Richtlinie Anprall von Strassenfahrzeugen auf

Transcription

Bundesamt für Strassen
Richtlinie
Anprall von Strassenfahrzeugen auf
Bauwerksteile von Kunstbauten
Ergänzungen zur Norm SIA 261
Einwirkungen auf Tragwerke
2005
Bundesamt für Strassen • Office fédéral des routes
Ufficio federale delle strade • Uffizi federal da vias
ASTRA • OFROU
USTRA • UVIAS
Eidg. Dep. für Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation • Dép. fédéral de l’environnement, des transports, de l’énergie et de la communication
Dip. federale dell’ambiente, dei trasporti, dell’energia e delle comunicazioni • Dep. federal da l'ambient, dals transports, da l'energia e da la communicaziun
Richtlinie
Ergänzungen zur Norm SIA 261
Einwirkungen auf Tragwerke
Impressum
Autor
Daniel Schuler, Bürkel Baumann Schuler, Winterthur
Begleitung
Willi Schuler, ASTRA
Herausgeber
Bundesamt für Strassen ASTRA, Abteilung Strassennetze; Standards, Forschung, Sicherheit, 3003 Bern
Ort, Jahr
Bern, 2005
Bezugsquelle
BBL, Vertrieb Publikationen, CH-3003 Bern, www.bbl.admin.ch/bundespublikationen
Bestell-Nr. 308.343.d
Download: www.astra.admin.ch
Preis (gedruckte Version)
CHF 40.- (inkl. MWSt.)
© ASTRA 2005, Abdruck unter Angabe der Quelle gestattet
Vorwort
Die vorliegende Richtlinie richtet sich an die Bauherrenvertreter sowie die von ihnen beauftragten
Ingenieure. Sie liefert detaillierte Informationen zu den Aspekten des Anpralls von Strassenfahrzeugen an Tragwerke. Solche Angaben sind in den heute verfügbaren technischen Grundlagen
nicht vorhanden. Die bisher in den Normen angegebene Anprallkraft zur Berücksichtigung des
Anpralls von Schweren Lastfahrzeugen wurde weitgehend auf Grund von sehr alten, aus den
Jahren 1958 bis 1961 stammenden Resultaten von Anpralltests oder sogar ohne Grundlage
festgelegt.
Für den Fall, dass der Fahrzeuganprall an ein Bauteil verhindert werden soll, enthält die Schweizer
Norm SN 640 566, Passiver Schutz im Strassenraum, Einsatz, Wahl und Anordnung von Fahrzeugrückhaltesystemen, Angaben zu Schutzeinrichtungen wie Leitschranken oder Leitmauern.
Diese Informationen sind jedoch auf die Verkehrssicherheit ausgerichtet und damit unzureichend
um Massnahmen zur Gewährleistung der Sicherheit und Wirtschaftlichkeit von Tragwerken zu
beurteilen.
Als Folge dieser Ausgangslage mussten Grundlagen als einheitliche Basis für die Bemessung und
Überprüfung geschaffen werden. Das Bundesamt für Strassen erteilte deshalb dem Ingenieurbüro
Bürkel Baumann Schuler, Winterthur, den Auftrag, die Grundlagen zum Anprall von Schweren
Lastfahrzeugen an Bauwerksteile von Kunstbauten bzw. zum Objektschutz zu erarbeiten. Der im
Rahmen dieses Auftrags erstellte Bericht enthält die Grundlagen für die differenzierte Ermittlung
der beim Anprall eines Strassenfahrzeugs massgebenden Einwirkungen. Diese Grundlagen sind in
der vorliegenden Richtlinie in den informativen Anhängen kurz zusammengefasst dargestellt.
Die im Rahmen der Grundlagenerarbeitung ermittelten Anprallkräfte wurden in die Norm SIA 261,
Einwirkungen auf Tragwerke, aufgenommen. Bei der Verwendung der vorliegenden Richtlinie
ergeben sich somit keine Widersprüche zu den geltenden Schweizer Normen. Indem Einflussfaktoren wie der Abstand des Tragwerks von der Strasse, der Verkehr oder Schutzeinrichtungen
berücksichtigt werden, können die Anprallkräfte mit Hilfe der Richtlinie jedoch differenzierter
bestimmt werden. Im Weiteren gibt die Richtlinie auch Hinweise zur Beurteilung von bestehenden
Bauwerken.
BUNDESAMT FÜR STRASSEN
Rudolf Dieterle
Direktor
Ausgabe 2005
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Inhaltsverzeichnis
Vorwort
1
0
GELTUNGSBEREICH
5
0.1
Allgemeines
5
0.2
Abgrenzungen
5
0.3
Ausnahmen
5
0.4
Bestehende Bauwerke
6
1
VERSTÄNDIGUNG
7
1.1
Begriffe
7
1.2
Bezeichnungen
1.2.1 Lateinische Grossbuchstaben
1.2.2 Griechische Grossbuchstaben
1.2.3 Lateinische Kleinbuchstaben
1.2.4 Griechische Kleinbuchstaben
8
8
9
10
10
1.3
Masseinheiten
10
2
GRUNDSÄTZE
11
2.1
Allgemeines
2.1.1 Übersicht Massnahmen
2.1.2 Strategien und Vorgehen bei der Projektierung von Massnahmen
2.1.3 Angemessenheit
11
11
12
13
2.2
Tragsicherheitsnachweis
2.2.1 Allgemeines
2.2.2 Begleiteinwirkungen
2.2.3 Angrenzende Bauteile
13
13
13
14
2.3
Fahrzeugrückhaltesysteme
2.3.1 Leitschranken
2.3.2 Leitmauern
2.3.3 Anpralldämpfer
15
15
16
17
2.4
Organisatorische Massnahmen
17
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3
EINWIRKUNGEN
18
3.1
Ausgangslage
18
3.2
Übersicht Anprallarten
18
3.3
Ausgangswerte der Anprallkraft
19
3.4
Anprall von Fahrzeugen (Fahrzeugchassis)
3.4.1 Übersicht und Bezeichnungen
3.4.2 Bemessungswert der Anprallkraft
19
19
20
3.5
Anprall von Fahrzeugaufbauten und Ladungen
3.5.1 Übersicht und Bezeichnung
3.5.2 Anprall an Stützen und Wände
3.5.3 Anprall an Überbauten
21
21
22
23
3.6
Lage, Richtung, Höhe und Fläche der Krafteinwirkung
24
3.7
Reduktions- und Erhöhungsfaktoren
3.7.1 Einfluss der Distanz des Tragwerks vom Fahrbahnrand
3.7.2 Einfluss des Verkehrs
3.7.3 Einfluss von Fahrzeugrückhaltesystemen
3.7.4 Einfluss der lichten Höhe
26
26
28
28
30
3.8
Bestehende Bauwerke
3.8.1 Rechnerische Beurteilung
3.8.2 Massnahmen
3.8.3 Anprallrisiko
3.8.4 Angemessenheit von Massnahmen
3.8.5 Bauwerksklassen
30
30
31
31
32
33
Anhang A
Grundlagen der Stossbelastung
35
Anhang B
Grundlagen der probabilistischen Berechnung der Anprallkraft
37
Anhang C
Abirren von Strassenfahrzeugen
41
Anhang D
Wirksame Fahrzeugmasse
43
Anhang E
Anprall an Überbauten
45
Anhang F
Übersicht Fahrzeugrückhaltesysteme und Leistungsklassen
47
Anhang G
Quellenverzeichnis
49
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0
GELTUNGSBEREICH
0.1
Allgemeines
Die vorliegende Richtlinie beschreibt die durch den Anprall von Strassenfahrzeugen auf Tragwerke
hervorgerufenen Einwirkungen.
Die Einwirkungen werden als Anprallkräfte berücksichtigt. Stosszuschläge sind bei den angegebenen Anprallkräften bereits enthalten. Die Anprallkräfte können deshalb als statische Ersatzlasten
eingesetzt werden.
Beim Anprall von Strassenfahrzeugen an Tragwerke wird ein wesentlicher Teil der kinetischen
Energie durch Verformung des Fahrzeugs aufgenommen, weshalb der Fahrzeuganprall als
sogenannter weicher Stoss bezeichnet wird. Harte Stösse lassen sich nicht durch statische
Ersatzlasten repräsentieren. Sie werden in der vorliegenden Richtlinie nicht behandelt (siehe
Anhang A).
0.2
Abgrenzungen
Der Anprall von Strassenfahrzeugen ist zu berücksichtigen, wenn das Tragwerk bzw. die zum
Tragwerk gehörenden Bauteile innerhalb einer Entfernung vom Fahrbahnrand liegen, bei der eine
Gefährdung durch Anprall relevant ist. Bei ebenem Gelände neben der Fahrbahn ist das
– 10 m
bei Autobahnen, Autostrassen und Ausserortsstrassen mit
Verkehrsgeschwindigkeiten ≥ 80 km/h
–
bei Innerortsstrassen mit einer Verkehrsgeschwindigkeit von
50 bzw. 60 km/h
3m
Die in dieser Richtlinie angegebenen Anprallkräfte beziehen sich auf den Anprall von Schweren
Lastfahrzeugen (SLF). Durch den Anprall von Fahrzeugen mit einem maximalen Gesamtgewicht
von weniger als 3'500 kg verursachte Kräfte sind im Allgemeinen wesentlich kleiner. Sie sind
gemäss den Normen SIA 261 [24] oder ENV 1991 [10] festzulegen.
0.3
Ausnahmen
Ausnahmen von der vorliegenden Richtlinie sind zulässig, wenn spezielle Verhältnisse dies
rechtfertigen. Sie müssen durch umfassende Untersuchungen begründet und dokumentiert sein.
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0.4
Bestehende Bauwerke
Die vorliegende Richtlinie ist wie die Normen des SIA grundsätzlich für neue Bauwerke gültig.
Die Richtlinie sowie die Norm SIA 261 [24] beschreiben unter anderem auch die Einwirkungen,
welche durch den Anprall von Fahrzeugaufbauten und Ladungen von Schweren Lastfahrzeugen
(SLF) hervorgerufen werden. Solche Angaben waren in der alten Norm SIA 160 [22] nicht
enthalten, weshalb bestehende Bauwerke diesen Einwirkungen möglicherweise nicht genügen.
Unter Ziffer 3.8 der Richtlinie sind Kriterien zur Beurteilung der Tragsicherheit bestehender
Bauwerke in Bezug auf die durch den Anprall von SLF hervorgerufenen Einwirkungen angegeben.
