Ziellastniveaus der Richtlinie zur Nachrechnung von Straßenbrücken im Bestand

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1 Ziellastniveaus der Richtlinie zur Nachrechnung von Straßenbrücken im Bestand U. Freundt und S. Böning 1 Ziellastniveaus der Richtlinie zur Nachrechnung von Straßenbrücken im Bestand Hintergründe zur Entwicklung und Anwendung Prof. Dr.-Ing. Ursula Freundt Dipl.-Ing. Sebastian Böning Bauhaus-Universität Weimar Fakultät Bauingenieurwesen Professur Verkehrsbau DE-Weimar

2 2 Ziellastniveaus der Richtlinie zur Nachrechnung von Straßenbrücken im Bestand U. Freundt und S. Böning 2. Internationale Holzbrückentage 12

3 Ziellastniveaus der Richtlinie zur Nachrechnung von Straßenbrücken im Bestand U. Freundt und S. Böning 3 Ziellastniveaus der Richtlinie zur Nachrechnung von Straßenbrücken im Bestand 1. Einleitung Der Straßenverkehr ist in den letzten Jahrzehnten in Deutschland und Europa stetig angestiegen und aktuelle Verkehrsprognosen zeigen eine Fortsetzung dieses Trends. Einwirkungen aus Straßenverkehr auf Brücken werden bestimmt durch die Fahrzeugzusammensetzung des Schwerverkehrs hinsichtlich Geometrie und Gewicht, durch die Stärke des Schwerverkehrs pro Zeiteinheit und durch die zukünftige Entwicklung dieser Sachverhalte. Zur Abbildung der realen Verkehrseinwirkungen dienen fiktive Lastmodelle, die zu gleichen Beanspruchungen wie die reale Verkehrsbelastung führen. Für die Ermittlung des aktuell gültigen Lastmodells 1 für Straßenbrücken des Eurocodes 1, Teil 2 [8] bzw. des daraus durch nationale Anpassungsfaktoren abgeleiteten Lastmodells des DIN Fachberichts 101 [5] wurden umfangreiche Verkehrslastmessungen in verschiedenen europäischen Ländern durchgeführt. In Deutschland fanden solche Messungen in den 80er Jahren an der Brohtalbrücke im Zuge der A61 statt. Im Rahmen mehrerer Forschungsprojekte in den vergangenen Jahren im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung und der Bundesanstalt für Straßenwesen wurde durch die Professur Verkehrsbau der Bauhaus-Universität Weimar eine geschlossene Vorgehensweise zur Ermittlung von Beanspruchungen von Straßenbrücken infolge Verkehr auf Grundlage von Simulationsrechnungen unter Verwendung von Daten aus Verkehrsmessungen entwickelt. Im Zuge eines ersten Forschungsprojektes (Bericht veröffentlicht in [1]) wurde auf der Basis des aktuellen Schwerverkehrs auf einem hoch belasteten Autobahnabschnitt in Deutschland und verschiedener Szenarien für die zukünftige Verkehrsentwicklung innerhalb einer angestrebten Gesamtnutzungsdauer von 100 Jahren ein zukunftsfähiges Lastmodell für den Neubau von Straßenbrücken entwickelt. Das Ergebnis führte zu Erhöhungen der Anpassungsfaktoren des Lastmodells 1 im nationalen Anhang zum Eurocode 1, Teil 2 [9]. Durch die Anwendung dieses neuen Lastmodells ist bei neu zu planenden Brücken der erwartete zukünftige Schwerverkehr angemessen berücksichtigt. Sowohl das aktuelle Lastmodell 1 des DIN Fachberichtes als auch das zukünftige Lastmodell wird für alle Brückenbauwerke unabhängig von der Lage im Straßennetz und des objektspezifischen aktuellen Schwerverkehrs für den Neubau angewendet. Hintergrund dieses Grundsatzes ist die Möglichkeit, in Fällen vorübergehender veränderter Verkehrsführungen (z.b. Vollsperrung einer Autobahn) jede Brücke, auch im nachgeordneten Netz, in Anspruch nehmen zu können. 