VSVI-Seminar Brückenausrüstung - Brückenstandards Stadthalle Friedberg, am 19. März 2014 T. Mayer, März 2014

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Rückhaltesysteme auf Brücken Dipl.-Ing. Thomas Mayer, Bundesanstalt für Straßenwesen, Referat B2

E-Mail: mayer@bast.de

1. Einleitung

Rückhaltesysteme an Straßen im Allgemeinen werden nach der Normenreihe DIN EN 1317 [1] in Fahrzeug-Rückhaltesysteme (FRS) und in Fußgänger-Rückhalte-systeme unterteilt. Der folgende Beitrag beschäftigt sich mit Brückengeländern und auch mit dem Einsatz von Fahrzeug-Rückhaltesystemen (FRS) auf Brücken. Die hierfür nennenswerten, relevanten Regelwerke sind, neben der bereits erwähnten europäischen Produkt- und Prüfnormenreihe DIN EN 1317 [1], vor allem die RPS 2009 (Richtlinien für passiven Schutz an Straßen durch Fahrzeug-Rückhaltesysteme) [2], die ZTV-ING Teil 8 Bauwerksausstattung Abschnitt 4 Rückhaltesysteme (ZTV-ING 8-4) [3] sowie die RiZ-ING (Richtzeichnungen für Ingenieurbauten) [4].

Bild 1: Systemtypen nach DIN EN 1317-1

Mit Einführung der europäisch harmonisierten Normenreihe DIN EN 1317 entschied man sich in Deutschland, die bis 2009 geltenden nationalen Regelungen in den RPS 1989 [5] zu überarbeiten und den neuen Gegebenheiten anzupassen. Zusammen mit den ZTV-ING 8-4 und den angepassten Zeichnungen in den RiZ-ING hat sich damit die Herangehensweise dahingehend verändert, dass Entwicklung und Nachweis der Leistungsfähigkeit zumindest für FRS nunmehr nur noch durch die Hersteller erfolgt, welche die Einhaltung der deklarierten Anforderungen mit dem CE-Zeichen dokumentieren. Die DIN EN 1317 ermöglicht somit die europaweit einheitliche Festlegung von Eigenschaften und Leistungsklassen sowie der erforderlichen Prüfungen und Nachweise. Die RPS 2009 dagegen regelt den Einsatz und die Anwendung von nach DIN EN 1317 geprüften FRS an Straßen und auf Brücken in Deutschland. Die ZTV-ING 8-4 enthält neben Regelungen für die Ausführung von Rückhaltesystemen auf Brücken auch Hinweise zu Entwurf und Ausschreibung. In den RiZ-ING werden die Regelungen der ZTV-ING bildlich in Zeichnungen dargestellt.

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2. Fußgänger-Rückhaltesysteme, Brückengeländer

Im Zuge der Aufnahme eines bislang nicht vorhandenen Kapitels für FRS in die ZTV-ING 8-4 wurde der Abschnitt 4 von Absturzsicherung in Rückhaltesysteme umbenannt. In Anlehnung an DIN EN 1317 werden dort nun Fahrzeug- und Fußgänger-Rückhaltesysteme behandelt. Neben der Bezugnahme auf die Eurocodes für Einwirkungen, Bemessung, Ausführung und Herstellung wurden im Kapitel Fußgänger-Rückhaltesysteme unter anderem zwei erwähnenswerte Anpassungen vorgenommen.