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1
VERSTÄNDIGUNG
1.1
Begriffe
In der vorliegenden Richtlinie, den Normen SIA 260 [23] und SIA 261 [24], dem Merkblatt SIA 2018
[27] sowie der Norm EN 1998 [10] werden die folgenden Begriffe verwendet:
Anprall
Zusammenstoss eines bewegten Körper mit einem Bauwerk
Anprallkraft (-last)
Auf das Bauwerk wirkende Kraft bei einem Anprall
Aufhaltestufe
Das durch eine Anfahrprüfung definierte Aufhaltevermögen
eines Fahrzeugrückhaltesystems
Aussergewöhnliche Einwirkung
Einwirkung mit geringer Eintretenswahrscheinlichkeit, in der
Regel von kurzer Dauer und beträchtlicher Wirkung
Auswirkungen
Antworten des Tragwerks auf Einwirkungen, wie beispielsweise Spannungen, Schnittgrössen, Verformungen oder
Verschiebungen
Bauteil
Physisch unterscheidbarer Teil eines Tragwerks
Bemessungswert
Aus einem charakteristischen Wert bzw. aus einer Funktion
von Bemessungswerten in Verbindung mit Partialfaktoren bestimmter Wert. Im Fall der Anpralllasten ist der Bemessungswert ein direkt festgelegter in den Nachweis eingehender
Wert.
Durchschnittlicher täglicher Verkehr Mit DTV bezeichnete Anzahl Fahrzeuge, welche während 24
Stunden auf einer Strasse in beiden Fahrtrichtungen durchschnittlich verkehren
Erfüllungsfaktor
Numerischer Aussage, in welchem Mass ein bestehendes
Tragwerk die rechnerischen Anforderungen an Neubauten
gemäss geltender Norm erfüllt.
Fahrzeuganprall
Zusammenstoss eines Fahrzeugs mit einem Bauwerk
Fahrzeugrückhaltesystem
Bauliche Massnahme ausserhalb der Fahrbahn, welche von
der Strasse abkommende Fahrzeuge umlenkt bzw. aufhält.
Sie kommen als Leitschranken, Leitmauern oder Anpralldämpfer vor.
Gefährdung
Die Tragsicherheit in Frage stellender Umstand
Leitmauer
Starre oder wenig deformierbare, allgemein aus Beton bestehende Schutzeinrichtung, die von der Fahrbahn abkommende
Fahrzeuge umlenkt bzw. aufhält
Leitschranke
Deformierbare, in der Regel aus Stahlplanken und Stahlpfosten bestehende Schutzeinrichtung, die von der Fahrbahn
abkommende Fahrzeuge umlenkt bzw. aufhält
Probabilistische Berechnung
Berechnung, bei der die Variablen nicht feste (deterministische) Grössen, sondern durch eine Verteilungsfunktion
definierte sind. Die Ergebnisse solcher Berechnungen sind mit
einer Wahrscheinlichkeit behaftet.
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Schweres Lastfahrzeug
Schwere Lastfahrzeuge (SLF) sind Strassenfahrzeuge mit
einem maximalen Gesamtgewicht über 3,5 t. Es sind dies
Lastwagen, Lastenzüge, Sattelzüge und Busse.
Risiko
Qualitative oder quantitative Charakterisierung eines Schadens hinsichtlich der Möglichkeit seines Eintreffens und seiner
Grösse
Schutzziel
Qualitative und quantitative Festlegung der Anforderungen an
ein Tragwerk für den Fall aussergewöhnlicher Ereignisse und
Bedingungen
Sicherheit
Zustand gegenüber einer Gefährdung, wenn diese durch geeignete Massnahmen unter Kontrolle gehalten oder auf ein
akzeptierbares Mass beschränkt wird
Sicherheitsmassnahme
Massnahme zur Erreichung oder Erhaltung von Sicherheit
Sicherheitskosten
Kosten für Sicherheitsmassnahme. In der vorliegenden
Richtlinie sind sie als Jahreskosten definiert.
Tragsicherheit
Fähigkeit eines Tragwerks und seiner Bauteile, die Gesamtstabilität sowie einen für die anzunehmenden Einwirkungen
ausreichenden Tragwiderstand entsprechend einer festgelegten erforderlichen Zuverlässigkeit zu gewährleisten
Tragwerk
Gesamtheit der Bauteile und des Baugrunds, die für das
Gleichgewicht und die Formerhaltung eines Bauwerks notwendig sind
Tragwiderstand
Grenze der Tragfähigkeit
Versagenswahrscheinlichkeit
Relative Häufigkeit (z.B. pro Jahr) mit der das Versagen
(eines Tragwerks) bei vielen unabhängigen Ereignissen unter
den gleichen Bedingungen eintritt (frequentistisch)
Wiederkehrperiode
Kehrwert der Auftretenswahrscheinlichkeit eines bestimmten
Ereignisses innerhalb einer festgelegten Zeitspanne
1.2
Bezeichnungen
1.2.1
Lateinische Grossbuchstaben
(teilweise in Kombination mit Reduktionsbeiwert ψ1)
Ad
Bemessungswert einer aussergewöhnlichen Einwirkung
ASV
Anteil Schwerverkehr
BWK
Bauwerksklasse
DF
Diskontierungsfaktor
DTV
Durchschnittlicher täglicher Verkehr
Ed
Bemessungswert einer Auswirkung
IK
Investitionskosten
Md
Bemessungswert des Biegemoments
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MR,pl
plastischer Biegewiderstand
MRd
Bemessungswert des Biegewiderstands
Nd
Bemessungswert der Normalkraft
NRd
Bemessungswert des Normalkraftwiderstands
Q
Anprallkraft von Fahrzeugen (Fahrzeugchassis)
Qd
Bemessungswert der Anprallkraft von Fahrzeugen (Fahrzeugchassis)
Qα
Anprallkraft von Fahrzeugen (Fahrzeugchassis) beim frontalen Anprall an Stützen
Qd,α
Bemessungswert der Anprallkraft beim frontalen Anprall an Stützen
Qy
Anprallkraft von Fahrzeugen (Fahrzeugchassis) beim seitlichen Anprall an Wände
Qd,y
Bemessungswert der Anprallkraft beim seitlichen Anprall an Wände
Qh
Anprallkraft von Fahrzeugaufbauten und Ladungen
Qh,α
Anprallkraft von Fahrzeugaufbauten und Ladungen beim frontalen Anprall an Stützen
Qh,x
Anprallkraft von Fahrzeugaufbauten und Ladungen beim frontalen Anprall an Überbauten
Qh,y
Anprallkraft von Fahrzeugaufbauten und Ladungen beim seitlichen Anprall an Wände
Qhd
Bemessungswert der Anprallkraft von Fahrzeugaufbauten und Ladungen
Qhd,α
Bemessungswert der Anprallkraft von Fahrzeugaufbauten und Ladungen beim frontalen
Anprall an Stützen
Qhd,x
Bemessungswert der Anprallkraft von Fahrzeugaufbauten und Ladungen beim frontalen
Qhd,y
Bemessungswert der Anprallkraft von Fahrzeugaufbauten und Ladungen beim seitlichen
Anprall an Wände
Qo
Ausgangswert der Anprallkraft
Qo,α
Ausgangswert der Anprallkraft für den frontalen Anprall an Stützen
Qo,y
Ausgangswert der Anprallkraft für den seitlichen Anprall an Wände
QR
Anprallkraft, für welche der rechnerische Tragsicherheitsnachweis genau erfüllt ist
ψ1i Qki
Häufiger Wert einer veränderlichen Begleiteinwirkung
Rd
Bemessungswert des Tragwiderstands
S
Schaden
SK
Sicherheitskosten
SLF
Schweres Lastfahrzeug
Vd
Bemessungswert der Querkraft
VRd
Bemessungswert des Querkraftwiderstands
Wpl
plastisches Widerstandsmoment
1.2.2
Griechische Grossbuchstaben
ΔR
Risikoreduktion
Δpf
Reduktion der Versagenswahrscheinlichkeit
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1.2.3
Lateinische Kleinbuchstaben
a
Fahrzeugverzögerung
b
Breite
fu
Zugfestigkeit
hQ
Höhe Kraftangriff beim Anprall von Fahrzeugen (Fahrzeugchassis)
hQh
Höhe Kraftangriff beim Anprall von Fahrzeugaufbauten und Ladungen
k
Fahrzeugsteifigkeit
m
Fahrzeugmasse
s
Distanz des Tragwerks zum Fahrbahnrand
so
Distanz des Tragwerks zum Fahrbahnrand bei ebenem Gelände
sr
Distanz zwischen Tragwerk und Fahrzeugrückhaltesystem
v
Verkehrsgeschwindigkeit, Abirrgeschwindigkeit
t
Zeit, Schichtdicke
x
Raumrichtung
y
Raumrichtung, seitliche Abirrdistanz
z
Raumrichtung
1.2.4
Griechische Kleinbuchstaben
α
Abirrwinkel, Anprallwinkel, Kraftangriffswinkel
αadm
Zulässiger Wert für Erfüllungsfaktor
αeff
Erfüllungsfaktor
αmin
Minimaler Wert für Erfüllungsfaktor
µ
Statistischer Mittelwert
σ
Statistische Standardabweichung
ψh
Reduktionsfaktor zur Berücksichtigung der lichten Höhe bei Überbauten
ψr
Reduktionsfaktor zur Berücksichtigung von Fahrzeugrückhaltesystemen
ψs
Reduktionsfaktor zur Berücksichtigung der Distanz des Tragwerks vom Fahrbahnrand
ψv
Erhöhungsfaktor zur Berücksichtigung des Verkehrs
1.3
Masseinheiten
Für die Bemessung auf Anprall von Strassenfahrzeugen sind SI-Einheiten zu verwenden. Die
folgenden Einheiten werden empfohlen:
Flächenlast
kN/m2
Länge
m
Masse
kg, t (Tonne)
Kraft
kN
Streckenlast
kN/m
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2
GRUNDSÄTZE
2.1
Allgemeines
2.1.1
Übersicht Massnahmen
Die Figur 1 liefert eine Übersicht möglicher Massnahmen bei einer Gefährdung durch Fahrzeuganprall. Dabei wird generell in Massnahmen zum Schutz des Tragwerks und in Massnahmen zum
Schutz der Fahrzeuginsassen unterschieden.
Die vorliegende Richtlinie behandelt Massnahmen zum Schutz des Tragwerks und liefert dabei
primär die Grundlagen für die Bemessung auf Anprall. In diesem Zusammenhang werden jedoch
auch die Wirkungen von Leitschranken und Leitmauern behandelt.
Figur 1: Übersicht der Massnahmen gegen Fahrzeuganprall
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2.1.2
Strategien und Vorgehen bei der Projektierung von Massnahmen
Gemäss der Norm SIA 260, Grundlagen der Projektierung von Tragwerken [23], sind zur Verhinderung eines Tragwerkversagens grundsätzlich die folgenden Strategien und Massnahmen zu
prüfen:
– Das Vermeiden oder die Verminderung der Gefährdung
lässt sich durch die Tragwerkskonzeption erreichen, beispielsweise wenn Bauteile des Tragwerks in einem grossen Abstand zur Fahrbahn angeordnet werden. Mit dem Einsatz von
Schutzeinrichtungen, zum Beispiel Leitmauern oder organisatorischen Massnahmen wie
Verkehrsbeschränkungen, kann die Gefährdung ebenfalls umgangen oder vermindert werden.