2. Beanspruchungen aus Straßenverkehr für bestehende Brücken Bestehende Ingenieurbauwerke im Straßennetz wurden auf Basis der zum Errichtungszeitpunkt gültigen Normen und Regelungen erstellt. Für Brücken im Bundesfernstraßennetz wurde dabei bis zur Einführung der DIN-Fachberichte das Lastmodell BK60/30 der DIN 1072 ( [7]) und vor 1985 das Lastmodell BK60 der DIN 1072 ( [6]) verwendet. Für Ingenieurbauwerke im Zuge von weniger frequentierten Straßennetzen wurde auch das Lastmodell BK30/30 bzw. BK30 angewendet. Die Altersstruktur der Ingenieurbauwerke im Straßennetz weist dabei einen großen Anteil solcher Bauwerke aus, die vor der Einführung der DIN-Fachberichte erstellt wurden. Anhand der vorliegenden Ergebnisse wird deutlich, dass die für diese Brückenbauwerke verwendeten Verkehrslastmodelle die zu erwartenden zukünftigen Einwirkungen aus dem Schwerverkehr nur bedingt abdecken können. Im Gegensatz zu neu errichteten Brückenbauwerken ist aber für den Bestand der tatsächliche aktuelle Verkehr und die Nutzung

4 4 Ziellastniveaus der Richtlinie zur Nachrechnung von Straßenbrücken im Bestand U. Freundt und S. Böning 2. Internationale Holzbrückentage 12 einzelner Bauwerke in Umleitungsfällen besser bekannt und nicht alle Bauwerke weisen den für den Neubau angenommenen Schwerverkehr (aktuell und prognostiziert) hinsichtlich Qualität und Quantität auf. Eine Definition von weiteren Ziellastniveaus neben dem Ansatz für den Neubau (LM 1) in Abhängigkeit der realen objektspezifischen Verkehrsdaten und entsprechender Prognosen zu einem, aufgrund der eingeschränkten verbleibenden Nutzungsdauer der Tragwerke, näheren Prognosehorizonte sind daher angezeigt und sinnvoll. Abstriche am Sicherheitsniveau werden dabei nicht vorgenommen. Im Rahmen eines in [2] zusammengefassten Forschungsprojektes wurden solche Ziellastniveaus in Abhängigkeit des realen Schwerverkehrs identifiziert. Zur Definition dieser Ziellastniveaus wurden dabei durchgehend die bekannten aktuellen und historischen Lastmodelle verwendet. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen finden in der Festlegung der Ziellastniveaus in der Richtlinie zur Nachrechnung von Straßenbrücken im Bestand (Nachrechnungsrichtlinie) [10] Verwendung. Nachfolgend wird auf die Hintergründe und Annahmen der Identifikation der Ziellastniveaus eingegangen. 2.1 Vorgehensweise und Annahmen zur Ermittlung der Beanspruchungen In den durchgeführten Untersuchungen wurden die Einwirkungen aus dem realen Verkehr durch Verkehrssimulationsrechnungen mit anschließender statistischer Auswertung der Ergebnisse ermittelt und den errechneten Einwirkungen aus der Anwendung verschiedener Lastmodelle gegenübergestellt. Grundlage für die Simulationsrechnung sind Informationen zur Gestalt des realen Schwerverkehrs. Diese Informationen wurden durch Auswertungen von Weigh-In-Motion Messstellen im deutschen Autobahnnetz ermittelt und darauf aufbauend durch sinnvolle Annahmen ergänzt. Diese Verkehrsinformationen setzten sich im Wesentlichen aus Daten zur Verkehrszusammensetzung (Häufigkeit verschiedener Fahrzeugtypen am gesamten Schwerverkehr), zur Verkehrsstärke (durchschnittliche Anzahl von Fahrzeugen pro Tag), zum Abstandsverhalten der Fahrzeuge und zu den Gesamtgewichten der Fahrzeuge zusammen. Unter Verwendung dieser Informationen als Eingangsdaten wurden Verkehrsbänder (Folgen von Fahrzeugen mit zufälligen Fahrzeugabständen) simuliert. Hierbei wurde Stauverkehr berücksichtigt, indem in die simulierten Verkehrsbänder Abschnitte mit sehr kleinen Fahrzeugabständen zufällig eingemischt wurden. Die Verkehrsbänder wurden über verschiedene Tragsysteme zur Berechnung von Kennwert-Zeit-Verläufen geleitet (Kennwerte sind zum Beispiel Biegemomente oder Auflagerkräfte). Diese