BASt B 138: Rückhaltesysteme auf Brücken – Einwirkungen aus Fahrzeuganprall und Einsatz von Schutzeinrich-tungen auf Bauwerken
87 Seiten (8 MB), 72 Abb., 9 Tab. + tabellarischer Anhang, ISBN 978-3-95606-321-3, 2017
Th. Mayer
Fahrzeug-Rückhaltesysteme entlang von Straßen sollen die Folgen von Unfällen so gering wie möglich halten. Sie dienen dem Schutz von unbeteiligten Personen oder schutzbedürftigen Bereichen neben oder unterhalb von Straßen oder des Gegenverkehrs bei zweibahnigen Straßen, und sie schützen Fahrzeuginsassen vor den schweren Folgen infolge Abkommens von der Fahrbahn.
Der Bericht erläutert die Entscheidungsfindung und die Hintergründe der Überarbeitung und der Weiterentwick-lung der ZTV-ING Teil 8 Bauwerksausstattung Abschnitt 4 Rückhaltesysteme (ZTV-ING 8-4). Außerdem werden aus der Sicht des Brückenbaus die bis dato gesammelten Erkenntnisse aus den Anprallversuchen zusammengefasst und erläutert. Die Entwicklung der unterschiedlichen Lastmodelle für die Einwirkungen aus Anprallereignissen auf Schutzeinrichtungen wird beschrieben und diskutiert.
Ziel der bislang unternommenen Bemühungen war und ist die Ableitung eines statischen Ersatzlastmodells, mit dem die Bemessung des Bauwerks und der relevanten lokalen Bauteile für diese Einwirkungen ausreichend sicher durchgeführt werden kann. Es wird ein Verfahren entwickelt, wie die Kräftemessungen aus Anprallprüfungen anhand eines standardisierten Einstufungsverfahrens in das Einwirkungsmodell nach DIN-Fachbericht 101, Ausgabe 2009 und DIN EN 1991-2 überführt werden können.
Die Fortschreibung der damit im Zusammenhang stehenden Normen und die Einführung der Eurocodes für die Bemessung im Brückenbau machte eine weitere Anpassung bzw. Ergänzung der Auswertesystematik erforderlich. Bei bestehenden Brücken kann auf ein alternatives Lastmodell zurückgegriffen werden, welches im Zuge eines Forschungsvorhabens (Neumann, Rauert, Fahrzeug-Rückhaltesysteme auf Brücken, Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Brücken- und Ingenieurbau, Heft B108, Bergisch Gladbach, Dezember 2014) entwickelt wurde. Dieses Lastmodell scheint geeignet zu sein, als Grundlage für eine europäische Weiterentwicklung der Einwirkungen in den DIN EN 1991-2 infolge eines Anpralls an Schutzeinrichtungen zu dienen.
Aktualisiert: 2023-01-16
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BASt B 144: Nachrechnung von Stahl- und Verbundbrücken – Systematische Datenauswertung nachgerechneter Bauwerke
W. Neumann, A. Brauer
72 S., 82 Abb., 18 Tab., ISBN 978-3-95606-395-4, 2018, EUR 16,50
Die in den vergangenen Jahrzehnten extrem gestiegene Verkehrsbelastung und die weiterhin als steigend prognostizierte Verkehrsentwicklung führt in der Kombination mit altersbedingten Defiziten in der Bauwerkssubstanz zu der Erfordernis einer eingehenden Überprüfung des Brückenbestandes des deutschen Fernstraßennetzes. Seit einigen Jahren steht mit der Nachrechnungsrichtlinie ein Instrument zur einheitlichen Vorgehensweise bei der Nachrechnung und Bewertung von bestehenden Brückenbauwerken zur Verfügung. Mittlerweile liegen erste Erfahrungen zur Anwendung der Nachrechnungsrichtlinie vor, die im Zuge einer Datenauswertung der Nachrechnungsergebnisse bewertet werden können.
Durch die Datenauswertung bereits nachgerechneter Bauwerke soll eine Optimierung des bisherigen Vorgehens in Bezug auf die Nachrechnung von Stahl- und Verbundbrücken erreicht werden. Es werden in Abhängigkeit der Häufigkeit und der Größe der rechnerisch ermittelten Defizite kritische Nachweise bzw. Nachweisstellen herausgearbeitet, die vor dem Hintergrund der historischen Entwicklung der Regelwerke im Brückenbau in Verbindung mit der Bauzeit ein erstes Indiz zur Beurteilung des jeweiligen Brückenbauwerks liefern.