– Das Vorsehen von Schutzmassnahmen
besteht im Einsatz passiver Schutzeinrichtungen wie Leitmauern oder Leitschranken.
Anpralldämpfer sind Einrichtungen für den Schutz von Fahrzeuginsassen. Zum Schutz von
Tragwerken sind sie nicht wirksam.
– Die Wahl von Tragsystemen mit geringer Anfälligkeit gegenüber der Gefährdung oder
von Systemen, die beim Ausfall eines Bauteils nicht versagen
sind konzeptuelle Massnahmen. Es ist dies unter anderem der Verzicht auf Bauelemente,
welche empfindlich auf Anprall sind (z.B. schlanke Stützen) sowie die Wahl von Tragwerkskonzepten, bei denen der Ausfall eines gefährdeten Tragelements nicht zum vollständigen
Tragwerksversagen führt.
Tragwerkskonzepte sowie Schutzmassnahmen, mit denen ein Anprall verhindert werden kann,
sind in jedem Fall zu prüfen. Kann die Anprallgefährdung nicht verhindert werden, ist das Tragwerk
auf Anprall zu bemessen oder so zu projektieren, dass durch den Ausfall des betroffenen Bauteils
die Tragsicherheit des gesamten Tragwerks nicht gefährdet wird.
Figur 2: Grundsätze zum Vorgehen bei der Projektierung
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2.1.3
Angemessenheit
Massnahmen zur Gewährleistung der Tragsicherheit bei einer Gefährdung durch Anprall sind
immer nach den Grundssätzen der Angemessenheit zu beurteilen. Neben den Aspekten der
architektonischen Gestaltung und der Einpassung in den Strassenraum sind dabei auch die
Risiken sowie die wirtschaftlichen Kriterien massgebend. Die Grundsätze der Angemessenheit
sind im Speziellen bei bestehenden Bauwerken von Bedeutung (siehe Ziffer 3.8).
2.2
Tragsicherheitsnachweis
2.2.1
Allgemeines
Die Anprallkräfte sind gemäss den im Kapitel 3 angegebenen Grenzen grundsätzlich immer in der
für das Tragwerk ungünstigsten Lage und Richtung anzunehmen.
Für die Bemessung von Bauteilen auf Anprall kann es vorteilhaft sein, die kinematische Methode
der Plastizitätstheorie anzuwenden, um die gesamte Kapazität des Bauteils respektive des
Tragwerks zu nutzen.
2.2.2
Begleiteinwirkungen
Gemäss SIA 260, Ziffer 4.4.3.6 [23], muss für die Bemessungssituation Anprall fallweise entschieden werden, ob neben der aussergewöhnlichen Leiteinwirkung Ad resp. Qd und den ständigen und
quasi-ständigen Begleiteinwirkungen noch eine veränderliche Begleiteinwirkung mit ihrem häufigen
Wert ψ1i Qki zu berücksichtigen ist.
In der Figur 3 sind drei Beispiele dargestellt, bei denen bei der Bemessungssituation Anprall eine
veränderliche Begleiteinwirkung mit ihrem häufigen Wert berücksichtigt werden muss. Im Fall von
Brückenkonsolen (Figur 3a) oder Brückenstützen (Figur 3b) sind die aus dem Strassenverkehr
resultierenden Lasten, repräsentiert durch das Lastmodell 1 gemäss der Norm SIA 261 [24], als
veränderliche Begleiteinwirkungen zu berücksichtigen. Bei Galeriestützen (Figur 3c) muss
gegebenenfalls eine Schneelast mit ihrem häufigen Wert als veränderliche Begleiteinwirkung
berücksichtigt werden.
Figur 3: Beispiele für Bemessungssituationen Anprall, bei denen veränderliche Begleiteinwirkungen mit
ihrem häufigen Wert berücksichtigt werden müssen
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2.2.3
Angrenzende Bauteile
Tragsicherheitsnachweise sind grundsätzlich nicht nur für die direkt vom Anprall betroffenen, sondern auch für die angrenzenden Bauteile zu erbringen. Dabei ist nachzuweisen, dass die durch
den Anprall hervorgerufenen Kräfte und Moment auch von diesen Bauteilen aufgenommen werden
können.
Die Figur 4a) zeigt das Beispiel einer monolithisch mit dem Brückenrand verbundenen Leitmauer.
Der Tragsicherheitsnachweis der angrenzenden Brückenkonsole muss in diesem Fall mit den
durch die Anprallkraft Qd,y im Nachweisquerschnitt erzeugten Kräften Vd und Momenten Md
erfolgen.
Beim Anprall an vergleichsweise wenig steife Bauteile aus Stahl, wie die in der Figur 4b dargestellte Leitschranke, sind für den Tragsicherheitsnachweis der Brückenkonsole die maximal von
den Stahlpfosten übertragbaren Kräfte und Momente massgebend. Die Bemessungswerte Vd und
Md dieser Einwirkungen werden ausgehend vom plastischen Biegewiderstand MR,pl der Stahlpfosten berechnet. Der Biegewiderstand bei plastischer Verformung wird mit dem plastischen
Widerstandsmoment Wpl und der in der Norm SIA 263 [26] angegebenen Zugfestigkeit fu ermittelt.
Das von einem Leitschrankenpfosten maximal auf den Brückenrand übertragbare und als Bemessungswert einzusetzende Moment Md ist gleich dem 1,4-fachen plastischen Biegewiderstand MR,pl
des Pfostens. Der Faktor 1,4 berücksichtigt dabei die Differenz zwischen dem für den Widerstand
massgebenden 5%- und dem für die Einwirkung massgebenden 95%-Fraktilwert.
Die zum einwirkenden Moment Md korrespondierende Querkraft Vd berechnet sich mit der für die
Deformation des Stahlpfostens massgebenden Höhe hQ. Dabei kann angenommen werden, dass
die Anprallkraft auf der Höhe des Plankenprofils bzw. in der Mitte bei Leitschranken mit mehreren
Profilen wirkt.
Figur 4: Für den Tragsicherheitsnachweis von angrenzenden Bauteilen massgebende Bemessungswerte
der einwirkenden Momente Md und Kräfte Vd
Die Dübelbefestigungen oder die eingelegten Befestigungen von Leitschrankenpfosten sind in der
Regel so bemessen, dass sie beim Umbiegen des Pfostens nicht versagen. Die maximale bei
einem Anprall mögliche Einwirkung auf den Konsolkopf ist somit nur vom plastischen Biegewiderstand der Pfosten, jedoch nicht vom Tragwiderstand der Pfostenbefestigung abhängig.
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Ist bei bestehenden Bauwerken der Tragsicherheitsnachweis mit der üblichen Annahme der
Ausbreitung der Kräfte bis zum Nachweisschnitt unter 45° nicht möglich, kann der Nachweis auch
mit anderen Modellen, beispielsweise auf der kinematischen Methode der Plastizitätstheorie
basierend, erbracht werden. Bei einem Brückenrand mit einer Leitmauer, wie er in der Figur 4a
dargestellt ist, kann die Leitmauer als Torsion übertragendes Element, oder wie in der Figur 5
dargestellt, als Platte, Schale oder Membrane betrachtet werden.
Figur 5: Für den Tragsicherheitsnachweis eines Brückenrandes mit einer Leitmauer verwendetes
Widerstandsmodell "Platte, Schale oder Membran"
2.3
Fahrzeugrückhaltesysteme
2.3.1
Leitschranken
Leitschranken sind primär auf den Schutz von Fahrzeuginsassen ausgerichtete Systeme. Je nach
Konstruktion vermögen sie aber auch von der Strasse abgekommene Schwere Lastfahrzeuge
ganz oder teilweise zurückzuhalten bzw. umzulenken. Leitschranken sind deshalb auch Einrichtungen zum Schutz von Tragwerken. Dabei ist ihre Wirksamkeit von der Rückhaltewirkung des
Systems sowie von der Distanz der Leitschranke zum Tragwerk abhängig. Beim Einsatz von Leitschranken kann die Anprallkraft gemäss Ziffer 3.7.3 dieser Richtlinie reduziert werden.
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2.3.2
Leitmauern
Leitmauern aus Beton sind Fahrzeugrückhaltesysteme, welche allgemein eine hohe Rückhaltewirkung aufweisen. In den meisten Fällen vermögen sie Schwere Lastfahrzeuge (SLF) aufzuhalten. Der Anprall von Personenwagen an Betonleitmauern ist generell heftig, allgemein jedoch
akzeptabel.
Der Einsatz als Einrichtung zum Schutz des Tragwerks ist in den meisten Fällen günstig. In Bezug
auf den Schutz von Fahrzeuginsassen ungünstig ist jedoch der Einsatz kurzer Leitmauern als
Objektschutz in Strassenabschnitten mit Leitschranken.
Betonleitmauern, welche Elemente des Tragwerks darstellen oder mit dem Tragwerk verbunden
sind, müssen auf Anprall bemessen werden. Beispiele sind in der Figur 6 dargestellt. Die massgebenden Anprallkräfte sind im Kapital 3 angegeben.
Als passive Schutzeinrichtungen eingesetzte Leitmauern aus vorfabrizierten Betonelementen sind
nach der Norm SN EN 1317-2 [9] geprüfte Rückhaltesysteme. Werden solche Systeme nicht mit
dem Tragwerk verbunden und gemäss den in Figur 6 dargestellten Beispielen eingesetzt, müssen
sie grundsätzlich nicht auf Anprall bemessen werden.
Figur 6: Beispiele für den Einsatz von Leitmauern als Tragwerkselement und als Fahrzeugrückhaltesystem
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2.3.3
Anpralldämpfer
Für gefährdete Bauteile, beispielsweise einzelne Stützen, können spezielle Schutzeinrichtungen
vorgesehen werden. Anpralldämpfer sind für solche Zwecke jedoch grundsätzlich nicht geeignet,
da es sich dabei üblicherweise um passive Schutzeinrichtungen handelt, welche auf den Schutz
der Insassen von Personenwagen ausgerichtet sind. Solche Anpralldämpfer sind im Fall des
Anpralls eines Schweren Lastfahrzeugs wirkungslos.
Werden speziell auf den Anprall Schwerer Lastfahrzeuge ausgelegte Anpralldämpfer als Einrichtungen zum Schutz des Tragwerks vorgesehen, ist ihre Funktion und Wirksamkeit nachzuweisen.
Dabei sind die Grundsätze der Angemessenheit zu beachten. Speziell zu berücksichtigen ist zudem die mit dem Einsatz einer solchen Schutzeinrichtung verbundene erhöhte Gefährdung für die
Insassen von Personenwagen.