Kennwert-Zeit-Verläufe wurden anschließend statistisch ausgewertet und durch Extrapolation Werte für die betrachteten Biegemomente, Auflagerkräfte usw. mit einer mittleren Wiederkehrperiode von Jahren berechnet. Die Festlegung dieser mittleren Wiederkehrperiode beruht auf der im Eurocode 1, Teil 2 [8] angegebenen Definition der charakteristischen Werte der durch das Lastmodell 1 des abgebildeten Lasten aus Straßenverkehr Diese Definition wird auf die Beanspruchungen infolge realem Verkehr übertragen. Mit dieser entwickelten Vorgehensweise wird eine konsistente Untersuchungsmethode bereitgestellt mit der für beliebige Beschreibungen der Verkehrscharakteristik (über Verkehrszusammensetzung, Verkehrsstärke und Gesamtgewichte der Fahrzeuge) charakteristische Werte für verschiedene Kennwerte ermittelt werden können. Diese Werte werden den Werten, die sich für die Kennwerte aus der Anwendung verschiedener Lastmodelle ergeben, gegenübergestellt und somit geprüft, ob das jeweils betrachtete Lastmodell die Beanspruchungen infolge des Verkehrs mit der entsprechenden Charakteristik abdeckt. Unter Anwendung dieser Vorgehensweise wurden Untersuchungen zu denen die Auswirkungen unterschiedlicher Verkehrscharakteristiken (Verkehrszusammensetzung, Verkehrsstärke) auf die Beanspruchungen von Brückenbauwerken durchgeführt (vgl. [2]). Der Hintergrund dieser Differenzierung besteht darin, dass für bestehende Brückenbauwerke der aktuelle Schwerverkehr, z.b. anhand von Daten aus automatischen Dauerzählstellen in einer von Zählstellenart (z.b. 8+1 Klassierung) und durchgeführter Datenauswertung abhängigen Detaillierungstiefe bekannt ist. Da aber diese Daten als Eingangsdaten für die Simulationsrechnungen nicht ausreichend sind (Gesamtgewichte werden nicht erfasst), flächendeckend detaillierte Verkehrserhebungen (über Weigh-

5 Ziellastniveaus der Richtlinie zur Nachrechnung von Straßenbrücken im Bestand U. Freundt und S. Böning 5 In-Motion Systeme) im deutschen Straßennetz nicht durchgeführt werden und eine überschaubare Variation betrachteter Verkehrscharakteristiken untersucht werden sollte, mussten Eingangsdaten für die Simulationsrechnungen mit verschiedenen Annahmen definiert werden. Hinsichtlich der Verkehrszusammensetzung wurde auf die Werte zurückgegriffen, die im Lastmodell 4 für Ermüdungsberechnung des Eurocode 1 Teil 2 [8] gegeben sind (vgl. Tabelle 1, Spalten 5, 6 und 7). Tabelle 1: Lastmodell 4 für Ermüdungsberechnungen nach DIN EN , Tab. 4.7 [8] Hinsichtlich der Gesamtgewichte der Fahrzeuge wurden Auswertungsergebnisse von drei Messstellen im deutschen Autobahnnetz verwendet und der Einteilung Große, Mittlere und Ortsverkehrs zugeordnet. Des Weiteren wurden Verkehrsstärken von (DTV-SV am Gesamtquerschnitt, Summe beider Fahrtrichtungen) , , und betrachtet. Die Untersuchungen wurden für Richtungsverkehr (2 Fahrspuren mit Verkehr in eine Richtung, vgl. Abbildung 1a) und für Begegnungsverkehr (2 Fahrspuren mit Verkehr in entgegengesetzter Richtung, vgl. Abbildung 1b) durchgeführt. a) Richtungsverkehr - zwei Fahrstreifen je Fahrtrichtung b) Begegnungsverkehr - zwei Fahrstreifen in entgegengesetzter Fahrtrichtung Abbildung 1: Differenzierung der Verkehrsbelegung (Bildquelle: [10]) Mit diesen Annahmen und Eingangsgrößen wurden Verkehrsbänder simuliert. Zusätzlich wurde zwischen fließendem Verkehr und Stauverkehr (zufällig eingemischte Abschnitte mit kleinen Fahrzeugabständen) unterschieden. Die Fahrzeugfolgen wurden über verschiedene Tragsysteme geleitet, Kennwert-Zeit-Verläufe verschiedener Beanspruchungen berechnet