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Prüfergebnisse und Bewertung von Schutzeinrichtungen der Aufhaltestufe H4b für den Einsatz auf Brücken
BASt-Bericht V 224
Ulrich Bergerhausen, Holger Klostermeier, Ralf Klöckner, Janine Kübler, Bundesanstalt für Straßenwesen
116 Seiten
Erscheinungsjahr: 2013
Preis: 19,00 €
Bestellung eines gedruckten Exemplars beim Carl Schünemann Verlag GmbH
Teil 1- Verfahren zur Untersuchung der Eignung von Schutzeinrichtungen der Aufhaltestufe H4b auf Brücken
Bei der Ausstattung eines Brückenbauwerkes kommt der Schutzeinrichtung dann eine besondere Bedeutung zu, wenn durch einen möglichen Lkw-Absturz eine Gefährdung entstehen kann, durch die unbeteiligte Dritte betroffen sind. Bei Unfällen mit sehr schweren Lkw und ungünstigem Unfallverlauf stoßen die derzeit eingesetzten Schutzein¬richtungen an die Grenze ihrer Leistungsfähigkeit.
Grundvoraussetzung für den Einsatz neuer Schutzeinrichtungen in Deutschland ist eine positive Prüfung nach DIN EN 1317. Darüber hinaus ist es sowohl für Brückenneubauten als auch bei der Brückeninstandsetzung erforderlich, die Größe der auf die Kappe und die Tragkonstruktion einwirkenden Kräfte einer Schutzeinrichtung zu kennen, damit eine Bemessung wirtschaftlich sinnvoll, aber dennoch sicher erfolgen kann. Ziel des vorliegenden Forschungsprojektes ist es, Schutzeinrichtungen auf Brücken mit einem sehr hohen Aufhaltevermögen nach DIN EN 1317 zu testen und dabei die auftretenden Kräfte zu messen. Gleichzeitig sollen Erkenntnisse über das Verhalten der Schutzeinrichtungen mit einem sehr hohen Aufhaltevermögen bei begrenzten Platzverhältnissen gewonnen werden.
In diesem Forschungsprojekt haben sechs Schutzeinrichtungen den Nachweis ihrer Funktionsfähigkeit gemäß DIN EN 1317 erbracht. Anhand der insgesamt durchgeführten 27 Anprallprüfungen an 14 Systemen zeigt sich, dass die Entwicklung von Schutzeinrichtungen mit einem sehr hohen Aufhaltevermögen bei gleichzeitig begrenztem Wirkungsbereich schwierig ist. Kommen weitere Randbedingungen, wie zum Beispiel Lärmschutz oder Fortführung auf der Strecke hinzu, so zeigt sich, dass es derzeit keines der geprüften Systeme universell einsetzbar ist. Für die Verwendung muss vielmehr im Einzelfall geprüft werden, ob und welches System eingesetzt werden kann.
Vor diesem Hintergrund wird empfohlen, dass möglichst frühzeitig eine enge Abstimmung der Brückenplanung mit der Streckenplanung erfolgt, um sinnvolle und verkehrssichere Lösungen zu bekommen. Daher sollte nach Möglichkeit bereits in der Planung eines Brückenbauwerkes die Schutzeinrichtung unter Berücksichtigung aller anderen Randbedingungen einbezogen werden. Eine separate Planung der Schutzeinrichtung im Anschluss oder gar die Berücksichtigung als letztes Element des Bauwerks kann dazu führen, dass keine geeignete Schutzeinrichtung zur Verfügung steht.
Die Kraftmessungen beruhen auf Einzelereignissen, zeigen aber dennoch die Größenordnung der beim Anprallvorgang entstehenden Einwirkungen und bestätigen damit die vorherigen Untersuchungen. Aus den Messwerten wurden Vorschläge erarbeitet, für welche Einwirkungen Brücken bemessen werden sollen, auf denen die hier diskutierten Schutzeinrichtungen installiert werden sollen. Die Größenordnung der Werte zeigt, dass die Einwirkungen bei H4b-Systemen um bis zu sechsmal höher liegen als der seinerzeitige Lastansatz des DIN-Fachberichts 101 „Einwirkungen“ Ausgabe 2003. Damit wurden wichtige Eckwerte für die zukünftige Bemessung neuer Brücken beziehungsweise für das Nachrüsten bestehender Brücken gewonnen. Die Ergebnisse wurden bereits in der Fortschreibung des neuen DIN-Fachberichtes von 2009 berücksichtigt.