2.4
Organisatorische Massnahmen
Organisatorische Massnahmen, welche die Wahrscheinlichkeit und/oder die Auswirkungen eines
Anpralls vermindern, sind zu prüfen. Beispiele für solche Massnahmen sind verkehrstechnische
Beschränkungen wie Gewichts- oder Geschwindigkeitsbeschränkungen.
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3
EINWIRKUNGEN
3.1
Ausgangslage
Die für die Bemessung von Tragwerken auf Fahrzeuganprall festgelegten Anprallkräfte wurden mit
Hilfe von probabilistischen Berechnungen bestimmt. Die so berechneten Bemessungswerte sind
unter anderem von der Distanz des zu bemessenden Tragwerkelements vom Fahrbahnrand und
von der Verkehrsmenge abhängig. Die Bemessung von Tragwerken mit diesen Anprallkräften ist
risikoorientiert und ergibt ein ausgewogenes Sicherheitsniveau.
3.2
Übersicht Anprallarten
Der Anprall eines Schweren Lastfahrzeugs kann auf verschiedene Arten ablaufen. Abhängig vom
Tragwerk (Stütze, Wand, Überbau) und vom anprallenden Fahrzeugbereich (Fahrzeugchassis,
Fahrzeugaufbau oder Ladung) werden die folgenden in der Figur 7 dargestellten Anprallarten
unterschieden.
Figur 7: Übersicht Anprallarten
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Ausgabe 2005
3.3
Ausgangswerte der Anprallkraft
In der folgenden Tabelle sind die Ausgangswerte Qo für die Bestimmung der Bemessungswerte
der Anprallkräfte Qd für Autobahnen und Autostrassen sowie für Ausserortsstrassen mit einer
Verkehrsgeschwindigkeit v = 80 km/h für den frontalen Anprall an Stützen und für den seitlichen
Anprall an Wände angegeben. Die Bemessungswerte der Anprallkräfte können ausgehend von
diesen Werten mit den Gleichungen (1) und (4) bestimmt werden.
Frontaler Anprall
an Stützen
Seitlicher Anprall
an Wände und Leitmauern
Qo,α [kN]
Qo,y [kN]
Autobahnen/Autostrassen
1’500 1)
600 1)
Strassen mit v = 80 km/h
1’000
400
1)
Ausgangswerte Qo entsprechen den Bemessungswerten Qd gemäss Norm SIA 261 [24]
Tabelle 1: Ausgangswerte zur Bestimmung der Bemessungswerte der Anprallkraft bei Autobahnen und
Autostrassen sowie Ausserortsstrassen mit v = 80 km/h
3.4
3.4.1
Übersicht und Bezeichnungen
Der Anprall eines Schweren Lastfahrzeugs an ein Tragwerkselement kann ein frontaler Anprall an
eine Stütze oder ein seitlicher Anprall an eine Wand sein.
– Der frontale Anprall an Stützen erfolgt unter einem Winkel α ausgehend von der normalen
Fahrtrichtung bzw. der Strassenachse (x-Richtung). Die Anprallkraft wird mit Qα bezeichnet
(Figur 8a).
– Beim seitlichen Anprall an Wände ist die in y-Richtung senkrecht zur Strassenachse wirkende
Anprallkraft massgebend. Sie wird mit Qy bezeichnet (Figur 8b). In x-Richtung auf das Tragwerk
wirkende Kräfte entstehen hauptsächlich auf Grund von Reibungskräften zwischen Fahrzeug
und Wand. Sie sind vergleichsweise klein und müssen nicht berücksichtigt werden.
Figur 8: Übersicht Anprall von Fahrzeugen (Fahrzeugchassis)
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3.4.2
Bemessungswert der Anprallkraft
Einwirkungen in Folge von Fahrzeuganprall sind als aussergewöhnliche Einwirkungen zu behandeln. Die nachfolgend angegebenen Anprallkräfte sind deshalb als Bemessungswerte zu
berücksichtigen.
– Autobahnen, Autostrassen und Ausserortsstrassen
Bei Autobahnen und Autostrassen sowie bei Ausserortsstrassen mit einer Verkehrsgeschwindigkeit v = 80 km/h wird der Bemessungswert der Anprallkraft Qd aus den
Ausgangswerten gemäss Tabelle 1 mittels Reduktions- und Erhöhungsfaktoren wie folgt
bestimmt:
Qd = Qo · ψs · ψv · ψr
(1)
Qo :
Ausgangswert zur Bestimmung des Bemessungswerts der
Anprallkraft [kN], Tabelle 1
ψs :
Reduktionsfaktor zur Berücksichtigung der Distanz des Tragwerks
vom Fahrbahnrand, Ziffer 3.7.1
ψv :
Erhöhungsfaktor zur Berücksichtigung des Verkehrs,
Ziffer 3.7.2
ψr
:
Reduktionsfaktor zur Berücksichtigung von Fahrzeugrückhaltesystemen, Ziffer 3.7.3
– Innerortsstrassen
Bei Innerortsstrassen mit einer Verkehrsgeschwindigkeit von 50 bzw. 60 km/h ist der Fahrzeuganprall durch die folgenden Bemessungswerte Qd zu berücksichtigen, falls sich das Tragwerk
näher als 3 m vom Fahrbahnrand entfernt befindet (s ≤ 3,0 m):
·
Frontaler Anprall an Stützen
Qd,α =
500 kN
(2)
·
Seitlicher Anprall an Wände
Qd,y =
200 kN
(3)
Diese Bemessungswerte sind als Richtwerte zu verstehen. Die lokalen Gegebenheiten, wie die
Exposition des Tragwerks, Böschungen, Kurven und allfällige Fahrzeugrückhaltesysteme sowie
die Verkehrsdichte, der Schwerverkehrsanteil und das Unfallgeschehen können wie folgt
berücksichtigt werden:
·
Ist keine Gefährdung des Tragwerks durch Fahrzeuganprall vorhanden, muss dieser nicht
·
Bei einer geringen Gefährdung des Tragwerks, kann der Bemessungswert um maximal 50%
reduziert werden.
·
Wird die Gefährdung des Tragwerks auf Grund der lokalen Situation als gross beurteilt, ist
eine Erhöhung des angegebenen Bemessungswerts bis maximal 50% zu prüfen.
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Ausgabe 2005
3.5
Anprall von Fahrzeugaufbauten und Ladungen
3.5.1
Übersicht und Bezeichnung
Ein Anprall des Fahrzeugaufbaus oder der Ladung an ein Tragwerkselement kann frontal an eine
Stütze, seitliche an eine Wand oder frontal an einen Überbau auftreten. Die Krafteinwirkung findet
dabei in grösserer Höhe statt, als beim Anprall des Fahrzeugchassis. Die Anprallkraft wird deshalb
mit Qh bezeichnet.
– Der frontale Anprall an Stützen erfolgt unter einem Winkel α ausgehend von der normalen
Fahrtrichtung bzw. der Strassenachse (x-Richtung). Die Anprallkraft wird mit Qh,α bezeichnet
(Figur 9a).
– Beim seitlichen Anprall an Wände ist die in y-Richtung senkrecht zur Strassenachse wirkende
Anprallkraft massgebend. Sie wird mit Qh,y bezeichnet (Figur 9b). In x-Richtung auf das Tragwerk wirkende Kräfte entstehen hauptsächlich auf Grund von Reibungskräften zwischen
Fahrzeugaufbau und Wand. Sie sind vergleichsweise klein und müssen nicht berücksichtigt
werden.
– Der frontale Anprall an Überbauten erfolgt in der Fahrtrichtung bzw. der Richtung der
Strassenachse (x-Richtung). Die Anprallkraft wird mit Qh,x bezeichnet (Figur 9c).
Figur 9: Übersicht Anprall von Fahrzeugaufbauten und Ladungen
Ausgabe 2005
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3.5.2
Anprall an Stützen und Wände
Die für den Fall des Anpralls von Fahrzeugaufbauten und Ladungen an Stützen oder Wände
festgelegten Anprallkräfte betragen generell einen Drittel der statischen Ersatzlasten, welche für
den Anprall von Fahrzeugen (Fahrzeugchassis) festgelegt sind.
Bei Autobahnen und Autostrassen sowie bei Ausserortsstrassen mit einer Verkehrsgeschwindigkeit v = 80 km/h wird der Bemessungswert der Anprallkraft Qhd aus den Ausgangswerten
gemäss Tabelle 1 mittels Reduktions- und Erhöhungsfaktoren wie folgt bestimmt:
Qhd =
Qo
⋅ ψs ⋅ ψ v ⋅ ψr
3
(4)
Qo
:
ψs
:
Reduktionsfaktor zur Berücksichtigung der Distanz des Tragwerks
vom Fahrbahnrand, Ziffer 3.7.1
ψv
:
Erhöhungsfaktor zur Berücksichtigung des Verkehrs,
Ziffer 3.7.2
ψr
:
Reduktionsfaktor zur Berücksichtigung von Fahrzeugrückhaltesystemen, Ziffer 3.7.3
€
Bei Innerortsstrassen mit einer Verkehrsgeschwindigkeit von 50 bzw. 60 km/h ist der Anprall
von Fahrzeugaufbauten und Ladungen durch die folgenden Bemessungswerte Qdh zu
berücksichtigen, falls sich das Tragwerk näher als 3 m vom Fahrbahnrand entfernt befindet
(s ≤ 3,0 m):
·
Frontaler Anprall an Stützen
Qhd,α = 150 kN
(5)
·
Seitlicher Anprall an Wände
Qhd,y =
(6)
60 kN
Diese Bemessungswerte sind als Richtwerte zu verstehen. Die lokalen Gegebenheiten, wie die
Exposition des Tragwerks, Böschungen, Kurven und allfällige Fahrzeugrückhaltesysteme sowie
die Verkehrsdichte, der Schwerverkehrsanteil und das Unfallgeschehen können wie folgt
berücksichtigt werden:
·
Ist keine Gefährdung des Tragwerks durch Fahrzeuganprall vorhanden, muss dieser nicht
·
Bei einer geringen Gefährdung des Tragwerks, kann der Bemessungswert um maximal 50%
reduziert werden.
·
Wird die Gefährdung des Tragwerks auf Grund der lokalen Situation als gross beurteilt, ist
eine Erhöhung des angegebenen Bemessungswerts bis maximal 50% zu prüfen.
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Ausgabe 2005
3.5.3
Bei Brückenüberbauten und insbesondere bei Längsträgern von Brücken sowie bei Tunnelportalen
muss, für den Fall, dass die Ladung eines Schweren Lastfahrzeugen zu hoch oder ein Fahrzeugaufbau (z.B. Kipper, Kran) nicht in ordnungsgemässer Position ist (vgl. Anhang E) die Einwirkung
einer Anprallkraft berücksichtigt werden.