und diese statistisch ausgewertet, um durch Extrapolation charakteristischer Werte (mittlere Wiederkehrperiode Jahre) dieser Beanspruchungen zu ermitteln. Diese Ergebnisse wurden mit den Werten verglichen, die sich aus der Verwendung verschiedener Lastmodelle ergeben (LM1 nach DIN Fachbericht 101, BK 60/30, BK60, BK 30/30). In nachfolgender Abbildung 2 sind die ermittelten charakteristischen Werte für das Stützmoment (M B ) eines 2 x 40 m Tragsystems mit einem Plattenbalken in Massivbauweise als Querschnitt dargestellt. Die Beanspruchungen beziehen sich auf einen Steg des Querschnittes. Betrachtet wurde hier der Begegnungsverkehr. In der Darstellung kenntlich gemacht sind die verschiedenen untersuchten Varianten der

6 6 Ziellastniveaus der Richtlinie zur Nachrechnung von Straßenbrücken im Bestand U. Freundt und S. Böning 2. Internationale Holzbrückentage 12 Verkehrszusammensetzung (GE, ME und OV) entsprechend Tabelle 1, die Unterscheidung zwischen fließendem Verkehr und Verkehr mit eingemischten Stauabschnitten ( Stau ) sowie die Auswirkung verschiedener Verkehrsstärken (DTV-SV). Die horizontalen Linien entsprechen den Beanspruchungen, die sich aus der Anwendung der o.g. Lastmodelle ergeben. Abbildung 2: Charakteristische Werte für das Stützmoment am 2 x 40 m System infolge Begegnungsverkehr mit unterschiedlicher Verkehrsstärke und Verkehrszusammensetzung Der Unterschied der Ergebnisse aus den verschiedenen Varianten der Verkehrszusammensetzung sowie die Auswirkung der Verkehrsstärke werden im Diagramm deutlich. Der Abstand zum Werteniveau des Lastmodells 1 zeigt sich hier als relativ groß. In den Untersuchungen für das zukünftige Lastmodell (vgl. [1]) zeigte sich für den aktuellen Verkehr eines hoch belasteten Autobahnabschnittes in Deutschland (ungefähr analog zur Variante GE mit höchsten DTV-SV Wert) ebenfalls eine Abdeckung der aktuellen Beanspruchungen durch das aktuelle Lastmodell LM1. Der Abstand war dort aber aufgrund einer extremeren Annahme für die Abbildung des Stauverkehrs (Stauabstand) etwas kleiner. Überschreitungen des Niveaus LM1 resultierten dort aus den Betrachtungen zukünftigen Schwerverkehrs. Die Abbildung zeigt auf, dass unterschiedliche Lastmodelle zur Abdeckung der in Abhängigkeit der Verkehrscharakteristiken unterschiedlichen Beanspruchungen ausreichen. Aufgrund der einheitlichen Anwendung der Mittleren Wiederkehrperiode für diese Beanspruchungen ergeben sich dadurch in dieser globalen Betrachtung keine Veränderungen des Sicherheitsniveaus. Anmerkungen zu weiterführenden zuverlässigkeitstheoretischen Untersuchungen werden im Absatz 5 gegeben Ergebniszusammenstellung Abbildung 2 im vorhergehenden Absatz zeigte exemplarisch Ergebnisse für eine Kenngröße (Stützmoment) eines betrachteten Tragsystems. Die Betrachtung mehrerer Tragsysteme, im vorliegenden Fall symmetrische Zweifeldsysteme mit unterschiedlichen Einzelstützweiten (20m bis 60m) und verschiedener Kennwerte liefern die in nachfolgender Tabelle 2 aufgeführten Lastmodelle, die in Abhängigkeit der Verkehrscharakteristik (Verkehrsstärke und Verkehrszusammensetzung entsprechend Tabelle 1) die Beanspruchungen aus dem Straßenverkehr für verschiedene Tragsysteme abdecken. Diese Abdeckung ist gegeben, wenn die aus den Simulationsrechnungen ermittelten charak teristischen Werte kleiner sind, als der Wert aus der Anwendung des Lastmodells. Ist der Wert größer, so wird das nächst höhere Lastmodell überprüft. Die in Abbildung 2 ersichtlichen Abstände zu den jeweiligen Niveaus werden in dieser Zusammenstellung nicht berücksichtigt.

