zum anderen mit der Substitution fossiler durch regenerative Energieerzeugung auseinander.

In den letzten Jahren ist eine Vielzahl neuer Verfahren für die Erzeugung von Punktwolken für ingenieurgeodätische Zwecke auf den Markt gekommen. Dies betrifft sowohl terrestrische als auch mobile und Airborne Laserscan-Messsysteme (TLS, MLS, ALS) sowie photogrammetrische Systeme auf der Basis von Drohnen (UAVs). Jedes der unterschiedlichen Messsysteme weist Vor- und Nachteile auf oder ist nur in Kombination mit herkömmlichen Verfahren einsetzbar. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt ist unklar, welche Systemspezifikationen für Anwendungen in der Straßenbauvermessung zweckmäßig und wirtschaftlich einsetzbar sind. Offen ist ebenfalls, inwieweit die Nutzung für anschließende Arbeitsprozesse einen Gewinn darstellt, z. B. durch georeferenzierte Punktwolken bei der Aufstellung des Entwurfs, bei der vermessungstechnischen Bauüberwachung oder bei der Bauabrechnung. Ziel des Forschungsprojektes war es zu untersuchen, für welche Anwendungen in der Straßenbauverwaltung Punktwolken sowohl unter technischen als auch unter qualitativen Gesichtspunkten eingesetzt werden können. Es wurden die Vor- und Nachteile der Erfassungsverfahren aufgezeigt sowie Spezifikationen für die Auswahl einzelner Messsysteme bzgl. der Datenerfassung, -aufbereitung und -bereitstellung zusammengestellt. Dabei wurden auch Aspekte der Verkehrssicherheit und der Reduzierung der Verkehrsbeeinträchtigung berücksichtigt und diskutiert. Über den rein ingenieurgeodätischen Aspekt hinaus sollte die Frage beantwortet werden, inwieweit die Qualität einer Punktwolke in Hinblick auf einzelne Anwendungsfälle beurteilt werden kann und ob durch den Einsatz neuer Verfahren ein Mehrwert für anschließende Arbeitsprozesse aus den Bereichen Planung, Bau und Betrieb von Straßen zu erzielen ist. Dazu erfolgte zunächst eine Darstellung der Grundlagen zur Punktwolkenerfassung, indem die Funktionsweisen der beiden wesentlichen Erfassungstechnologien zur Erzeugung von Punktwolken erläutert wurden. Anschließend galt es im Rahmen einer Anforderungsanalyse die möglichen Einsatzbereiche von Punktwolken zu beschreiben, die den einzelnen Lebensphasen eines Bauwerks zugeordnet wurden. Für die identifizierten Einsatzbereiche wurde aufgezeigt, unter welchen Voraussetzungen der Einsatz von Punktwolken einen Mehrwert liefern kann. Dazu erfolgte eine einsatzbereichsbezogene Bewertung sowie die Darstellung des mittel- bis langfristigen Nutzens des Einsatzes dieser Technologien. Weiterhin wurden verkehrssicherheitsrelevante Aspekte beim Einsatz von Drohnen entlang von Straßen thematisiert. Ein weiterer Abschnitt beinhaltete eine Marktanalyse zu den verfügbaren Hard- und Softwarekomponenten für die Erfassung und Verwendung von Punktwolken. Zuletzt erfolgte schließlich eine Beurteilung, inwiefern eine Anpassung der gültigen Regelwerke in Bezug auf den Einsatz von Punktwolken erforderlich ist. Dazu wurden die in den Lebensphasen jeweils relevanten Regelwerke gesichtet und der Anpassungsbedarf beurteilt. Zusammenfassend ist festzustellen, dass neben der Planungs- und Bauphase der Einsatz von Punktwolken insbesondere in der Betriebsphase zielführend sein kann. Für den Rückbau ergeben sich analoge Anwendungsfälle wie bei der Bauphase. Es zeigte sich, dass der frühzeitige Einsatz von Punktwolken während der Planungs- und Bauphase für weitere Anwendungsfälle im Rahmen der Betriebsphase nutzenbringend sein kann. Die Bewertung des Nutzens bzw. des Mehrwertes erfolgte zunächst im Sinne einer mittel- bis langfristigen Betrachtung als auch in Hinblick auf spezifische Einsatzbereiche. Neben dem Mehrwert wurden die bei der Erfassung auch zu berücksichtigenden juristischen Aspekte sowie der Einfluss auf den Straßenverkehr beleuchtet. Der Einsatz von Punktwolken macht insbesondere dann Sinn, wenn mehrere Fachgewerke bzw. Fachabteilungen über mehrere Lebenszyklusphasen eines Bauwerks auf die mit Hilfe von Punktwolken erzeugten Datensätze zugreifen. Dies betrifft bspw. die Inventarisierung der Straßenraumausstattung. Mit Hilfe von Punktwolken kann die räumliche Lage der einzelnen Elemente des Straßenraums sehr gut beschrieben und dokumentiert werden. Gleiches gilt für die Grundplanerstellung sowohl mit als auch ohne lärmtechnische Daten, bei denen eine Verortung von Objekten innerhalb eines größeren Analysegebiets von Bedeutung ist. Innerhalb der Betriebsphase besteht ein großes Nutzenpotential in der Verwendung von Punktwolkendaten zur Erstellung von BIM-Modellen bestehender Infrastrukturobjekte. Hierbei können die geometrischen Abmessungen der Bauwerke und Bauwerksteile mit Hilfe von (teil-)automatisierten Algorithmen identifiziert und in ein BIM-Modell integriert werden. Neben einem Überblick zu den am Markt verfügbaren Hard- und Softwaresystemen zur Erfassung und Verarbeitung von Punktwolken erfolgte auch eine Bewertung der Eignung diverser Systeme (auf Technologieebene) für die hier erörterten Einsatzbereiche. Die für die verschiedenen Themenfelder relevanten Regelwerke, Projektierungsnormen und Gesetze bzw. Verordnungen wurden zusammengetragen und beurteilt, inwieweit diese um das Thema Punktwolken ergänzt werden sollten. Insgesamt erfolgte eine Beurteilung von ca. 100 Regelwerken, Normen, Gesetzen und Verordnungen. Für die Planungsphase, insbesondere für den Bereich Vermessung, konnten die meisten Regelwerke identifiziert werden, die ggf. anzupassen sind. Zusammenfassend ist jedoch festzustellen, dass kein unmittelbarer Handlungsbedarf zur Anpassung besteht. Gleichwohl wird bei einigen Regelwerken eine Ergänzung des Themas Punktwolken im Rahmen der nächsten Überarbeitung empfohlen.