Zusätzlich werden in einem gesonderten Kapitel am Beispiel von ausgewählten, vom Auftragnehmer selbst nachgerechneten Brückenbauwerken Besonderheiten und spezielle Erkenntnisse bei der Nachrechnung von Stahl- und Verbundbrücken detailliert beschrieben und Erfahrungswerte dargelegt.
Die gewonnenen Erkenntnisse sind in einen Leitfaden zur vereinfachten Tragwerksbeurteilung im Vorfeld einer Nachrechnung eingeflossen. Dieser soll als weiteres Hilfsmittel dienen, um besonders kritische Bauwerke besser identifizieren zu können, und möglicherweise mit gezielten Untersuchungen von Detailpunkten erste Grundlagen für eine Bewertung der Bauwerke schneller zur Verfügung stellen zu können.
Abschließend werden auf Grundlage der durchgeführten Untersuchungen Verbesserungsmöglichkeiten im Hinblick auf die Ergebnisdarstellung sowie inhaltliche Verbesserungspotentiale in der Nachrechnungsrichtlinie aufgezeigt und Vorschläge zur Ergänzung und Erweiterung der Nachrechnungsrichtlinie beschrieben
Aktualisiert: 2023-01-16
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Brücken überwinden nicht nur Straßen und Flüsse und verbinden sogar Kontinente, sondern sie haben auch ihren eigenen, ästhetischen Anspruch. Dieser Kalender zeigt in zwölf Aufnahmen einige herausragende Beispiel der Ingenieurbaukunst rund um die Welt.Dieser erfolgreiche Kalender wurde dieses Jahr mit gleichen Bildern und aktualisiertem Kalendarium wiederveröffentlicht.
Aktualisiert: 2019-08-26
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Aktualisiert: 2019-08-26
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Aktualisiert: 2019-08-26
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BASt B 137: Verstärkung von Stahlbrücken mit ultrahochfestem Beton
Autorennamen fehlten noch
T. Mansperger, Th. Lehmann, M. Hofmann, M. Krüger, F. Lehmann
36 S., 42 Abb., 4 Tab., ISBN 978-3-95606-314-5, 2017, EUR 14,50
Bei der Brücke Beimerstetten erfolgt als Pilotprojekt in Deutschland eine Verstärkung einer orthotropen Platte mit stabstahlbewehrtem hochfestem Stahlfaserbeton, dessen Verbund mit dem Deckblech über eine zuvor verklebte Splittschicht hergestellt wird. Diese Verstärkungsmethode wurde in den Niederlanden entwickelt und bei Pilotprojekten eingesetzt.
Die Brücke Beimerstetten ist als Einfeldträger mit einer Spannweite von 40,35m als einzelliger, stählerner Hohlkasten ausgebildet. Die Aussteifung erfolgt durch Querrahmen im Regelabstand von 2,00m. Die orthotrope Fahrbahnplatte besteht aus einem 12mm dicken Deckblech und Wulstflachstählen als Längs-rippen im Abstand von ca. 250 bis 300mm.
Vor dem Einbau des Betons wurden Probeplatten hergestellt, die zur versuchstechnischen Untersuchung der Methode unter Baustellenbedingungen durch das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) herangezogen wurden. Nach zwei fehlerhaften Versuchen konnte bei der dritten Probeplatte durch den Einsatz einer druckluftbetriebenen Rüttelbohle, unterstützt durch Flaschenrüttler ein vollflächiger Verbund des hochfesten Betons mit dem geklebten Split nachgewiesen werden.
Der Einbau des stabstahlbewehrten hochfesten Stahlfaserbetons ist sehr anspruchsvoll und benötigt unter erschwerten Bedingungen in einer Einhausung eine große Anzahl gut geschultes Personal.
Am Bauwerk durchgeführte Verformungs- und Dehnungsmessungen konnten im laufenden Baustellen-betrieb nur eingeschränkt durchgeführt werden. Über numerische Berechnungen wurde das Tragverhalten der orthotropen Fahrbahnplatte ohne Belag, mit Aspahltbelag bei unterschiedlichen klimatischen Bedingungen und mit dem Aufbeton ermittelt. Der Abgleich von Mess- und Rechenergebnissen lässt auf einen vollen Verbund zur Zeitpunkt der Messungen schließen.