7 Ziellastniveaus der Richtlinie zur Nachrechnung von Straßenbrücken im Bestand U. Freundt und S. Böning 7 Tabelle 2: Identifizierte Lastmodelle zur Abdeckung der Beanspruchungen aus Verkehr - Begegnungsverkehr Für eine praktikable Anwendung wurden die Ergebnisse aus Tabelle 2 zu tragsystemunabhängigen Festlegungen entsprechend Tabelle 3 zusammengefasst. Tabelle 3: Identifizierte Lastmodelle zur Abdeckung der Beanspruchungen aus Verkehr - Begegnungsverkehr (Tragsystemunabhängig) 2.3. Umsetzung in der Nachrechnungsrichtlinie Die Ergebnisse der in [2] durchgeführten Untersuchungen fanden direkte Anwendung in der Richtlinie zur Nachrechnung von Straßenbrücken im Bestand [10]. In Tabelle 10.1 und 10.2 der Nachrechnungsrichtlinie werden die Ziellastniveaus in Abhängigkeit der Verkehrsart (Einordnung basierend auf objektspezifische Verkehrszusammensetzung zzgl. Prognose der zukünftigen Entwicklung) und der Schwerverkehrsstärke (DTV-SV, basierend auf objektspezifischer Verkehrsstärke zzgl. Prognose der zukünftigen Entwicklung) definiert. Tabelle 10.1 (dargestellt in nachfolgender Tabelle 4) gilt dabei für Straßenquerschnitte mit zwei oder mehr Fahrstreifen in einer Richtung. Dies entspricht dem oben aufgeführten und untersuchten Richtungsverkehr. Tabelle 10.2 (dargestellt in nachfolgender Tabelle 5) gilt dementsprechend für Straßenquerschnitte nicht mehr als einem Fahrstreifen je Richtung (ober mit Begegnungsverkehr bezeichnet). Tabelle 4: Ziellastniveau für Brücken mit Straßenquerschnitten von zwei oder mehr Fahrstreifen in einer Richtung (Tabelle 10.1 der Nachrechnungsrichtlinie [10]) Verkehrsart Große Mittlere Ortsverkehr 1 DTV-SV < BK60/30 BK DTV-SV < LM1 BK60/30 LM1 3 DTV-SV LM1 Tabelle 5: Ziellastniveau für Brücken mit Straßenquerschnitten von nicht mehr als einem Fahrstreifen je Richtung (Tabelle 10.2 der Nachrechnungsrichtlinie [10]) Verkehrsart Große Mittlere Ortsverkehr 1 DTV-SV < BK60/30 BK60 BK30/30 2 DTV-SV LM1 BK60/30 BK60 Die Angaben in Tabelle 5 (Begegnungsverkehr) entsprechen dabei den in [2] ermittelten und oben in Tabelle 3 aufgeführten Lastmodellen. Für den Richtungsverkehr ergaben sich aus den in [2] durchgeführten Untersuchungen im Wesentlichen die in Tabelle 4 festgelegten Ziellastniveaus. Für den Ortsverkehr (vgl. Spalte 3 in Tabelle 4) wurde in [2] für DTV-SV Werte kleiner das Lastmodell BK 30/30 und für Verkehrsstärken größer und kleiner das Lastmodell BK 60 identifiziert. Diese Ergebnisse wurden nicht direkt in die Nachrechnungsrichtlinie übernommen sondern hier das nächst höhere Lastmodell festgelegt.

8 8 Ziellastniveaus der Richtlinie zur Nachrechnung von Straßenbrücken im Bestand U. Freundt und S. Böning 2. Internationale Holzbrückentage 12 Um für ein konkretes Brückenbauwerk im Rahmen der Nachrechnung ein Ziellastniveau festzulegen ist es, wie den vorhergehenden Erläuterungen entnommen werden kann, erforderlich, die objektbezogene Verkehrscharakteristik zu kennen und hiernach die Auswahl des Ziellastniveaus zu treffen. Die objektbezogene durchschnittliche tägliche Schwerverkehrsstärke kann dabei Verkehrszählungen (manuelle Zählungen oder Daten aus automatischen Dauerzählstellen) entnommen werden oder es sind entsprechende Abschätzungen zu treffen. Zusätzlich ist eine prognostizierte Entwicklung des Schwerverkehrs zu berücksichtigen, aktuelle Daten müssen also entsprechend fortgeschrieben werden. Für die Einordnung der Verkehrsart ( Große, Mittlere, Ortsverkehr ) müssen Informationen zur Verkehrszusammensetzung vorliegen. Auch hier ist eine prognostizierte Entwicklung der Verkehrszusammensetzung zu berück sichtigen. In den durchgeführten Untersuchungen wurden die in Tabelle 1 dargestellten Verkehrszusammensetzungen betrachtet. Die objektbezogene Verkehrszusammensetzung muss hierin eingeordnet werden. Aufbauend auf den Zahlenwerten in Tabelle 1 wird in der Nachrechnungsrichtlinie die Tabelle 10.3 (vgl. nachfolgender Tabelle 6) gegeben, die für diese Zuordnung der Verkehrsart angewendet werden soll. Im Vergleich zu Tabelle 1 sind hier die Zahlenwerte der Anteile einzelner Fahrzeugtypen in zwei Gruppen zusammengefasst. Als