Wenn aus Gründen des Übersteigschutzes eine Erhöhung des Geländers erforderlich wird, sind Geländer und Erhöhung zusätzlich für eine in OK Geländererhöhung wirkende horizontale Linienlast von 0,50 kN/m – ohne gleichzeitigen Ansatz der regulären Holmlast – nachzuweisen. Der Teilsicherheitsbeiwert beträgt dabei 1,5. Gleiches gilt für Geländer neben Betriebswegen außerhalb von Bauwerken und in Böschungen, jedoch nicht neben öffentlichen Verkehrsflächen. Neben Radwegen beträgt die Geländerhöhe im Neubaufall jetzt 1,30 m. Für den Bestand jedoch stellen Geländer mit Höhen ≥ 1,20 m keine Nutzungseinschränkung für den Radverkehr dar. Teil 6 der Normenreihe DIN EN 1317 „Fußgängerrückhaltesysteme - Brückengeländer“ hat bis dato nicht den Status einer Norm, sondern „nur“ den eines DIN CEN/TR, eines sog. Technical Report, einer Technischen Regel mit informativem Charakter (national nicht verbindlich). Ähnlich wie bei FRS werden auch dort verschiedene Leistungsklassen definiert und entsprechende Prüfungen beschrieben, d.h. der Nachweis der Leistungsfähigkeit erfolgt i.d.R. durch Prüfungen.

Bild 2: Horizontale Einwirkung auf Geländer nach DIN EN 1991-2 und ZTV-ING 8-4

3. Fahrzeug-Rückhaltesysteme FRS, 3.1. Anprallprüfung

Zum Nachweis der Eignung von FRS auf Brücken müssen nach DIN EN 1317 Anprallprüfungen durchgeführt werden. Die für den Brückenbau relevanten Aufhaltestufen für Schutzeinrichtungen (SE) sind für höheres Aufhaltevermögen H1 (10 t LKW) und H2 (13 t Bus) sowie für sehr hohes Aufhaltevermögen die Aufhaltestufe H4b, die mit einem 38 t schweren Sattelzug nachzuweisen ist. Bei diesen Prüfungen ist zunächst immer ein Anprallversuch mit einem leichten Fahrzeug

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(900 kg PKW), hier TB 11 genannt, erforderlich. Anschließend wird ein Anprallversuch mit einem schweren Fahrzeug, je nach Aufhaltestufe mit einem 10 t, 13 t oder 38 t schweren Fahrzeug, durchgeführt. Der Anprall mit dem schweren Fahrzeug dient im Wesentlichen dazu, die Aufhaltestufe und gleichzeitig den Wirkungsbereich festzustellen. Mit dem PKW-Versuch soll die Insassenbelastung während des Anpralls, die sog. Anprallheftigkeit ermittelt werden. Die drei wesentlichen, kennzeichnenden Kriterien für das Rückhalten von Fahrzeugen sind demnach:

Aufhaltestufe (H1, H2, H4b)

Wirkungsbereiche (W1 bis W8, d.h. ≤ 0,6 m bis ≤ 3,5 m)

Anprallheftigkeitsstufe (A, B oder C)

Weitere Kriterien, Vorgehensweise und Prüfungsbedingungen siehe Teil 2 in [1].

Bild 3: Ausgewählte Anprallprüfungen für Aufhaltestufen H1, H2 und H4b nach DIN EN 1317

3.2. RPS 2009 und Brücke

Die RPS 2009 stellt die nationale Anwendungsrichtline für den Einsatz von FRS an Straßen in Deutschland dar. Sie gilt im Wesentlichen bei Neu-, Um- oder Ausbau von Straßen einschließlich Brücken nur für dauerhaft eingesetzte FRS. Weiteres definiert die RPS 2009 [2] in Kapitel 1. Die Regelungen für Brücken und Stützwände gelten für Absturzhöhen > 2 m. Die erforderliche Aufhaltestufe ist dabei abhängig von der Bedeutung der Straße auf und vom Gefahrenbereich unterhalb der Brücke (Tab. 5 in [2], vgl. Bild 4). Brücken mit lichten Weiten < 10 m werden wie die Strecke behandelt (Ablaufdiagramm nach Bild 7 in [2]). Ziel der Bemühungen ist die Verbesserung der Verkehrssicherheit. Unfallfolgen sollen minimiert werden, unbeteiligte Dritte sollen ebenso wie Fahrzeuginsassen geschützt werden (1 (2) in [2]).