Im Vergleich mit alternativen Verstärkungsmethoden zeigt das Pilotprojekt Beimerstetten gute Verstär-kungseigenschaften und eine deutliche Verbesserung des Ermüdungswiderstandes der orthotropen Platte. Hinsichtlich der Dauerhaftigkeit des Verstärkungsverfahrens liegen unzureichende Erkenntnisse vor.
Aktualisiert: 2023-01-16
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Aktualisiert: 2019-06-27
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Aktualisiert: 2019-06-27
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Aktualisiert: 2019-06-27
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Aktualisiert: 2019-06-27
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BASt B 128: Verstärkung von Stahlbrücken mit Kategorie-3-Schäden
D. Ungermann, B. Brune, P. Giese
144 S., 271 Abb., 84 Tab., ISBN 978-3-95606-243-8, 2016, EUr 21,00
Neben Ermüdungsschäden an orthotropen Fahrbahnplatten sind bei Stahlbrücken auch Schäden an nicht direkt befahrenen Konstruktionsteilen der Quersysteme (Kategorie-3-Schäden) festgestellt worden. Das stetig steigende Verkehrsaufkommen führt zu einer Verschärfung des Problems, so dass die Dauerhaftigkeit betroffener Brückenkonstruktionen auch durch diese Schäden gefährdet wird.
Anhand ausgewählter Beispiele aus der Literatur und Praxis der Straßenbauverwaltungen werden Kategorie-3-Schäden systematisch untersucht. Die Erfahrungen werden zusammengestellt, ausgewertet und typisiert. Die wesentlichen Ursachen sind Überbeanspruchungen, ermüdungsanfällige Konstruktionsweisen, mangelnde Ausführungsqualität und Modellierungsfehler bei den Berechnungen. Eine Verknüpfung typischer Schadensbilder mit allgemeinen Ursachen ist in gewissem Umfang möglich, so dass der Bericht eine erste Hilfestellung bei der Behandlung von Kategorie-3-Schäden sein kann.
Weiterhin werden ausgeführte und weitere Instandsetzungs- und Ertüchtigungsvarianten an stählernen Balkenbrücken mit Hohlkasten- und offenem Querschnitt in allgemeiner Form mit numerischen FE Berechnungen untersucht, um Vor- und Nachteil herauszustellen. Es zeigt sich, dass eine möglichst gleichmäßige Steifigkeitsverteilung im Aussteifungssystem anzustreben ist. Aber auch mit verkehrsleitenden Maßnahmen wie eine Verlegung der Fahrstreifen ohne Eingriff in das Tragwerk lassen sich die kritischen Beanspruchungen u.U. deutlich reduzieren.
Ein besonderes Augenmerk wird in diesem Bericht auf die Bauwerkserhaltungsmaßnahme, vollständig auf aussteifende Verbände zu verzichten, gelegt. Der Formerhalt des Brückenquerschnitts wird dabei ausschließlich über die Rahmenwirkung der Quersysteme realisiert. Umfangreiche numerische Untersuchungen beleuchten die Spannungsänderungen der kritischen Details, aber auch mögliche Umlagerungen im gesamten Tragwerk durch die Änderung des Aussteifungssystems. Weiterhin werden auch experimentelle Untersuchungen angestellt, um die Wirksamkeit und Effizienz dieser Variante zu bewerten.
Schließlich werden die untersuchten Ertüchtigungs- und Instandsetzungsvarianten bewertet und es werden allgemeine Empfehlungen zur Behandlung von Kategorie-3-Schäden gegeben.