Datenquelle für die Verkehrszusammensetzung können manuelle Erfassungen oder Daten aus automatischen Dauerzählstellen, die eine entsprechende Klassierung des registrierten Verkehrs realisieren (mindestens 5+1), herangezogen werden. Tabelle 6: Summarische Verkehrszusammensetzung des DTV-SV [%] zur Bestimmung der objektbezogenen Verkehrsart (Tabelle 10.3 der Nachrechnungsrichtlinie [10]) Fahrzeuggruppe Verkehrsart LKW Beispielfahrzeuge Große Mittlere Ortsverkehr LKW > 3,5 t mit 2 oder 3 Achsen ohne Anhänger Busse LKW > 3,5 t mit Anhänger Sattelzüge Andere Schwerfahrzeuge > 3,5 t 3. Anwendungsbeispiel für die Festlegung des Ziellastniveaus Ein Beispiel für die Festlegung des Ziellastniveaus anhand Tabelle 10.1, 10.2 und 10.3 der Nachrechnungsrichtlinie [10] wird nachfolgend aufgeführt. Hierbei handelt es sich um eine verkürzte Zusammenfassung eines in [4] enthaltenen Anwendungsbeispiels. Hierin wurden anhand ausgewählter lokaler Gegebenheiten beispielhaft die Ziellastniveaus in der beschriebenen Weise ermittelt. Hierfür wurden Daten aus Dauerzählstellen in Baden- Württemberg verwendet, die das Regierungspräsidium Tübingen in [11] regelmäßig veröffentlich. Für den Monat September 2011 sind in nachfolgender Tabelle 7 (entnommen aus Tabelle 1 in [4]) die Daten für 6 ausgewählte Messstellen auf Autobahnen, Bundesstraßen und Landstraßen dargestellt.

9 Ziellastniveaus der Richtlinie zur Nachrechnung von Straßenbrücken im Bestand U. Freundt und S. Böning 9 Tabelle 7: Summarische Daten von Dauerzählstellen in Baden-Württemberg auf Basis von [11] (aus [4], Tabelle 1) Tabelle 7 enthält die Werte der durchschnittlichen täglichen Schwerverkehrsstärke für Montag bis Freitag und Montag bis Sonntag sowie die aus der Anzahl einzelner Fahrzeugtypen (aus 8+1 Klassierung) ermittelte prozentuale Verkehrszusammensetzung (Zahlenwerte für Montag bis Sonntag in [11] angegeben. Die Verkehrszusammensetzung gestattet damit unter Verwendung von Tabelle 6 die Einordnung des aktuellen Verkehrs in eine der drei Verkehrsarten Große Mittlere und Ortsverkehr. Unabhängig von administrativen Vorgaben ergibt sich somit für die beiden ausgewählten Zählstellen an der Autobahn A8 die Verkehrsart Große (77% bzw. 76% LKW mit Anhänger und Sattelzüge). Für die übrigen Zählstellen kann die Verkehrsart Mittlere zugeordnet werden. Da die in Tabelle 6 angegeben Werte der Verkehrszusammensetzung nicht als absolute Grenzwerte angesehen werden sollten, ist im verwendeten Beispiel die Einordnung der Messstelle Jestetten an der B27 trotz eines Anteils von 54% für LKW mit Anhänger und Sattelzüge in die Verkehrsart Mittlere sinnvoll. Neben der Verkehrsart ist für die Festlegung des Ziellastniveaus in Tabelle 4 bzw. 5 die Schwerverkehrsstärke (DTV-SV) erforderlich. Die aktuellen Werte sind in Tabelle 7 enthalten (DTV-SV Mo-Fr). Diese müssen unter Berücksichtigung der prognostizierten Entwicklung der Verkehrsstärke auf den Prognosehorizont 2025 (Festlegung in der Nachrechnungsrichtlinie ab 2014 Prognosehorizont 2030) erweitert werden. In [4] wurde auf Grundlage von vorliegenden Prognosen des Verkehrsaufkommens (Mio. t) und der Verkehrsleistung (Mrd. tkm) ein jährlicher Zuwachs dieser Größen zwischen 1,145% (Verkehrsaufkommen Straßengüterverkehr gesamt) und 2,946% (Verkehrsleistung Straßengüterfernverkehr). Hieraus lassen sich aber nicht direkte Aussagen über die zukünftige Entwicklung der Verkehrsstärke und der Verkehrszusammensetzung ableiten. Ersatzweise wird daher in[4] die aktuelle Verkehrsstärke (Mo-Fr, Jahr 2011) bezogen auf den Prognosehorizont 2025 (14 Jahre) mit den beiden oben genannten jährlichen Zuwächsen als obere und unter Grenze erhöht. Weiter wird angenommen, dass die Verkehrszusammensetzung auch für den Prognosehorizont der aktuellen Zusammensetzung entspricht. Tabelle 8 (entnommen aus Tabelle 4 in [4]) enthält die mit dem o.g. Ansatz ermittelten prognostizierten DTV-SV Werte für die 6 exemplarisch betrachteten Zählstellen. Für DTV-SV Prog. 1 wurde darin der o.g. jährliche Zuwachs von 1,145% angenommen und für DTV-SV Prog. 2 ein jährlicher Zuwachs von 2,946% angesetzt.

