620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Der Bericht enthält die Beurteilung von schädigungsrelevanten Einwirkungen und Schädigungspotenzialen von Betonbrücken sowie deren Erfassung am Bauteil mithilfe aussagekräftiger Parameter und geeigneter Sensoren im Rahmen des Themenschwerpunkts "Intelligente Bauwerke" der BASt. Die Grundlage zur Beurteilung von Schädigungspotenzialen bildet die Auswertung tatsächlich aufgetretener Schäden an Stahlbeton- und Spannbetonbrücken (97.662 Schäden an 3.474 Brücken). Neben der Aufbereitung der chronologischen Entwicklung von Vorschriften und Normen für den Bau von Brücken wurden Schäden infolge von Planungs- und Entwurfsfehlern, sowie Ausführungsfehlern analysiert. Den Schwerpunkt des Berichts bilden die Darstellung und Bewertung von Schädigungspotenzialen getrennt für die Widerstandsseite(auffällige Bauteile/Konstruktionen) sowie für die Einwirkungsseite (relevante Einwirkungen). Bauteile und Konstruktionen werden dazu im Hinblick auf die Merkmale Standsicherheit, Dauerhaftigkeit und Verkehrssicherheit untersucht. Darüber hinaus werden maßgebende Einwirkungen aus den Umweltbedingungen und insbesondere die Einwirkungen infolge des (Schwer-)Verkehrs bewertet. In einem weiteren Arbeitsschritt werden geeignete Schädigungsmodelle zur Beschreibung bekannter Schädigungsprozesse bei Brücken aus Stahl- und Spannbeton dargestellt und die modellspezifischen Einflussgrößen detailliert aufbereitet. Die Darstellung relevanter Parameter zur Erfassung von Einwirkungen und Schäden an Brückenbauwerken, sowie die Erfassung dieser Parameter mit geeigneten Sensoren bilden einen weiteren Schwerpunkt des Projektes. Darüber hinaus werden die Grundlagen eines Datenerfassungssystems dargestellt und abschließend Genauigkeits- und Häufigkeitsbereiche für die Datenerfassung und die Möglichkeiten der Sensorplatzierung aufgezeigt. Die Zusammenstellung der Ergebnisse erfolgt in Form eines Handbuchs.
Zur Ermittlung einer Mehr- oder Minderbeanspruchung des Straßenoberbaus durch Lang-Lkw wurde eine Stichprobe von 1.746 Fahrten im Direktverkehr und 483 Fahrten im kombinierten Verkehr analysiert. Die durchschnittliche Fahrzeuggesamtmasse der Lang-Lkw betrug 32,3 t. Ca. 9 % der Lang-Lkw fuhren überladen. Das Niveau der Überladungen lag jeweils unterhalb 3 t. Die maximale Achslast betrug 11,7 t. Die Achslastverteilung von Lang-Lkw im kombinierten Verkehr weist ein niedrigeres Niveau als für Lang-Lkw im Direktverkehr auf. Im Vergleich zu äquivalenten konventionellen Lkw ergibt sich für Lang-Lkw eine um 5 % niedrigere Anzahl äquivalenter 10-t-Achsen. Der mittlere Achszahlfaktor fA von Lang-Lkw beträgt 7,40. Das Transportvolumen eines Lang-Lkw entspricht rechnerisch dem Transportvolumen von 1,53 äquivalenten konventionellen Lkw. Mit zunehmendem Anteil Lang-Lkw am Gesamtkollektiv Schwerverkehr (bis zu 9 %) ist eine zunehmende, vergleichsweise geringe Reduzierung der B-Zahl nach RStO 12 zu verzeichnen, was in der Regel jedoch nicht zu einem Wechsel in die nächstkleinere Belastungsklasse führen würde. Mittels Dimensionierung nach RDO Asphalt 09 errechnet sich bei Einsatz von Lang-Lkw nach dem Ende einer 30-jährigen Nutzungsdauer der Straßenbefestigung ein geringfügig niedrigerer Ermüdungsstatus, der zu einer marginalen Verlängerung des Nutzungszeitraums führen würde. Der Einsatz von Lang-Lkw würde unter Einhaltung der im Feldversuch definierten fahrzeugtechnischen Vorgaben und zulässigen Grenzwerte für Fahrzeuggesamtgewichte und Achslasten nicht zur Mehrbeanspruchung des Oberbaus von Straßen führen. Die rechnerisch festgestellte Minderbeanspruchung des Oberbaus im Vergleich zu konventionellen Lkw hat nur marginale Bedeutung und würde sich somit in der Praxis kaum spürbar auf die Nutzungsdauer der Straßen auswirken.