Aktualisiert: 2023-01-16
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BASt B 127: Verstärkung von Stahlbrücken mit Kategorie-2-Schäden
U. Kuhlmann, M. Hubmann
148 S., 112 Abb., 2 Tab., ISBN 978-3-95606-242-1, 2016, EUR 21,50
Dieser Beitrag gibt einen Überblick über Instandset¬zung und Verstärkung von Stahlbrücken mit Schä¬den im Bereich von Anschlüssen im Längssystem or¬thotroper Stahlbrücken, im speziellen bei Längsstei¬fen aus Y-Profilen. Basierend auf Literatur und Re¬cherche, wurden im Projekt Ermüdungsrisse, die an existierenden Stahlbrücken mit Y-Profilen beobachtet wurden, zusammengestellt und kategorisiert. Eine Reihe der im Rahmen des Projektes ausgewerteten Erfahrungsberichte zeigte, dass rein schweißtechni¬sche Instandsetzungen auf Dauer nicht erfolgreich waren. Deshalb wurden für die detaillierten Unter¬suchungen nur Maßnahmen mit mechanischen Ver¬bindungsmitteln vorgesehen. Die an Y-Profilen ent¬wickelten Instandsetzungs-und Verstärkungsma߬nahmen wurden in 20 Ermüdungsversuchen expe¬rimentell analysiert. Die originalen Prüfkörper wur¬den entsprechend den Fertigungsplänen bestehen¬der Brücken hergestellt. Nach den Ermüdungsversu¬chen wurden die Prüfkörper repariert und unter den gleichen Randbedingungen erneut geschwungen.
Bei der ersten Versuchsreihe wurde eine Verstärkung mit Seitenwinkel und Lasche vorgesehen, bei denen die Winkel im geschlossenen Teil der Y-Profile mit Blindnieten befestigt waren. Die Blindnieten zeigten kein Versagen und erst bei deutlich höherer Schwing-zahl als im Originalzustand ging z.T. von der künstli¬chen Rissspitze ein neuer Riss aus. Bei der zweiten Versuchsreihe mit Stegverstärkung konnten nach der gleichen maximalen Schwingspielzahl, die im Originalzustand zu Rissen geführt hatte, keine Risse dokumentiert werden. In der 3. Versuchsreihe, die im Bereich des 1/2 I-Profils mit einer Zusatzlasche repariert worden war, ging nach Verstärkung mit Zu¬satzlasche bei geringerer Schwingzahl als im Origi¬nalzustand ein Riss vom künstlichen Ermüdungsriss bzw. vom Bohrloch der angeschraubten Lasche aus.
Bei der Auswertung wurden mit Hilfe eines nume¬rischen Modells die Ermüdungsversuche validiert, um die Wirksamkeit der Maßnahmen zu bewerten. Insgesamt konnte das Vorhaben erfolgreich beendet werden.
Aktualisiert: 2023-01-16
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Eisenbahnbrücken gibt es so lange wie die Eisenbahn selbst. Der Siegeszug des Schienenverkehrsrevolutionierte im 19. Jahrhundert den Brückenbau und trieb seine Entwicklung in bis dahin ungeahnte Höhen voran. Nach herkömmlichen Anfängen, wie z. B. dem erhaltenen Seseke-Steinviadukt in Kamen von 1846, entwickelten sich Bogenbrücken und Viadukte in Stein- oder Ziegelbauweise bis in gigantische Dimensionen. Selbst große Flüsse oder ganze Täler wurden zunehmend mit Eisen- und Stahlbauwerken mit immer gewagteren und imposanteren Konstruktion überspannt. Heute beeindrucken moderne Betonbrücken, vor allem für den Hochgeschwindigkeitsverkehr. Der Film zeigt die Geschichte des Brückenbaus. Fachwerkträger-, Ziegelstein-, Stahl- und Betonbrücken sind in Deutschland in fast allen Formen und Größen vertreten. Mit 58 Minuten drunter und drüber, gestern und heute mit Dampf-, Diesel und Elektro-Traktion.
Aktualisiert: 2022-10-01
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Der Bericht liefert einen Überblick über die Gefährdung von stählernen Fahrbahnplatten hinsichtlich Ermüdungsschäden, ordnet diese Gefährdungen in Gefährdungskategorien ein und gibt Strategien und Verfahren zu einer nachhaltigen Instandsetzung vor allem von Deckblechschäden und Schäden an der Verbindung zwischen Längsrippe und Deckblech an.