Bei Autobahnen und Autostrassen sowie bei Ausserortsstrassen mit einer Verkehrsgeschwindigkeit v = 80 km/h wird der Bemessungswert Qhd,x für den frontalen Anprall von Fahrzeugaufbauten und Ladungen an Überbauten aus dem Ausgangswert Qo,α gemäss Tabelle 1 wie folgt
bestimmt:
Qhd,x =
Qo,α
2
Qo,α :
€
ψh
:
(7)
⋅ ψh
Reduktionsfaktor zur Berücksichtigung der lichten Höhe über der
Fahrbahn, Ziffer 3.7.4
Bei Innerortsstrassen mit einer Verkehrsgeschwindigkeit von 50 bzw. 60 km/h ist der frontale
Anprall von Fahrzeugaufbauten und Ladungen an Überbauten durch den Bemessungswert
Qhd,x zu berücksichtigen, falls die lichte Höhe über der Fahrbahn weniger als 5 m beträgt
(hL ≤ 5,0 m):
·
Frontaler Anprall an Überbau
Qhd,x = 250 kN
(8)
Dieser Bemessungswert ist als Richtwerte zu verstehen. Er kann auf der Basis einer Risikoabschätzung, welche die lokalen Gegebenheiten, die Exposition des Tragwerks, die Verkehrsdichte, den Schwerverkehrsanteil usw. berücksichtigt, reduziert werden. Ist der frontale Anprall
von Fahrzeugaufbauten und Ladungen an Überbauten überhaupt nicht relevant, muss diese
Einwirkung nicht berücksichtigt werden.
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3.6
Lage, Richtung, Höhe und Fläche der Krafteinwirkung
Für den frontalen Anprall an Stützen und den seitlichen Anprall an Wände ist die Anprallkraft horizontal auf einer rechteckigen Fläche von 0,40 m auf 1,50 m (bzw. Bauteilbreite, falls kleiner) wirkend anzunehmen. Diese Krafteinwirkung ist sowohl für den Anprall von Fahrzeugen (Fahrzeugchassis) sowie für den Anprall von Fahrzeugaufbauten und Ladungen anzunehmen.
– Beim frontalen Anprall an Stützen ist die Anprallkraft unter einem Winkel α zwischen 0 und
30°, ausgehend von der Strassenachse (x-Richtung), anzunehmen (Figur 10a). Massgebend ist
der für die Bemessung ungünstigste Anprallwinkel α.
– Beim seitlichen Anprall an Wände ist die Anprallkraft in y-Richtung wirkend anzunehmen
(Figur 10b).
Figur 10: Richtung der Krafteinwirkung
– Die horizontal auf eine Fläche von 0,40 m auf 1,50 m wirkende Anprallkraft ist auf der Höhe hQ
bzw. hQh anzunehmen. Die Höhe wird von der Fahrbahn (Figur 11a) bzw. dem Terrain im Fall
einer Böschung (Figuren 11b und 11c) bis zur Mitte der Kraftangriffsfläche gemessen. Massgebend ist jeweils die für die Bemessung ungünstigste Höhe.
·
hQ = 0,75 - 1,50 m
·
Anprall von Fahrzeugaufbauten und Ladungen hQh = 1,50 - 4,00 m
Figur 11: Höhe der Krafteinwirkung
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Ausgabe 2005
Für den Fall des frontalen Anpralls von Ladungen und Fahrzeugaufbauten an Überbauten ist
die Anprallkraft horizontal in Fahrtrichtung (x-Richtung) auf einer rechteckigen Fläche von 0,40 m
auf 1,50 m bzw. der Bauteilhöhe gleichmässig verteilt anzunehmen. In der Figur 12 sind Beispiele
für den Kraftangriff bei verschiedenen Längsträgern von Brückenüberbauten dargestellt. Bei sehr
schmalen Bauteilen, beispielsweise bei Flanschen von Stahlträgern, wirkt die Anprallkraft als
Linienlast. Der Kraftangriff erfolgt immer unten am exponierten Bauteil.
Figur 12: Beispiele für die Grösse der Kraftangriffsfläche bei einem Anprall an unterschiedliche Längsträger
Bezüglich der Lage der Anprallkraft in y-Richtung ist die für die Bemessung des Überbaus ungünstigste Position des Kraftangriffs über den Fahr- und Standstreifen massgebend (Figur 13).
Figur 13: Lage der Krafteinwirkung beim Anprall an Überbauten
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3.7
Reduktions- und Erhöhungsfaktoren
3.7.1
Einfluss der Distanz des Tragwerks vom Fahrbahnrand
Der Reduktionsfaktor ψs zur Berücksichtigung der Distanz des Tragwerks vom Fahrbahnrand wird
gemäss Figur 14 bestimmt. Massgebend ist dabei der Abstand so bei ebenem Gelände neben der
Fahrbahn. Für Tragwerke mit einem Abstand so > 10 m muss die Gefährdung durch Fahrzeuganprall nicht berücksichtigt werden (ψs = 0).
Figur 14: Reduktionsfaktor ψs zur Berücksichtigung der Distanz des Tragwerks vom Fahrbahnrand
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Ausgabe 2005
Im Fall von neben der Fahrbahn ansteigenden oder abfallenden Böschungen wird die zur Ermittlung des Reduktionsfaktors ψs massgebende Distanz so mit Hilfe des folgenden Diagramms
(Figur 15) aus der Distanz s und der Böschungsneigung bestimmt.
Figur 15: Diagramm zur Bestimmung der für ebenes Gelände massgebenden Distanz so aus der Distanz
und der Böschungsneigung
Ablesebeispiel:
Das Tragwerk befindet sich bei einer mit 1:2 abfallenden Böschung in
s = 7,0 m Distanz zum Fahrbahnrand.
⇒ Die für die Bestimmung des Reduktionsfaktors ψs mittels Figur 14
massgebende Distanz beträgt so = 4,5 m
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3.7.2
Einfluss des Verkehrs
Der Erhöhungsfaktor zur Berücksichtigung des Verkehrs, ψv, wird gemäss Figur 16 bestimmt. Er
ist abhängig vom durchschnittlichen täglichen Verkehr, DTV und vom Anteil Schwerverkehr, ASV
am Gesamtverkehr. Bei einem mittleren ASV beträgt der Anteil der Schweren Lastfahrzeuge am
Gesamtverkehr 6% [5]. Das Diagramm, Figur 16, zeigt den Bereich zwischen einem kleinen
Schwerverkehrsanteil (ASV = 3%) und einem grossen Anteil Schwerverkehr (ASV = 9%).
Figur 16: Erhöhungsfaktor ψv zur Berücksichtigung des Verkehrs
3.7.3
Einfluss von Fahrzeugrückhaltesystemen
Durch Fahrzeugrückhaltesysteme am Fahrbahnrand werden von der Strasse abirrende Schwere
Lastfahrzeuge ganz oder teilweise zurückgehalten bzw. umgelenkt. Bei hinter einem Fahrzeugrückhaltesystem liegenden Tragwerken kann die Anprallkraft reduziert werden. Die Höhe der
Reduktion ist dabei von der Rückhaltewirkung des Systems abhängig.
Gemäss den geltenden Normen ausgeführte Betonleitmauern sind starre Fahrzeugrückhaltesysteme, welche auch beim Anprall Schwerer Lastfahrzeuge generell wenig deformiert und kaum
durchbrochen werden. Bei Tragwerken, welche durch Betonleitmauern geschützt sind, muss der
Fahrzeuganprall (Fahrzeugchassis) deshalb nicht berücksichtigt werden (ψr = 0). Zu berücksichtigen ist jedoch der Anprall von Fahrzeugaufbauten und Ladungen, falls sich das Tragwerk zwei
Meter oder näher (s ≤ 2 m) hinter der Leitmauer befindet.
Fahrzeugrückhaltesysteme aus Stahl sind im Allgemeinen Leitschrankensysteme. Sie sind in der
Norm EN 1317-2 [9] durch eine Aufhaltestufe charakterisiert. Abhängig von der Distanz sr
zwischen der Leitschranke und dem Tragwerk sowie der Aufhaltestufe des Systems kann der
Reduktionsfaktor ψr mit Hilfe des folgenden Diagramms, Figur 17, ermittelt werden.
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Ausgabe 2005
Figur 17: Reduktionsfaktor ψr zur Berücksichtigung von Fahrzeugrückhaltesystemen
Eine Übersicht über Fahrzeugrückhaltesysteme und ihre Aufhaltestufen findet sich im Anhang F.
Die Systeme lassen sich jedoch im Allgemeinen wie folgt charakterisieren:
– Leitschranken, welche die Anforderungen der Aufhaltestufe N2 erfüllen, sind üblicherweise
Systeme mit einem Plankenprofil (z.B. ein Kastenprofil 150/180 mm oder ein Plankenprofil A).
Solche Systeme werden beispielsweise an Fahrbahnrändern eingesetzt.
– Leitschranken, welche die Anforderungen der Aufhaltestufe H1 erfüllen, sind üblicherweise
Systeme mit zwei Plankenprofilen (z.B. zwei Kastenprofile 150/180 mm). Solche Systeme
werden beispielsweise an Brückenrändern eingesetzt.
– Leitschranken, welche die Anforderungen der Aufhaltestufe H2 erfüllen, sind Rückhaltesysteme, die beispielsweise zum Objektschutz eingesetzt werden (z.B. Systeme mit zwei oder
drei Kastenprofilen 150/180 mm, mit steifen Pfosten und/oder kleinen Pfostenabständen).
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€
€
3.7.4
Einfluss der lichten Höhe
Der Reduktionsfaktor ψh zur Berücksichtigung der lichten Höhe bei Überbauten wird gemäss
Figur 18 bestimmt. Massgebend ist dabei die vorhandene lichte Höhe hL über der Fahrbahn. Für
Tragwerke in Höhen von hL ≥ 6 m ist der Anprall von Fahrzeugaufbauten und Ladungen nicht
relevant und muss nicht berücksichtigt werden (ψh = 0).
Figur 18: Reduktionsfaktor ψh zur Berücksichtigung der lichten Höhe bei Überbauten
3.8
Bestehende Bauwerke
3.8.1
Rechnerische Beurteilung
Die rechnerische Beurteilung des Tragwiderstands von bestehenden Bauwerken bezüglich Fahrzeuganprall erfolgt gemäss dem im Merkblatt SIA 2018 [27] angewandten, unter Ziffer 9.1 beschriebenen Konzept mit sogenannten Erfüllungsfaktoren. Als numerische Aussage, in welchem
Mass ein bestehendes Tragwerk die rechnerischen Anforderungen an Neubauten gemäss
geltender Norm erfüllt wird dabei der Erfüllungsfaktor αeff bestimmt. Er ist allgemein definiert als
Quotient aus dem normgemässen Widerstand Rd und der normgemässen Auswirkung Ed.