Die untersuchten und hier vorgestellten Schutzeinrichtungen erfüllen die Anforderungen an Aufhaltefähigkeit und Insassenschutz und weisen Kraftmessungen auf. Wünschenswert wären weitergehende Entwicklungen, die auch weitere Anforderungen erfüllen, die in diesem Bericht aufgeführt sind. Da die Anforderungen an die Verkehrssicherheit nicht gleichbleibend sind, sondern sich den Anforderungen der Entwicklung anpassen, wird auch zukünftig eine Weiterentwicklung der Schutzeinrichtungen mit sehr hohem Aufhaltevermögen erforderlich sein. So werden die Anforderungen an das Aufhaltevermögen steigen, wenn zum Beispiel Schwerfahrzeuge mit höheren Lasten auf den Straßen fahren werden.
Teil 2 - Prüfergebnisse und Bewertung von Schutzeinrichtungen der Aufhaltestufe H4b auf Brücken
LKW-Abstürze von Brücken können eine besondere Gefährdung darstellen, wenn sich unterhalb der Brücke häufig Personen aufhalten.
Die in Deutschland auf Brücken überwiegend als Absturzsicherung eingesetzte Schutzeinrichtung ist die einfache Distanzschutzplanke mit einem Pfostenabstand von 1,33 m (EDSP 1,33) mit Geländer und einem verzinkten Stahlseil im Handlauf, bei der die Schutzplanke und das Geländer gemeinsam wirkend das Rückhaltevermögen erzielen. Darüber hinaus werden auch Betonschutzwände eingesetzt. Die EDSP 1,33 mit Geländer ist in einer Anprallprüfung nach den Anforderungen der neuen europäischen Norm DIN EN 1317 „Rückhaltesysteme an Straßen“ von der BASt geprüft worden. Das System hat dabei gezeigt, dass es in der Lage ist, schwere Fahrzeuge bis zu einem Gewicht von etwa 13 Tonnen vor dem Absturz von einer Brücke zu bewahren. Gleichzeitig ist diese Schutzeinrichtung so konstruiert, dass sie auch PKW sicher aufzuhalten und ohne erhebliche Gefährdung der Insassen umzulenken vermag.
Bei Unfällen mit sehr schweren LKW und ungünstigem Unfallverlauf stoßen diese Schutzeinrichtungen aber an die Grenze ihrer Leistungsfähigkeit. Deshalb hat die BASt gemeinsam mit dem BMVBS Untersuchungen vorangetrieben, die das Ziel haben, Schutzeinrichtungen bereitzustellen, die in der Lage sind, auch sehr schwere LKW vor dem Absturz von Brücken zu bewahren. Dazu galt es, technische Randbedingungen für die Entwicklung von Schutzeinrichtungen durch die Industrie vorzugeben und geeignete Prüfverfahren zur Sicherstellung der Einsatzfähigkeit auf deutschen Brückenbauwerken zu entwickeln.
Im Rahmen des vorliegenden Projektes konnte erstmals gezeigt werden, dass Schutzeinrichtungen, die in einer realen Anprallprüfung der höchsten Aufhaltestufe entsprechend DIN EN 1317 für sehr schwere LKW nachgewiesen haben, auf Brückenbauwerken in Deutschland installiert werden können, ohne inakzeptable Schäden an den Brückenkappen befürchten zu müssen. Darüber hinaus konnten erstmals die Kräfte gemessen werden, die beim Anprallvorgang auf das Bauwerk einwirken.
Eine Anprallprüfung stellt zwar ein Einzelergebnis dar. Dennoch zeigen diese Messungen die Größenordnung der beim Anprallvorgang entstehenden Einwirkungen. Aus den Messwerten wurde ein Vorschlag zur Festlegung der bei der statischen Auslegung eines Brückenbauwerks anzusetzenden Einwirkungen (Kräfte und Momente) erarbeitet, wenn auf dem Bauwerk Schutzeinrichtungen mit sehr hohem Aufhaltevermögen installiert werden sollen. Die genauen Werte der ermittelten Einwirkungsgrößen gelten spezifisch für die untersuchte Schutzeinrichtung. Die Größenordnung der Werte lässt sich jedoch auf andere Schutzeinrichtungen mit sehr hohem Aufhaltevermögen auf Brücken übertragen. Der Vorschlag sieht Einwirkungen vor, die etwa 3 bis 4 mal höher liegen, als der derzeitige Lastansatz des DIN-Fachberichts 101 „Einwirkungen“.
Procedure to investigate the suitability of safety barriers of containment level H4b on bridge
Part 1- Procedure to investigate the suitability of safety barriers of containment level H4b on bridges
The protective devices are of special importance when equipping bridge structures if a possible truck accident can pose a risk to passers-by. Modern protective devices quickly reach their limits in situations where accidents occur, involving very heavy trucks and where the accident situation is unfavourable.