10 10 Ziellastniveaus der Richtlinie zur Nachrechnung von Straßenbrücken im Bestand U. Freundt und S. Böning 2. Internationale Holzbrückentage 12 Tabelle 8: DTV-SV Werte nach aktuellen Zählungen aus [11] und Prognosewerte (aus [4], Tabelle 4) Abschließend fehlt für die Festlegung des Ziellastniveaus noch die Einordnung in die Belegung des Straßenquerschnittes (mindestens 2 Spuren in eine Fahrtrichtung oder 1 Spur pro Fahrtrichtung). Zu den verwendeten Zählstellen werden in [11] für alle Messstellen an den Bundes- und Landstraßen die Anzahl der Spuren des Gesamtstraßenquerschnittes mit 2 angegeben. Dies ermöglicht die endgültige Zuordnung des Ziellastniveaus. Für die beiden Zählstellen an der A8 ergibt sich aus Tabelle 4 (mindestens zwei Fahrstreifen pro Richtung) und der Verkehrsart Große unabhängig von der prognostizierten Verkehrsstärke das Ziellastniveaus LM1. Für die Zählstellen an den Bundes- und Landstraßen werden die Ziellastniveaus nach Tabelle 5 festgelegt (1 Fahrstreifen pro Richtung). Aus den prognostizierten Verkehrsstärken ergibt sich daraus für die Messstelle Strümpfelbach an der B14 das Ziellastniveau BK 60/30 (DTV-SV > 2.000, Mittlere ) und für die übrigen drei Messstellen das Ziellastniveau BK 60 (DTV-SV < 2.000, Mittlere ). Aufgrund der administrativen Vorgabe Große für Bundesfernstraßen in der Nachrechnungsrichtlinie (vgl (14) in [10]) ist für das betreffende Bauwerke in der Bundesstraße Zustimmung im Einzelfall einzuholen. Anderenfalls ist als Ziellastniveau LM1 nachzuweisen. 4. Zusammenfassung Die Festlegung der Ziellastniveaus für Brückenbauwerke mit bekannten Verkehrscharakteristika beinhaltet zukünftigen Entwicklungen (für einen definierten Prognosehorizont) und Kenntnisse der Lage des Bauwerkes hinsichtlich Verkehrsführungen im Fall von zeitweiligen Sperrungen. Das Sicherheitsniveau entspricht dabei den Anforderungen des Neubaus. Die Beanspruchungen aus objektspezifischem Straßenverkehr werden durch die Ziellastniveaus in gleicher Weise abgedeckt, wie Beanspruchungen aus aktuellem starken Verkehr durch das aktuelle Lastmodell 1 nach DIN Fachbericht 101. Reserven für steigende Achslasten oder Gesamtgewichte neuer Fahrzeugkombinationen oder über den angesetzten Prognosehorizont hinausgehende Entwicklungen der Verkehrsstärke sind damit aber nicht mehr vorhanden. Die Bauwerke sind sicher, aber es sind Bauwerke im Bestand und keine Neubauten. Je intensiver und je detaillierter aktuelle Verkehrsdaten für Brücken im Bestand verfügbar sind, umso zuverlässiger werden die Festlegungen von Ziellastniveaus. 5. Weiterführende Informationen Für weiterführende Informationen wird auf die Berichte zu den durchgeführten Forschungsprojekten verwiesen. Detaillierte Erläuterungen zur verwendeten Methode der Verkehrssimulationsrechnung mit anschließender Berechnung von Kennwert-Zeit-Verläufen und deren statistischen Auswertungen sind im Heft B77 der Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen Brücken- und Ingenieurbau [1] veröffentlicht. Die Untersuchungen, die zur Festlegung der Ziellastniveaus der Nachrechnungsrichtlinie geführt haben, sind im Heft B82 der Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen Brücken- und Ingenieurbau [2] beschrieben. Einen zusammengefassten Überblick bietet [3] und eine ausführlichere Darstellung des hier in Absatz 3 wiedergegebenen Beispiels [4].