αeff =
Rd
Ed
(9)
Der Erfüllungsfaktor αeff kann auch direkt aus dem Vergleich der Anprallkraft QR, für welche der
rechnerische Tragsicherheitsnachweis genau erfüllt ist (Grenzzustand der Tragsicherheit) und dem
Bemessungswert der Anprallkraft Qd bzw. Qdh gemäss dieser Richtlinie, bestimmt werden.
αeff =
QR
Qd
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(10)
Ausgabe 2005
Für die Beurteilung des vorhandenen Widerstandes gegenüber Fahrzeuganprall wird der gemäss
Gleichung (9) bzw. (10) ermittelte Erfüllungsfaktor αeff mit den Grenzwerten αadm und αmin gemäss
Tabelle 2 verglichen. Die Grenzwerte sind von der Bauwerksklasse (BWK) gemäss Tabelle 3
abhängig.
Ist der Erfüllungsfaktor grösser als der zulässige Wert αadm, müssen keine Massnahmen ergriffen
werden. Ist er kleiner als der minimale Wert αmin, sind Massnahmen erforderlich. Bei Erfüllungsfaktoren zwischen diesen Grenzwerten sind Massnahmen (Ziffer 3.8.2) auf Grund des Anprallrisikos (Ziffer 3.8.3) und der Angemessenheit der Massnahmen (Ziffer 3.8.4) zu prüfen.
αeff ≥ αadm
Keine Massnahmen notwendig
αmin ≤ αeff < αadm
Massnahmen auf Grund des Risikos und ihrer
Angemessenheit prüfen
αeff < αmin
Massnahmen erforderlich
Grenzwerte
Bauwerksklasse I und II
Bauwerksklasse III
Zulässiger Wert, αadm
0,80
0,90
Minimaler Wert, αmin
0,40
0,70
Tabelle 2: Grenzwerte αadm und αmin
3.8.2
Massnahmen
Die Ziffer 2.1.1 dieser Richtlinie liefert eine Übersicht über Massnahmen zum Schutz des Tragwerks in Bezug auf Fahrzeuganprall. Weiter sind unter Ziffer 2.1.2 mögliche Strategien zur
Berücksichtigung des Anpralls angegeben. Bei bestehenden Bauwerken können bauliche
Massnahmen zur Verstärkung oder Fahrzeugrückhaltesysteme zum Schutz des Tragwerks
vorgesehen werden. Das Risiko eines Anpralls kann auch durch organisatorische Massnahmen
reduziert werden.
3.8.3
Anprallrisiko
Das Anprallrisiko ist von der jeweiligen lokalen Situation abhängig. Faktoren welche das Risiko
ungünstig beeinflussen sind unter anderem
– Unfallschwerpunkte,
– Strassenverlauf, welcher ein Abirren von Fahrzeugen begünstigt
(z.B. unstetige Linienführung, enge Kurven),
– in Bezug auf Fahrzeuganprall ungünstige Anordnungen des Tragwerks
(z.B. Lage nahe bei Ausfahrten von Autobahnen und Autostrassen).
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3.8.4
Angemessenheit von Massnahmen
Die Beurteilung der Angemessenheit von Sicherheitsmassnahmen basiert grundsätzlich auf einem
Vergleich der Kosten für die Massnahmen (Sicherheitskosten) und der mit der Massnahme erzielbaren Risikoreduktion. Eine Sicherheitsmassnahme ist dann angemessen, wenn die Sicherheitskosten SK die Risikoreduktion ΔR nicht übersteigt:
SK ≤ ΔR
Angemessene Massnahme
SK > ΔR
Massnahme nicht angemessen
Die Sicherheitskosten und die Risikoreduktion sind dabei als jährliche Kosten in Franken pro Jahr
einzusetzen. Verursacht die Massnahme einmalige Investitionskosten, beispielsweise bei einer
Verstärkung des Tragwerks, so berechnen sich die Sicherheitskosten SK aus den Investitionskosten und dem Faktor für Abschreibung und Verzinsung (Diskontierungsfaktor) wie folgt:
SK = IK . DF
IK
DF
:
:
[Franken/Jahr]
(11)
Investitionskosten für Massnahme [Franken]
Diskontierungsfaktor [1/Jahr]
Die massgebende Abschreibungsdauer und der Zinssatz lassen sich in vielen Fällen nur grob
abschätzen. Wenn keine gesicherten Informationen vorliegen, wird deshalb empfohlen, den
Diskontierungsfaktor entsprechend einer Dauer von 25 bis 30 Jahren und einem Jahreszins von
4%, wie folgt anzunehmen:
DF = 0,06 [1/Jahr]
Die Risikoreduktion ΔR berechnet sich aus dem bei einem Versagen des Tragwerks infolge Anprall
resultierenden Schaden und der mit der Massnahmen verbundenen Reduktion der Versagenswahrscheinlichkeit wie folgt:
ΔR = S . Δpf
S
Δpf
:
:
[Franken/Jahr]
(12)
Schaden [Franken]
Reduktion der Versagenswahrscheinlichkeit [1/Jahr]
Die Bestimmung der mit einer Massnahme erzielbaren Reduktion der Versagenswahrscheinlichkeit
Δpf ist nur mit sehr aufwändigen probabilistischen Berechnungen möglich. Auf Grund der Versagenswahrscheinlichkeit, die den normgemässen Anprallkräften dieser Richtlinie zu Grund liegt,
kann jedoch die Reduktion der Versagenswahrscheinlichkeit wie folgt angenommen werden:
Δpf = 0,001 [1/Jahr]
Diese grobe Abschätzung ist höchstens um eine Zehnerpotenz falsch. Dies ist angesichts der
grossen Bandbreite der Investitions- und Schadenkosten sowie der oftmals weit auseinander
liegenden Sicherheitskosten und Risikoreduktionen ausreichend für eine Beurteilung der Angemessenheit einer Massnahme.
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3.8.5
Bauwerksklassen
Die Bauwerke werden analog zu der in der Norm SIA 261 [24] unter Ziffer 16.3 vorgenommen
Zuordnung in drei Bauwerksklassen (BWK) gemäss der folgenden Tabelle 3 eingeteilt. Die
Einteilung erfolgt auf Grund der Bedeutung der Strasse, der Dauer des Unterbruchs der Strassenverbindung bei einem Tragwerksversagen, der mit einem Versagen des Tragwerks verbundenen
Gefährdung von Personen sowie dem daraus entstehenden Schaden am Bauwerk.
BWK
I
Merkmale
Beispiele
– Verkehrsweg von untergeordneter Bedeutung
– Zur Erschliessung nicht zwingend notwendige
Haupt- und Nebenstrassen
– Einige Tage dauernder Unterbruch der
Strassenverbindung
– Brücken von untergeordneter Bedeutung
– Keine oder nur geringe Gefährdung von
Personen
– Stützmauern, sofern ein Versagen nicht eine
wichtige Strasse gefährdet,
– Moderater Bauwerksschaden
– kleinere und mittlere Galerien
– Lärmschutzwände
II
– Bedeutender Verkehrsweg
– Gefährdung von Personen,
– Grosser Schaden am Bauwerk
– Hauptstrassen, Autostrassen und Autobahnen
mit üblicher verkehrstechnischer Bedeutung
– Brücken, Tunnels, Galerien, grosse Stützmauern, grosse Lärmschutzbauwerke
– Wochen bis Monate dauernder Unterbruch
des Verkehrswegs
III
– Verkehrsweg von zentraler Bedeutung
– Grosse Gefährdung zahlreicher Personen
– Ausserordentlich grosser Schaden am
Bauwerk
– Mehrere Monate bis Jahre dauernder
Unterbruch der Strassenverbindung
– Einziger Verkehrsweg für die Erschliessung
eines Gebiets
– Einzige Strassenverbindung für die
Erschliessung einer grossen Region
– Bedeutende Transitverbindung
– Brückenbauwerk mit grosser Spannweite
und/oder sehr grosser Höhe
Tabelle 3: Bauwerksklassen für Kunstbauten von Strassen
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ANHANG A GRUNDLAGEN DER STOSSBELASTUNG
Der Anprall von Strassenfahrzeugen an Stahlbetonteile hat eine stossartige Beanspruchung des
getroffenen Bauteils zur Folge. Im Gegensatz zu Explosions- und Sprungbelastungen handelt es
sich dabei um eine eigentliche Stossbelastung. Bei Stossbelastungen werden sogenannte harte
und weiche Stösse unterschieden.
Beim harten Stoss trifft ein sehr steifer meistens vergleichsweise kleiner Körper mit grosser
Geschwindigkeit auf das Stahlbetonteil, dringt in dieses ein (Penetration) und durchdringt es
(Perforation). Der stossende Körper wird dabei praktisch nicht verformt. Die Stosszeit ist sehr kurz
und der Stossvorgang ist äusserst komplex. Er kann analytisch nicht exakt erfasst werden. Die
Beanspruchung des getroffenen Tragelements ist durch Materialverdrängung im Allgemeinen und
durch Betonabplatzungen an der Bauteilvorder- und -rückseite ("Spalling" und "Scabbing")
gekennzeichnet. Diese Versagensarten treten bei einer statischen Belastung nicht auf.
Der weiche Stoss ist dadurch gekennzeichnet, dass der grösste Teil der kinetischen Energie des
aufprallenden Körpers durch plastische Verformung aufgenommen wird. Beim weichen Stoss
prallen wenig steife, deformierbare Körper auf vergleichsweise steife Bauteile. In Bezug auf die
Versagens- und Bruchmechanismen unterscheiden sich weiche Stösse nicht wesentlich von einer
statischen Belastung. Die Stossbeanspruchung führt beim getroffenen Bauteil zu einem
Durchstanzen (Schubversagen) oder zur Bildung von Fliessgelenken (Biegeversagen). Die
Einwirkungen des weichen Stosses können durch statische Ersatzlasten beschrieben werden.
Der Fahrzeuganprall an ein Tragelement kann üblicherweise als weicher Stoss betrachtet werden,
da beim Anprall auf das Bauteile aus Stahlbeton der grösste Teil der kinetischen Energie des
Fahrzeugs durch die plastische Verformung des Fahrzeugs aufgenommen wird. In selteneren
Fällen können steife Ladungen, beispielsweise Stahlträger oder steife Lastwagenaufbauten wie
Krane, bei einem Anprall auch harte Stösse verursachen.
Massnahmen um Tragwerke gegenüber Fahrzeuganprall zu schützen sind unter anderem der
Einsatz von Schutzeinrichtungen [22] [24]. Die Anordnung von Schutzeinrichtungen kann bei
harten und bei weichen Stössen zweckmässig sein. Bestehen keine Möglichkeiten zur Verringerung der Wahrscheinlichkeit eines Anpralls, ist der Widerstand des Tragelements auf die
Anpralleinwirkung auszulegen. In Bezug auf den harten Stoss ist der Einsatz von Schutzschichten
aus Beton oder Stahl zum Schutz des Bauteils gegen Penetration zweckmässig. Die Massnahme
bei weichen Stössen ist die adäquate Bemessung des Tragwerks bezüglich der einwirkenden
Stosskraft.