Aktualisiert: 2023-01-16
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B 123: Nachrechnung bestehender Stahl- und Verbundbrücken - Restnutzung
K. Geißler, S. Krohn
52 S., 40 Abb., 29 Tab., ISBN 978-3-95606-222-3, 2016, EUR 15,50
Ziel des Forschungsvorhabens war es, den Verbesserungsbedarf für Ermüdungsnachweise gemäß Nachrechnungsrichtlinie zu identifizieren und darauf aufbauend Anpassungs- und Ergänzungsvorschläge zu formulieren sowie weiteren Forschungsbedarf zu benennen. Da die Gesamtheit aller für den Ermüdungsnachweis an Stahl- und Verbundbrücken in Frage kommenden Nachweisverfahren und Anwendungsfälle sehr umfangreich ist, wurden Untersuchungen zu den verschiedenen Nachweiskonzepten an einer repräsentativen Auswahl vorhandener Straßenbrücken durchgeführt und hieraus entsprechende Verbesserungsvorschläge für die Regelungen der Nachrechnungsrichtlinie abgeleitet. Nachfolgend werden die wesentlichen Ergebnisse stichpunktartig zusammengefasst:
1. Die Verwendung von bauwerksspezifischen Daten (z.B. Daten aus Verkehrszählungen) kann die Nachweisgenauigkeit erheblich verbessern. Jedoch bleiben folgende Fragen bisher unbeantwortet:
Wie kann das zukünftig steigende Verkehrsaufkommen bzw. das gegenüber der Zählung geringere Verkehrsaufkommen vergangener Jahrzehnte berücksichtigt werden?
Wie können die Daten einer Verkehrszählung auch im Zusammenhang mit dem bisherigen Konzept des modifizierten ELM 4 der Nachrechnungsrichtlinie verwendet werden?
2. Um das Nachweiskonzept der Nachrechnungsrichtlinie in Stufe 3 nachhaltig zu verbessern, wird die Einführung eines messdatenbasierten Schadensäquivalenzfaktors λmeas vorgeschlagen. Mit Hilfe dieses Faktors könnten bauwerksspezifische Daten aus einfachen Dehnungsmessungen am Bauwerk unter Berücksichtigung des prognostizierten Verkehrszuwachses in den Nachweis eingehen und erheblich zur Verbesserung der Nachweisgenauigkeit beitragen.
3. Die Anwendung des Strukturspannungskonzeptes ist nur zu empfehlen, wenn folgende Punkte berücksichtigt werden:
Das Strukturspannungskonzept sollte aufgrund des hohen Modellierungsaufwandes nur zur Anwendung kommen, wenn keine eindeutige Kerbfallzuordnung nach dem gängigen Nennspannungskonzept möglich ist.
Für die Ermittlung der Hot-Spot-Spannungen ist die Art der Elementierung von entscheidender Bedeutung. Somit sollte die Nachrechnungsrichtlinie grundsätzliche Regelungen zur Elementierung und zur Spannungsextrapolation enthalten oder zumindest auf entsprechende Regelwerke verweisen.
Sind die Spannungspunkte bzw. Stützstellen über die Blechdicke (entlang von Blechkanten) oder entlang nicht flächiger Bauteile (wie z.B. Rundstahlhänger) anzuordnen, sollten Volumenmodelle mit feiner Elementierung und einem quadratischen Extrapolationsansatz (mit 3 Parametern) zur Anwendung kommen.
Bei einer Anordnung der Stützstellen über die Blechbreite / oder -länge können die Hot-Spot-Spannungen auch anhand eines Flächenmodels sowie auf Grundlage eines groben FE-Netzes bestimmt werden. Zur Unterscheidung zwischen grober und feiner Elementierung.
Bei tragenden und nicht voll durchgeschweißten Nähten ist ergänzend zum Nachweis des Grundmaterials stets der Ermüdungsnachweis für ein Versagen der Schweißnaht selbst zu führen, da dieser Fall nicht mit dem Strukturspannungskonzept abgedeckt wird.
4. Da Stahlbrücken im Straßenbrückenbau häufig große Stützweiten aufweisen, erscheint es lohnenswert, mit Hilfe von Vergleichsrechnungen für verschiedene Systeme und Stützweiten eine einfache Ausschlussregelung auf Grundlage der Brückenklassen 60 und 60/30 zu entwickeln, bei welcher der Ermüdungsnachweis in Haupttragrichtung generell entfallen kann. Für Neubauten existiert eine derartige Regelung bereits im DIN Fachbericht 103 für Hauptträger von Straßenbrücken mit Einflusslinienlängen von L ≥ 45 m und mit Kerbfällen von ΔσC ≥ 71 N/mm².