The basic requirement for the use of protective devices in Germany is a positive test in accordance with DIN EN 1317. Furthermore, the forces of a protective device which are applied to the dome and the supporting support structure need to be known for both new bridges and when carrying out bridge repairs so that a structural design can be carried out in an economically viable but nevertheless safe manner. The aim of this research project is the testing of protective devices on bridges which have a high containment capacity pursuant to DIN EN 1317 and thereby determine the applied forces. At the same time, knowledge should be gained of the behaviour of the protective devices with a very high containment capacity in situations where space is restricted.
In the scope of this research project, six protective devices have provided proof of their serviceability pursuant to DIN EN 1317. The 27 collision tests which were carried out on 14 systems proved that the development of protective devices with a very high containment capacity and restricted range of action is difficult. Should there be additional boundary conditions e.g. noise abatement measures of continuation along the route, it becomes apparent that none of the tested systems that exist today can be put to universal use. On the contrary, it has to be determined in each individual case, whether a system can be used and if so, which one.
With this in mind, it is recommended that a close coordination of the bridge planning is carried out together with the route planning in order to obtain solutions which make sense and are safe for traffic. If possible, planning of a bridge should also take the protective device and all of the other boundary conditions into account. A subsequent separate planning of the protective device or even the taking of it into account as the final structural element can result in a suitable protective device not being available.
The force measurements are based on individual events but nevertheless reproduce the action variables that are applied during the collision process and therefore confirm the previous findings. The measured values serve as a basis for the working on recommendations concerning the actions for which the bridges are to be measured, on which the protective devices which are the subject of discussion here, are to be installed. The variable of the values shows that the actions with H4b systems are up to 6 times higher than the current load approach in the DIN technical report 101 “Actions”, version from 2003. It was therefore possible to acquire important benchmarks for the future measuring of new bridges or the re-equipping of existing ones. The results have already been taken into account in the extrapolation of the new DIN technical report from 2009.
The tested protective devices which are presented here meet the containment capacity and passenger protection requirements, in addition to them also including force measurements. Further developments which also meet additional requirements such as are included in this report would have been desirable. As the traffic safety requirements do not remain the same, but adapt in accordance with the development requirements, it will continue to be the case in the future that a further development of the protective devices with a very high containment capacity will be necessary. The demands placed on the containment capacity increase, if heavy vehicles with higher loads are to be driven on the roads for example.
Part 2 - Test results and evaluation of safety of containment level H4b on bridges
The falling of trucks off bridges can especially be hazardous should persons frequently be underneath the bridge.
The primary protective device which serves to prevent falling that is used in Germany is the simple spaced safety barrier with a post clearance of 1.33m (SSSB 1.33) with banister and a galvanized steel cable in the handrail, on the basis of which the safety barrier and the banister jointly achieve the containment capacity. Concrete protective walls are also used. The SSSB 1.33 with banister has been subjected to a collision test which was carried out by the BASt in accordance with the latest requirements of the new European DIN EN 1317 standard “vehicle restraint systems on roads”. The system has proven that it is capable of preventing heavy vehicles with a maximum weight of around 13 tonnes from falling off bridges. This protective device is constructed in such a manner that it is also able to restrain cars without difficulty and turn the vehicle back without placing the passengers at any considerable risk.
These protective devices quickly reach their limits however should accidents occure involving very heavy trucks and if the accident situation should be unfavourable. This is why the BASt has cooperated with the BMVBS in order to carry out tests with the aim of providing protective devices which are also able to prevent very heavy trucks from falling from bridges. The essential aspects here were the stipulation of technical boundary conditions for the development of protective devices by the industry and the development of suitable test procedures which are suitable for ensuring the usability on German bridge structures.
In the scope of this project, it was possible to prove in collision tests for the first time that protective devices which achieved the highest containment level as defined in DIN EN 1317 for very heavy trucks can be installed on bridge structures in Germany without there being any need to fear unacceptable damage being caused to the bridge domes. It was also possible to measure the forces which act on the structure in the event of a collision occurring.
It is the case that a collision test is only an individual result but these measurements show the extent of the actions that are applied during the collision process. The measured values served as the basis for the making of a recommendation for the determination of the actions (forces and moments) which is necessary if protective devices with a very high containment capacity are to be installed on the structure. The exact values of the determined action variables have specific validity for the tested protective device. The value variables can therefore be transferred to other protective devices which have a very high containment capacity rate on bridges. The recommendation provides for actions which are around 3-4 times higher than the current load base specified in DIN technical report 101 “Actions”.