Die nachfolgend als massgebende Einwirkungen für die Bemessung von Tragwerken angegebenen Anprallkräfte beziehen sich auf die von Schweren Lastfahrzeugen erzeugten weichen
Stösse.
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Figur 19: Übersicht Stossbelastungen
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Ausgabe 2005
ANHANG B GRUNDLAGEN DER PROBABILISTISCHEN
BERECHNUNG DER ANPRALLKRAFT
Modell der probabilistischen Berechnung
Die Höhe der Anprallkraft bei einem Anprall eines Strassenfahrzeugs an ein Tragwerksteil neben
der Strasse, wird hauptsächlich durch die folgenden Parameter bestimmt:
– Fahrzeugmasse, m
– Abirrgeschwindigkeit, v
– Abirrwinkel, α
– Fahrzeugverzögerung, a
– Fahrzeugsteifigkeit, k
Im Fall einer probabilistischen Berechnung der Anprallkraft werden die Variablen nicht als feste
(deterministische) Grössen, sondern als durch ihre Verteilungsfunktion definierte Bemessungsvariablen eingeführt. Die Resultate sind Anprallkräfte, die mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit
auftreten. Das einer solchen probabilistischen Berechnung zu Grunde liegende Modell ist in der
Figur 20 synoptisch dargestellt.
Figur 20: Modell der probabilistischen Berechnung der Anprallkraft
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Probabilistische Berechnung gemäss ENV 1991
Im Anhang A der Norm ENV 1991-2-7:1998 (Eurocode 1) [10] sind die für eine probabilistische
Berechnung der Anprallkraft notwendigen Variablen definiert. Für die Abirrgeschwindigkeit, die
Fahrzeugverzögerung und die Fahrzeugmasse sind Verteilungsfunktionen mit Verteilungstyp,
Mittelwert und Standardabweichung angegeben. Sowohl der Abirrwinkel sowie die Fahrzeugsteifigkeit werden als deterministische Werte angegeben. Die Variablen gemäss ENV 1991 finden
sich in der Tabelle 4.
Variable
v
Physikalische Grösse
Verteilungstyp
Mittelwert
µ
Standardabweichung
σ
Abirrgeschwindigkeit
– Autobahn
– Städtisches Gebiet
lognormal
lognormal
80 km/h
40 km/h
10 km/h
8 km/h
a
Fahrzeugverzögerung
lognormal
4 m/s2
1,3 m/s2
m
Fahrzeugmasse
– Schweres Lastfahrzeug
– Personenwagen
normal
deterministisch
20'000 kg
1'500 kg
12'000 kg
α
Abirrwinkel
deterministisch
30°
k
Fahrzeugsteifigkeit
deterministisch
300 kN/m
Tabelle 4: Variable zur probabilistischen Berechnung der Anprallkraft gemäss ENV 1991-2-7: 1998,
Annex A, Tabelle A.1 [10]
Probabilistische Berechnung mit realistischeren Variablen
Die probabilistische Berechung der Anprallkraft mit den Variablen gemäss Tabelle 4 ergibt auch in
grossen Distanzen zum Fahrbahnrand hohe Anprallkräfte, welche mit einer vergleichsweise grossen Wahrscheinlichkeit auftreten. Beispielsweise werden 20 m vom Fahrbahnrand entfernt
1'000 kN noch mit einer Wahrscheinlichkeit von 65% erreicht. Diese Ergebnisse müssen als wenig
realistisch beurteilt werden. Die Gründe dafür sind der grosse und mit 30° deterministisch definierte Abirrwinkel α sowie die als Normalverteilung definierte Fahrzeugmasse m.
Für eine realistischere Berechnung der Anprallkräfte wird der Anprallwinkel gemäss der im Anhang
C angegebenen Verteilung definiert. Gemäss dieser Verteilung sind Winkel von 30° selten und
kommen nur bei 10% der Abirrunfälle vor. Der mittlere Abirr- bzw. Anprallwinkel ist wesentlich
kleiner und beträgt ca. 15°. Gemäss Figur 22, Anhang C, wird der Abirrwinkel α als lognormalverteilte Variable mit einem Mittelwert von µ = 15° und einer Standardabweichung von σ = 12,5°
definiert.
Die Fahrzeugmasse m wird ebenfalls mit einer Lognormal-Verteilung definiert. Da bei diesem
Verteilungstyp keine negativen Werte möglich sind, ist er definitionsgemäss besser geeignet als
die Normalverteilung. Aufgrund der Ergebnisse der Untersuchung [8] wird die Fahrzeugmasse als
Lognormal-Verteilung mit µ = 12'000 kg und σ = 6'000 kg beschrieben. Diese Verteilung entspricht
weit gehend der in Figur 23, Anhang D, angegebenen Verteilung.
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Ausgabe 2005
In der folgenden Tabelle sind die für die probabilistische Berechnung der Anprallkraft verwendeten
Bemessungsvariablen zusammengestellt.
Variable
Physikalische Grösse
Verteilungstyp
Mittelwert
µ
Standardabweichung
σ
v
Abirrgeschwindigkeit 1)
lognormal
80 km/h
10 km/h
a
Fahrzeugverzögerung 1)
lognormal
4 m/s2
1,3 m/s2
m
Fahrzeugmasse 2)
lognormal
12'000 kg
6'000 kg
α
Abirrwinkel 3)
lognormal
15°
12,5°
k
Fahrzeugsteifigkeit 1)
determnistisch
300 kN/m
1)
gemäss ENV 1991-2-7: 1998 [10]
gemäss BBS [7]
3) gemäss Vulin, Quincy [31]
2)
Tabelle 5: Zur probabilistischen Berechnung der Anprallkraft für Schwere Lastfahrzeuge und Autobahnen
verwendete Variablen
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ANHANG C ABIRREN VON STRASSENFAHRZEUGEN
Übersicht
Der Bereich neben der Strasse, in dem eine Bemessung auf Fahrzeuganprall relevant ist, ist abhängig vom Abirrverhalten der Fahrzeuge. Die seitliche Distanz, bis zu welcher Fahrzeuge abirren
und der Winkel, unter welchem die abirrenden Fahrzeuge die Fahrbahn verlassen, sind keine
festen Grössen. Nachfolgend werden Verteilungen für die Abirrdistanz und den Abirrwinkel
angegeben.
Abirrdistanz
Die "American Association of State Highway and Transportation Officials" (AASHTO) gibt eine
Wahrscheinlichkeitsverteilung für die seitliche Distanz an, mit der von der Strasse abgekommene
Fahrzeuge abirren. Die angegebene Verteilung basiert auf Beobachtungen von Abirrunfällen in
vergleichsweise ebenen Mittelstreifen von Autobahnen. Sie ist jedoch statistisch nicht abgesichert
[1]. Die Wahrscheinlichkeitsverteilung, Figur 21, zeigt, dass eine Abirrdistanz von 10 m bei weniger
als 20% aller Unfälle erreicht bzw. überschritten wird.
Figur 21: Wahrscheinlichkeitsverteilung der seitlichen Abirrdistanz in
ebenen Mittelstreifen von Autobahnen nach [1] (modifizierte Darstellung)
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Abirrwinkel
Vulin und Quincy haben Abirrunfälle in Mittelstreifen auf Autobahnen untersucht [31]. Die Figur 22
zeigt die dabei festgestellte Verteilung der Anprallwinkel an die Schutzeinrichtungen im Mittelstreifen. Aus der Verteilung geht hervor, dass der Winkel unter dem die Fahrzeuge abirren, nur bei
10% der Unfälle mehr als 30° beträgt. Auf Grund der Resultate einer anderen zitierten Studie
[Duverge] sind Abirrwinkel mit mehr als 30° sogar nur in 5% der Fälle zu erwarten.
Figur 22: Wahrscheinlichkeitsverteilung der Anprallwinkel an Schutzeinrichtungen
im Mittelstreifen von Autobahnen nach [28] (modifizierte Darstellung)
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ANHANG D WIRKSAME FAHRZEUGMASSE
Allgemeines
Für die Beurteilung des Anpralls an Tragwerke oder Schutzeinrichtungen ist eine Analyse des
Schwerverkehrs notwendig. Im Rahmen einer für die Kantone Bern und Solothurn durchgeführten
Forschungsarbeit [7] wurde die Zusammensetzung des Schwerverkehrs nach Fahrzeugart,
Gesamtgewicht und Beladung untersucht. Dabei zeigte sich, dass die bei einem Anprall wirksame
Fahrzeugmasse üblicherweise wesentlich geringer ist, als das zulässige Maximalgewicht des
Lastfahrzeugs.
Zusammensetzung des Schwerverkehrs
Die Analysen der Zusammensetzung des Schwerverkehrs nach Fahrzeugart und Gesamtgewicht
auf Grund von Verkehrszählungen und der Auswertung verschiedener statistischer Quellen ergaben im Wesentlichen identische Resultate. Die Zählung des Schwerverkehrs auf der Autobahn N1
zeigt, dass Lastwagen, Lastenzüge und Sattelzüge je etwa einen Drittel des Schwerverkehrs
ausmachen. Nur ein kleiner Prozentsatz der Schweren Lastfahrzeuge sind Busse:
– Lastwagen :
– Bus
30%
:
3%
– Lastenzug :
34%
– Sattelzug
33%
:
Die Zusammensetzung des Schwerverkehrs auf Grund des Gesamtgewichts der Schweren
Lastfahrzeuge (SLF) zeigt das folgende Bild:
– Ein Drittel der SLF haben ein Gesamtgewicht < 10'000 kg
– Die Hälfte der SLF haben ein Gesamtgewicht < 15'000 kg
– 10% der SLF sind schwerer als 28'000 kg
Verteilung der wirksamen Fahrzeugmasse
Die bei einem Anprall wirksame Fahrzeugmasse entspricht in den meisten Fällen nicht dem maximalen Gesamtgewicht des Fahrzeugs. Die Fahrzeugmasse, die dynamisch am Anprall beteiligte
ist und als wirksame Masse bezeichnet wird, kann aus den folgenden Gründen wesentlich geringer
sein:
– Die Lastfahrzeuge sind leer oder nur teilweise beladen
– Die Ladung ist nicht starr mit dem Fahrzeug verbunden
– Es handelt sich um zusammengesetzte Fahrzeuge (Lastenzug, Sattelzug)
In der Figur 23 ist die im Rahmen der Forschungsarbeit [7] ermittelte Verteilung der wirksamen
Fahrzeugmasse dargestellt. Verglichen mit dem maximal zulässigen Gesamtgewicht der Schweren
Lastfahrzeuge sind die wirksamen Fahrzeugmassen gering. 95% aller Fahrzeuge weisen eine
wirksame Fahrzeugmasse von 15'000 kg oder weniger auf.