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Bild 4: Tabelle 5 der RPS 2009 mit Erläuterungen

3.3. Prüfanlage - Auswertung

Im Zuge eines Forschungsvorhabens des Bundesministeriums für Verkehr, Bau- und Stadtentwicklung wurde Anfang des letzten Jahrzehnts eine bereits vorhandene Prüfanlage, welche den Anforderungen der standardisierten österreichischen Brückenkappe entsprach, auf dem Gelände der TÜV Automotive GmbH in München-Allach den in Deutschland geltenden Gegebenheiten angepasst. Diese Nachbildung eines Kragarms in Massivbauweise mit aufliegender Betonkappe ist mit Messtechnik zur Erfassung der beim Fahrzeuganprall auftretenden Kräfte ausgestattet. Näheres zur Anlage findet sich in der Beschreibung „Einstufung von Schutzeinrichtungen in Klassen“ [6] und im Forschungsbericht „Einsatz von Fahrzeugrückhaltesystemen mit hohem Aufhaltevermögen auf Brücken“ [7].

Bild 5: Messgrube Prüfanlage

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Bild 6: Auswertung

Anhand der beim Anprall aufgezeichneten Kräfte erfolgte zunächst eine Auswertung für ein hypothetisches 4 m - Lastmodell (Bild 6). Nach den in den Einwirkungsnormen auf Basis der Entwürfe und Vornormen der Eurocodes getroffenen Festlegungen von Horizontallastklassen im DIN-Fachbericht 101 Ausgabe 2009 wurden auf Basis dieser 4 m - Auswertungen entsprechende Vergleichsrechnungen durchgeführt und ein Auswerteverfahren entwickelt. Die geprüften Systeme werden damit in die entsprechende Horizontallastklasse eingestuft. Zusätzlich wird dabei im Bedarfsfall eine systemabhängige Anpassung (Erhöhung) der Vertikalkraft vorgenommen. Mit der Umstellung von den DIN-Fachberichten zu den Eurocodes im Brückenbau wird das Modell für die Anpralllasten auf FRS in der Norm an zwei Stellen angepasst. Der Lastangriffspunkt der Horizontalkraft wurde auf maximal 1 m über der Fahrbahn bzw. dem Fußweg begrenzt, und mit der Erhöhung des Anpassungsfaktors αQ1 von 0,8 auf 1,0 wird die gleichzeitig wirkende Vertikalkraft von 180 kN auf 225 kN angeho-ben. Bei den meisten Systemen in der Einsatzfreigabeliste [8] kompensiert diese Vertikalkrafterhöhung den kleineren Hebelarm.

Bild 7: Vergleich Hebelarm Horizontalkraft Fachbericht - Eurocode

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3.4. Bemessung

Die Bauwerksbemessung erfolgt für den außergewöhnlichen Lastfall „Anprall an das FRS“ nach DIN EN 1991-2, 4.7.3.3 (1) mit den in der Einsatzfreigabeliste dem jeweiligen System zugeordneten horizontalen und vertikalen Lasten. Der Nachweis der Kappe und des Kappenanschlusses an das Bauwerk erfolgt nach DIN EN 1991-2, 4.7.3.3 (2) auf Grundlage des systembedingten 1,25-fachen lokalen charakteristi-schen Widerstandes der Schutzeinrichtung. Im Neubaufall kann dieser Nachweis für die in der Einsatzfreigabeliste enthaltenen Systeme als erfüllt betrachtet werden, wenn die Kappenkonstruktion und die Kappenanschlussbewehrung den Angaben der RiZ Kap entsprechen.

Bild 8: Bemessung Kragarm, Kappe und Kappenanschluss nach DIN EN 1991-2

3.5. Übersteigschutz

Beim Übersteigen von hohen Schutzeinrichtungen und gleichzeitig vorhandenem geringen horizontalen Abstand zwischen Schutzeinrichtung und Brückengeländer besteht die Gefahr von der Brücke zu stürzen. Dies kann insbesondere nachts oder bei anderen schlechten Sichtbedingungen der Fall sein, wenn man sich, wie empfohlen, im Falle einer Panne oder eines Unfalls hinter die Schutzeinrichtung in Sicherheit bringen möchte. Um dem vorzubeugen sind in den ZTV-ING 8-4 [3] Regelungen getroffen, die unter Berücksichtigung der Höhe der Schutzeinrichtung und des Abstandes zwischen Geländer und Schutzeinrichtung die Höhe eines ggf. erforderlichen Übersteigschutzes definieren.