11 Ziellastniveaus der Richtlinie zur Nachrechnung von Straßenbrücken im Bestand U. Freundt und S. Böning 11 Die angewendete Vorgehensweise zur Ermittlung von Beanspruchungen von Brückenbauwerken infolge Straßenverkehr erlaubt neben der Bestimmung der hier vorgestellten charakteristischen Werte auch die Ermittlungen von stochastischen Beschreibungen der Beanspruchungen für zuverlässigkeitstheoretische Untersuchungen. Hierbei werden Ergebnisse mehrerer betrachteten Verkehrscharakteristiken kombiniert, um Unsicherheiten der Kenntnis der objektbezogenen Verkehrscharakteristiken abzubilden. Weiterer aktueller Forschungsschwerpunkt der Professur Verkehrsbau ist die Entwicklung eines einfachen Messsystems für Brückenbauwerke, bestehend aus nur wenigen Sensoren, mit dem aktuelles Verkehrsaufkommen (Anzahl und Lasten) an Bauwerken erfasst werden kann. Im Vergleich zu aufwändigen, in die Straßenoberfläche eingebauten Weigh- In-Motion Anlagen, soll hierdurch die Möglichkeit geschaffen werden, auch für das nachgeordnete Straßennetz umfangreichere Verkehrsdaten zu erhalten. Diese Daten bilden die Grundlage für eine fortwährende Kontrolle sowohl der Annahmen für die Beanspruchungen bestehender Brückenbauwerke als auch für den Neubau. 6. Literatur, Normen, Richtlinien [1] FREUNDT, U.; BÖNING, S.: Anpassung des DIN-Fachberichts 101 Einwirkungen auf Brücken an Eurocodes - Zukunftsfähiges Lastmodell für Straßenverkehrslasten. In: Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen - Brücken- und Ingenieurbau - Heft B 77. Bremerhaven: Wirtschaftsverlag NW, [2] FREUNDT, U.; BÖNING, S.: Verkehrslastmodelle für die Nachrechnung von Straßenbrücken im Bestand - Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen - Brücken- und Ingenieurbau - Heft B 82. Bremerhaven: Wirtschaftsverlag NW, [3] FREUNDT, U.; BÖNING, S.; KASCHNER, R.: Straßenbrücken zwischen aktuellem und zukünftigem Verkehr Straßenverkehrslasten nach DIN EN /NA. In: Beton- und Stahlbetonbau 106 (2011), Heft 11, S [4] FREUNDT, U.; BÖNING, S.; KASCHNER, R.: Einwirkungen aus Straßenverkehr für Bestandsbrücken. In: Bauingenieur 87 (2012), Heft 1, S [5] NORM DIN-Fachbericht 101: Einwirkungen auf Brücken. Beuth Verlag, Fassung 03/2009. [6] NORM DIN 1072: Straßen- und Wegbrücken; Lastannahmen. Fassung 11/1967. [7] NORM DIN 1072: Straßen- und Wegbrücken; Lastannahmen. Beuth Verlag, Fassung 12/1985. [8] NORM DIN EN : Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 2: Verkehrslasten auf Brücken. Beuth Verlag, Fassung 12/2010. [9] NORM DIN EN /NA: Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter - Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 2: Verkehrslasten auf Brücken. Beuth Verlag, Fassung 07/2011. [10] Nachrechnungsrichtlinie Richtlinie zur Nachrechnung von Straßenbrücken im Bestand (Ausgabe 05/2011). Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung - Abteilung Straßenbau, [11] Regierungspräsidium Tübingen - Landesstelle für Straßentechnik: Automatische Straßenverkehrszählungen in Baden-Württemberg, Online im Internet: (aufgerufen am )