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Figur 23: Häufigkeits- und Summenhäufigkeitsverteilung der wirksamen Fahrzeugmasse von Schweren
Lastfahrzeugen (SLF) nach [7]
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ANHANG E ANPRALL AN ÜBERBAUTEN
Allgemeines
Durch Anprall hervorgerufene Schäden an Überbauten über Strassen sind vergleichsweise häufig
[6]. In Frankreich, Deutschland und in Grossbritannien werden pro Jahr jeweils etwa 250 Schadenfällen angegeben. In Anbetracht der Grösse dieser Staaten muss für die Schweiz mit jährlich etwa
30 Ereignissen gerechnet werden.
Schadenbilder
Da die Fahrzeugaufbauten sowie die Ladungen in einer Vielzahl der Fälle vergleichsweise leicht
und wenig steif sind, sind im Allgemeinen auch die durch den Anprall hervorgerufenen Schäden
marginal [18]. Figur 24 zeigt einen solchen "harmlosen" Anprall eines Kippers an eine Brücke. Die
Figuren 25 und 26 zeigen durch Anprallereignisse hervorgerufene schwerere Schäden an der
Bewehrung. Solche Ereignisse können die Tragsicherheit von Brücken gefährden.
Figur 25: Schaden an schlaffer Bewehrung,
Deutschland, 1993 (aus [18])
Figur 24: Anprall eines Kippers an eine
Brücke, Deutschland 1999 (aus [18])
Ausgabe 2005
Figur 26: Schaden an Spannbewehrung,
Niederlande (aus [18])
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Häufigkeit
In der Figur 27 sind die durchschnittlich pro Jahr bei Bahnbrücken in Grossbritanien registrierten
Anprallereignisse an Brückenüberbauten als Histogramm dargestellt. Vergleichen mit dem in der
Schweiz minimal vorhandenen lichten Höhe von hL = 4,5m [18], treten bei der dargestellten Häufigkeitsverteilung ein Viertel aller Ereignisse bei grösseren Durchfahrtshöhen auf. Der Anprall von
Fahrzeugladungen oder -aufbauten an höher als 6,0 m gelegene Überbauten dagegen ist wenig
wahrscheinlich.
Figur 27: Verteilung (Histogramm) von Anprallereignissen an Überbauten
von Bahnbrücken in Grossbritanien gemäss [30] (modifizierte Darstellung)
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Ausgabe 2005
ANHANG F ÜBERSICHT FAHRZEUGRÜCKHALTESYSTEME
UND LEISTUNGSKLASSEN
Die folgenden Tabellen geben eine Übersicht über die Fahrzeugrückhaltesysteme gemäss der
Richtlinie für Fahrzeugrückhaltesysteme des ASTRA [4]. Für die verschiedenen in der Schweiz
gebräuchlichen Leitschrankensysteme mit Planken Profil A, mit Kastenprofilen 130/150 mm und
mit Kastenprofilen 150/180 mm sind die Aufhaltestufen angegeben.
Systemnummer Kurzbezeichnung
Systemskizze
Aufhaltestufe
11
LS A
4,00 m
N2
12
LS A
2,00 m
N2
13
LS A - 2x150'180
2,00 m
H1
21
LS A - 60'140
2,00 m
N2
22
LS A - 60'140
1,33 m
H1
31
EDLS A
2,00 m
H1
32
EDLS A
1,33 m
H1
33
DDLS A
4,00 m
H1
34
DDLS A
1,33 m
H2
Systemskizze
Aufhaltestufe
41
LS 130’150
4,00 m
N2
42
LS 130’150
2,00 m
N2
43
LS 2x130'150
1,33 m
H1
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Tabelle 6:
Fahrzeugrückhaltesysteme mit
Planke Profil A [4]
Tabelle 7:
Kastenprofil 130/150 mm [4]
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Systemskizze
Aufhaltestufe
51
LS 150’180u
4,00 m
H1
52
LS 150’180u
2,00 m
H1
61
LS 150’180
4,00 m
N2
62
LS 150’180
2,00 m
H1
63
2 LS 150'180
4,00 m
H1
64
LS 2x150’180
2,00 m
H1
65
LS 2x150’180
1,33 m
H1
66
LS 2x150’180
50’100
2,00 m
H2
67
LS 2x150’180
50’100h
1,33 m
H2
68
LS 3x150’180
2x50’100
1,33 m
H2
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Tabelle 8:
Kastenprofil 150/180 mm [4]
Ausgabe 2005
ANHANG G QUELLENVERZEICHNIS
[1]
American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO): Guide for
Selecting, Locating and Designing Traffic Barriers, Washington D.C., 1977
[2]
Ammann, W.: Stahlbeton- und Spannbetontragwerke unter stossartiger Belastung,
Birkhäuser Verlag Basel, 1983
[3]
Bundesamt für Statistik (BFS): Schweizerische Verkehrsstatistik 1996/2000, BFS, Neuchâtel,
2000
[4]
Bundesamt für Strassen (ASTRA): Richtlinien für Fahrzeugrückhaltesysteme, Bern, 2002
[5]
Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft (BUWAL): Handbuch III zur Störfallverordnung
– Richtlinien für Verkehrswege, EDMZ, Bern, 1992
[6]
Bundesminister für Verkehr, Abteilung Strassenbau: Schäden an Brücken und anderen
Ingenieurbauwerken – Ursachen und Erkenntnisse, Dokumentation 1982, VerkehrsblattVerlag Borgmann GmbH & Co. KG, Dortmund, 1982
[7]
Bürkel Baumann Schuler: Wirksames Fahrzeuggewicht Schwerer Lastfahrzeuge zur
Beurteilung des Anpralls an Schutzeinrichtungen, Tiefbauamt des Kantons Bern und Kanton
Solothurn, Büro für Nationalstrassen, 1995
[8]
DIN: Grundlagen zur Festlegung von Sicherheitsanforderungen für bauliche Anlagen, Beuth
Verlag, Berlin, Köln, 1981
[9]
EN 1317-2, Rückhaltsysteme an Strassen – Teil 2: Leistungsklassen, Abnahmekriterien für
Anrallprüfungen und Prüfverfahren für Schutzeinrichtungen, CEN, April 1998
[10] ENV 1991-2-7:1998, Eurocode 1: Basis of design and actions on structures Part 2-7: Actions
on structures - Accidental actions due to impact and explosions, CEN, 1998
[11] prENV 1991-2-7:1995, Eurocode 1: Basis of design and actions on structures Part 2-7:
Accidental actions, Draft March, CEN, 1995
[12] Hellmich, K. et. al.: Krafteinwirkung auf die Kappe und den Überbau einer Brückenkonstruktion infolge eines Anprallvorgangs an eine Stahlleitschiene, Stahlbau 69 (2000), Heft 9,
Ernst & Sohn Verlag Berlin, 2000
[13] Internationaler Eisenbahnverband UIC: UIC-Kodex 777-1, Massnahmen zum Schutz der
Eisenbahnbrücken gegen Anprall von Strassenfahrzeugen und des Schienenverkehrs vor
abirrenden Strassenfahrzeugen, 1997
[14] Institut für Verkehrsplanung, Transporttechnik, Strassen- und Eisenbahnbau (IVT) der ETH
Zürich, Diverse Prüfberichte zu Anprallversuche an passive Schutzeinrichtungen, Zürich
1994 - 1997
[15] Klingmüller, O., Bourgund, U.: Sicherheit und Risiko im Konstruktiven Ingenieurbau, Vieweg,
Braunschweig, Wiesbaden, 1992
Ausgabe 2005
Seite 49 / 50
[16] Miyamoto, A., King, M.W.: Design concept for reinforced concrete slab structures under soft
impact loads, in Jones, N. et al. (Eds.): Structures under shock and impact IV, Computational
Mechanics Publications, Southampton UK, 1996
[17] Popp, C.: Untersuchungen über den Stossverlauf beim Anprall von Kraftfahrzeugen auf
Stützen und Rahmenstiele aus Stahlbeton, Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, Heft 172,
Verlag Wilhelm Ernst und Sohn, Berlin 1965
[18] Scheer, J.: Versagen von Bauwerken – Ursachen, Lehren Band 1: Brücken, Ernst & Sohn
Verlag, Berlin, 2000
[19] Schweizerische Beratungsstelle für Unfallverhütung (bfu): Unfallgeschehen in der Schweiz Statisik 2000, bfu, Bern, 2000
[20] Shimada, T. et al.: An Experiment on the Shock Absorbing Characteistics of the Road
Terminal Pole with Absorbing System, Proceedings of the 2nd Asia-Pacific Conference on
Shock&Impact Loads on Structures, Melbourne, Australia, 1997
[21] Siemes, T., Rostam, S.: Durable safety and serviceability – a performance based design
format, IABSE Colloquium Delft 1996, Basis of Design and Actions on Structures,
Background and application of Eurocode 1, IABSE Report Volume 74, Zürich, 1996
[22] SN 505 160 (SIA 160), Einwirkungen auf Tragwerke, Schweizerischer Ingenieur- und
Architekten-Verein, Zürich, 1989
[23] SN 505 260 (SIA 260), Grundlagen der Projektierung von Tragwerken, Schweizerischer
Ingenieur- und Architekten-Verein, Zürich, 2003
[24] SN 505 261 (SIA 261), Einwirkungen auf Tragwerke, Schweizerischer Ingenieur- und
Architekten-Verein, Zürich, 2003
[25] SN 505 262 (SIA 262), Betonbau, Schweizerischer Ingenieur- und Architekten-Verein,
Zürich, 2003
[26] SN 505 263 (SIA 263), Stahlbau, Schweizerischer Ingenieur- und Architekten-Verein,
Zürich, 2003
[27] Merkblatt SIA 2018, Überprüfung bestehender Gebäude bezüglich Erdbeben,
Schweizerischer Ingenieur- und Architekten-Verein, Zürich, 2004
[28] SN 640 200 - 202: Geometrisches Normalprofil, Vereinigung Schweizerischer
Strassenfachleute VSS, Zürich, 1992
[29] SN 640 566, Passiver Schutz im Strassenraum – Einsatz, Wahl und Anordnung von
Fahrzeugrückhaltesystemen, VSS, Zürich, 1995
[30] UK Railways Inspectorate, September 1997
[31] Vulin, D., Quincy, R.: Accidents avec Sortie de Chaussée en Terre-Plein Central sur
Autoroutes de Liaison, Rapport INRETS no. 42, Institut National de Recherche sur les
Transports et leur Securité (INRETS), Septembre 1987
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Ausgabe 2005

Richtlinie Anprall von Strassenfahrzeugen auf

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ISSN 1661-8211 | 109. Jahrgang | 15. Mai 2009

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