5. Bezüglich probabilistischer Nachweismethoden enthält die Nachrechnungsrichtlinie bisher weder nähere Angaben zum Ansatz von Lastkollektiven auf Basis von Verteilungen, noch finden sich Angaben zu statistischen Parametern auf der Widerstandsseite wie zum Beispiel der Streuung der Wöhlerlinien oder der Grenzschadensumme. Gerade um eine Vergleichbarkeit und Prüfbarkeit für probabilistische Nachweise zu ermöglichen, ist die Festlegung bestimmter Eingangsgrößen in der Richtlinie unabdingbar.
Aktualisiert: 2023-01-16
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Am Beispiel einer real ausgeführten Verbundbrücke als Referenzbauwerk werden hier im Rahmen einer Nachhaltigkeitsanalyse drei Varianten des Korrosionsschutzes untersucht. Über den gesamten Lebenszyklus dieser integralen Autobahnüberführung wird eine Ökobilanz erstellt, die Lebenszykluskosten sowie die externen Effekte (Umweltwirkungen aus Fahrzeugbetrieb, Fahrzeugbetriebskosten und Verspätungskosten) ermittelt und für die drei Varianten verglichen. Dabei ist eine herkömmliche organische Beschichtung, die während des Lebenszyklus zweimal erneuert wird mit einer Feuerverzinkung zu vergleichen. Betrachtet wird als weitere Variante in den Analysen eine Feuerverzinkung, bei der nach 66 Jahren das Aufbringen einer organischen Beschichtung erfolgt.
Im Rahmen der Ökobilanz werden sechs Wirkungskategorien ausgewiesen. Bei Ausführung der Feuerverzinkung ergeben sich Einsparungen über den gesamten Lebenszyklus im Vergleich zur organischen Beschichtung. Die Umweltwirkungen aus dem Herstellungsprozess der Feuerverzinkung sind in der Ökobilanz deutlich sichtbar und demnach nicht zu vernachlässigen. Allerdings können diese erhöhten Auswirkungen in der Herstellung durch Einsparungen während der Nutzungsphase kompensiert werden.
Die Berechnungen der Lebenszykluskosten zeigen, dass sich bereits für die Herstellungskosten eine Reduzierung durch den Einsatz einer Feuerverzinkung ergibt. Darüber hinaus sind bei der Variante der Feuerverzinkung weniger eingreifende Instandhaltungsmaßnahmen während der Nutzugsphase notwendig, so dass in Bezug auf die Lebenszykluskosten die Feuerverzinkung die absolut geringsten Kosten aufweist.
Die externen Effekte können einerseits in die Ökobilanz integriert und andererseits über einen Monetarisierungsansatz als externe Kosten ausgewiesen werden. Die durch Baumaßnahmen verursachten Eingriffe in den Verkehr (geänderte Geschwindigkeiten) lassen gegenüber der Normalstrecke veränderte Schadstoffausstöße und Treibstoffverbräuche entstehen. Diese Emissionen verursachen für die hier untersuchten Varianten Umweltwirkungen, die in der Größenordnung der Emissionen des Brückenbauwerks bzw. auch darüber liegen. Bei der Berechnung von Fahrzeugbetriebskosten und Verspätungskosten übersteigen auch diese die Lebenszykluskosten des Brückenbauwerks in allen Varianten. Im Vergleich mit einer organischen Beschichtung ergeben sich für die untersuchte Referenzbrücke über den Lebenszyklus reduzierte externe Effekte für die Feuerverzinkung, gefolgt durch das Duplexsystem.
Zusammenfassend ergibt sich für die hier untersuchte Referenzbrücke die Variante der Feuerverzinkung als die Lösung, die den größten Beitrag zu nachhaltigen Entwicklung leistet. Da es sich um eine Referenzbrücke mit klar definierten Randbedingungen handelt, ist die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf andere Brückenbauwerke nicht ohne Weiteres gegeben. So kann bei einem geringeren durchschnittlichen täglichen Verkehr (DTV) die Bedeutung der externen Effekte stark zurückgehen. Die Ergebnisse sind damit als einzelfallbezogen einzustufen.
Aktualisiert: 2023-01-16
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