Mit der Einführung der "Richtlinien für die Anlage von Landstraßen" (RAL, 2012) soll in Deutschland ein weiterer Beitrag zur Erhöhung der Verkehrssicherheit geleistet werden. Durch standardisierte, wieder erkennbare und voneinander unterscheidbare Typen von Landstraßen wird das Ziel verfolgt, dem Kraftfahrer eine für die Netzfunktion einer Landstraße angemessene Fahrweise zu verdeutlichen. Auf den schmalen Straßen mit nahräumiger Verbindungsfunktion sind dafür statt der bisher gebräuchlichen Fahrbahnbegrenzungen (Zeichen 295, StVO) und der Leitlinie in Fahrbahnmitte (Zeichen 340, StVO) seitlich vom Rand der befestigten Fläche abgesetzte Leitlinien vorgesehen, die im Begegnungsfall bei Bedarf überfahren werden können. Die optisch verengte Fläche zwischen diesen Leitlinien und das Fehlen einer Leitlinie in Fahrbahnmitte sollen dem Kraftfahrer signalisieren, dass im Begegnungsfall erhöhte Aufmerksamkeit geboten ist. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, Empfehlungen zur Querschnittsgestaltung und zur zweckmäßigen Art der Markierung für derartige Nahbereichsstraßen zu geben. Die Untersuchungsmethodik umfasst sowohl Untersuchungen zum Fahrverhalten im Fahrsimulator als auch auf Messstrecken in Nordrhein-Westfalen und in Sachsen sowie Untersuchungen zum Gefährdungspotenzial des Radverkehrs als auch Vorher-/Nachher-Unfalluntersuchungen. Die Linienführung der ausgewählten Messstrecken wurde für den Vorher-/Nachher-Vergleich des Fahrverhaltens im Fahrsimulator nachgebildet. Dabei wurden verschiedene Variationen aus Querschnittsbreite, Fahrstreifenaufteilung und Markierungsformen simuliert, um eine Vorzugsvariante für die Umsetzung auf den Messstrecken zu ermitteln. Neben der Auswertung des Fahrverhaltens der Probanden wurden diese zur Akzeptanz der einzelnen Varianten befragt. Ergebnis der Untersuchungen im Fahrsimulator ist eine generelle Präferenz der Probanden zu seitlichen Leitlinien, die einen Meter vom Rand der befestigten Fläche abgesetzt sind. Diese bewirken beim Befahren ohne Gegenverkehr einen höheren Abstand zum befestigten Fahrbahnrand. Unterbrochene Leitlinien zeigen darüber hinaus eine geschwindigkeitsreduzierende Wirkung, die bei einem Strich-Lücke-Verhältnis von 1:1 am größten ist. Ausgehend von diesen Ergebnissen wurden in Abhängigkeit von den befestigten Breiten auf den Messstrecken verschiedene Varianten markiert und deren Wirkung durch einen Vergleich des Spur- und Geschwindigkeitsverhaltens vor und nach Umsetzung der Maßnahme überprüft. Die Untersuchung zum Spurverhalten zeigte, dass die Kraftfahrer ohne Gegenverkehr einen größeren Abstand zum befestigten Rand halten. Die Messungen zeigen ferner, dass die Kraftfahrer rechtzeitig vor der Begegnung mit anderen Fahrzeugen die seitlichen Leitlinien überfahren; Konflikte mit dem Gegenverkehr wurden dabei nicht beobachtet. Bei vorhandenem Radverkehr konnten ebenfalls keine Konflikte festgestellt werden. Die Kraftfahrer halten genügend Abstand