Eine Torsionsbeanspruchung stellt eine der grundsätzlichen Belastungsarten eines Balkenbauteils dar, wobei die Beanspruchung zumeist in Kombination mit einer ergänzenden Biege- bzw. Querkraftbeanspruchung einhergeht. Die Nachrechnung zahlreicher älterer Bestandsbrückenbauwerke infolge des gestiegenen Schwerlastverkehrs zeigt, dass gerade bei den Beanspruchungsarten Querkraft und Torsion vielfach rechnerische Defizite festzustellen sind, obwohl das äußere Erscheinungsbild oft noch keine Anzeichen einer Überbeanspruchung erkennen lässt. Während die Bemessungsmodelle für Stahlbeton- bzw. Spannbetonbauteile für Querkraft durch zahlreiche wissenschaftliche Arbeiten immer weiter verfeinert wurden, sind in den letzten 40 Jahren in Deutschland sowie international im Vergleich deutlich wenigerer Untersuchungen zu Stahlbeton- und Spannbetonbauteilen unter Torsionsbelastung durchgeführt worden. Um einen ergänzenden Beitrag zur Forschung an torsionsbeanspruchten Bauteilen zu leisten und torsionsbeanspruchte Bauteile in gleichem Maße sicher und effizient auszunutzen, wie dieses unter Querkraftbeanspruchung möglich ist, wurde im Rahmen des vorliegenden Projektes Folgendes erbracht: 1. Zusammenfassende Darstellung des Sachstandes bzw. aktueller Bemessungsmodelle zur Torsionstragfähigkeit von Stahlbeton- und Spannbetonbauteilen. 2. Erstellung einer Datenbank bestehend aus 1.527 Torsionsversuchen an Stahlbeton- und Spannbetonbalken in Kombination mit Beanspruchung infolge Biegung, Normalkraft und Querkraft. Der Aufbau der Datenbank erfolgte angelehnt an die international anerkannten ACI-DAfStb Shear Databases. 3. Überprüfung der Torsionstragfähigkeit von Stahlbeton- und Spannbetonbauteilen in Kombination mit Biegung, Normalkraft und Querkraft im Kontext des aktuellen Eurocode anhand der Datenbank. Basierend auf den Auswertungen wurden Sicherheitsdefizite bzw. Optimierungspotentiale aufgezeigt. Die Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen: (1) Mit dem Torsionsmodell der DIN EN 1992 werden die experimentellen Bruchlasten grundsätzlich gut erfasst. Sicherheitsdefizite bestehen lediglich bei der Druckstrebentragfähigkeit. (2) Bezüglich der Druckstrebnneigung zeigen die durchgeführten Untersuchungen, dass ausgehend von der Rissneigung im Grenzzustand der Tragfähigkeit eine Rotation auf den Plastizitätswinkel möglich ist. Für Bauteile ohne Normalkraftbeanspruchung konnte anhand der Datenbank eine maximale Rotation von 20° festgestellt werden, mit steigender Normalkraftbeanspruchung und damit flacher werdendem Risswinkel nimmt das Rotationspotential ab. (3) Die Druckstrebentragfähigkeit unter Torsionsbeanspruchung liegt gemäß den durchgeführten Untersuchungen sowohl nach DIN EN 1992 als auch nach dem Rechenansatz der prN EN 1992 (Fassung Oktober 2021) auf der unsicheren Seite. Dieses wurde bereits in ZEDLER 2011 festgestellt und ist vor allem darin begründet, dass sich der äußere Teil der Betondeckung unter Torsionseinwirkung teilweise der Beanspruchung entzieht. (4) Die Datenbankauswertungen bestätigen die Untersuchungen von THÜRLIMANN 1975, ZEDLER 2011 bzw. STAKALIES 2021, nachdem auch Bewehrung im Inneren des idealisierten Hohlkastens einen Beitrag zur Torsionstragfähigkeit liefert und als Torsionslängsbewehrung ansetzbar ist. (5) Darüber hinaus zeigen die Auswertungen an der Datenbank vor allem unter kombinierter Beanspruchung (Torsion mit Biegung bzw. Querkraft), dass die rechnerischen Bruchmomente im Regelfall überschritten werden und daher offensichtlich noch Traglastreserven bestehen. Dieses wird im Wesentlichen auf Umlagerungen der Längsbewehrung innerhalb des Querschnittes sowie auf die Tragwirkung der ungerissenen Betondruckzone zurückgeführt. Basierend auf den o. g. Erkenntnissen wurden Empfehlungen für eine Weiterentwicklung des Torsionsmodells des Eurocode 2 abgeleitet, einmal im Hinblick auf die Bemessung von Neubauwerken und einmal im Hinblick auf die Nachrechnung von Bestandsbauwerken.