während des Überholvorganges zum Radfahrer ein. Die Erwartung, dass die neue Art der Markierung zu geringeren Fahrgeschwindigkeiten führen könnte, hat sich abweichend von Ergebnissen anderer Forschungsarbeiten bei dieser Untersuchung nicht bestätigt. Es wurden im Vergleich zum Vorher-Zustand annähernd identische Geschwindigkeiten gemessen. Dass sich die Geschwindigkeiten kaum verändern, spiegelt sich letztendlich auch im Unfallgeschehen wider. Im Rahmen des Vorher-/ Nachher-Unfallvergleiches konnten keine signifikanten maßnahmebedingten Änderungen des Unfallgeschehens festgestellt werden. Zusammenfassend können aufgrund der vom Kraftfahrer bei der Alleinfahrt gewählten größeren Abstände zum Rand der befestigten Fläche und der bei Gegenverkehr rechtzeitig eingeleiteten Ausweichmanöver die vom befestigten Rand abgesetzten "überfahrbaren" Leitlinien empfohlen werden.
Bei Gabionen handelt es sich um verfüllte Drahtbehälter. Die Festigkeit und Steifigkeit beziehen Gabionen aus der Interaktion des Verfüllmaterials und der Drahtbehälter. Die äußere Standsicherheit von Gabionen wird mit etablierten und in der Praxis bewährten Verfahren nach DIN EN 1997-1 nachgewiesen. Im Einzelnen sind die Nachweise der Sicherheit gegen Kippen, Gleiten in der Sohlfuge, Gleiten in den Lagerfugen, Grundbruch und Geländebruch zu erbringen. Gemäß dem "Merkblatt über Stützkonstruktionen aus Betonelementen, Blockschichtungen und Gabionen" der FGSV (Merkblatt 555) ist die innere Standsicherheit rechnerisch oder über Belastungsversuche nachzuweisen. Belastungsversuche zur Bestimmung der inneren Tragfähigkeit wurden in der Vergangenheit kaum durchgeführt, weil sie nicht ohne weiteres von einem spezifischen Anwendungsfall auf einen anderen Anwendungsfall übertragbar sind. Bei den Versuchen wurden stets nur die Druckfestigkeiten des untersuchten Systems messtechnisch erfasst, nicht jedoch die Kraftverläufe in der Gabione nachvollzogen. Zur Abschätzung der inneren Tragfähigkeit von Gabionen existieren theoretische Modelle, deren Repräsentativität für die in-situ Bedingungen nicht nachgewiesen sind. Mit diesem Hintergrund wurde im Rahmen des Forschungsvorhabens ein Konzept zur Durchführung von grundlegenden Belastungsversuchen an Stützkonstruktionen aus Gabionen entwickelt. Ziel der Belastungsversuche ist die phänomenologische Beschreibung der Spannungstrajektorien innerhalb der Gabione, um die vorhandenen Rechenmodelle zu bestätigen, weiterzuentwickeln oder zu verwerfen. Grundsätzlich wird dabei zwischen Belastungsversuchen an Einzelgabionen zur Beschreibung des Tragverhaltens einer Gabione und Belastungsversuchen an Stützbauwerken aus mehreren gestapelten Gabionen zur Erfassung des Systemtragverhaltens mehrerer Gabionen unterschieden. Die Empfehlungen zur Versuchsdurchführung umfassen das jeweilige Versuchsprogramm einschließlich der Versuchsanordnung, der Abmessungen und Füllungen der Gabionen sowie die Belastungsprozedur und die messtechnische Ausrüstung.