Bild 9: Übersteigschutz nach ZTV-ING 8-4

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Dabei geht man davon aus, dass man im ungünstigsten Fall beim Übersteigen der Schutzeinrichtung auf der selbigen steht. Von der Hinterkante der SE in Standhöhe ausgehend muss der horizontale Abstand bis zum Geländer addiert mit dem erforderlichen vertikalen Übersteigschutz mindestens die nach ZTV-ING geforderte Mindestgeländerhöhe ergeben (1,0 m bei Absturzhöhe < 12 m und 1,1 m bei Absturzhöhen ≥ 12 m). Der Abgleich mit bisher angewandten, unproblematischen, bestehenden Lösungen führte dabei noch zur einer Reduzierung des Übersteig-schutzes um 0,05 m (Korrekturwert).

Beispiel: hSE = 0,9 m, Abstand b = 0,5 m,

erf. Gel.höhe h = 1,0 m für Absturzhöhe < 12 m:

nach ZTV-ING 8-4: hGel+Ü ≥ hSE + h – b – 0,05 ≥ hmin

=> hGel+Ü = 0,9 + 1,0 - 0,5 - 0,05 = 1,35 m

4. Zusammenfassung und Ausblick

Schutzeinrichtungen mit hohem und sehr hohem Aufhaltevermögen auf Brücken führen zu einer Verbesserung der Verkehrssicherheit, aber auch zu höheren Ein-wirkungen, die im Neubaufall mit erträglichem Aufwand beherrschbar und im Bestand oftmals nur mit erhöhtem Aufwand zu handhaben sind. Die geänderte Vorgehens-weise für Entwurf und Ausführung erfordert zudem eine möglichst frühzeitige Einbeziehung und Feststellung der bestimmenden oder einschränkenden Einflüsse, vor allem im Bestand. Die Dokumentation der Entscheidungsfindung von den ersten Überlegungen bis hin zu Ausschreibung und Ausführung erscheint deshalb beson-ders empfehlenswert.

Zukünftig soll mit einem alternativen Lastmodell, welches nur für bereits bestehende Brücken gelten soll, die Nachweisführung im Bestand angepasst und vereinfacht werden. Es ist vorgesehen, dieses Modell in die Nachrechnungsrichtlinie aufzuneh-men.

5. Literatur [1] DIN EN 1317 Rückhaltesysteme an Straßen Teil 1 bis Teil 8 [2] Richtlinien für passiven Schutz an Straßen durch Fahrzeug-Rückhaltesysteme

RPS Ausgabe 2009; Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen e.V., Köln

[3] Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für

Ingenieurbauten ZTV-ING, Teil 8 Bauwerksausstattung Abschnitt 4 Rückhaltesysteme; Stand 04/2013, Bundesanstalt für Straßenwesen BASt, www.bast.de

[4] Richtzeichnungen für Ingenieurbauten RiZ-ING, Stand 12/2012, Bundesanstalt

für Straßenwesen BASt, www.bast.de [5] Richtlinien für passive Schutzeinrichtungen an Straßen, Ausgabe 1989,

Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen e.V., Köln; - ungültig - Ersetzt durch [2]

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[6] Einstufung von Schutzeinrichtungen in Klassen gemäß DIN-Fachbericht 101

Ausgabe 2009; 4.7.3.3 Anpralllasten auf Schutzeinrichtungen , Stand 02/2011; Bundesanstalt für Straßenwesen BASt

[7] Sedlacek, Kammel, Gessler; Einsatz von Fahrzeugrückhaltesystemen mit

hohem Aufhaltevermögen auf Brücken. Bremerhaven: Wirtschaftsverlag NW Verlag für neue Wissenschaft GmbH, August 2005, Heft 920

[8] Einsatzfreigabeliste für Fahrzeug-Rückhaltesysteme in Deutschland, Stand

22.11.2013, Bundesanstalt für Straßenwesen BASt, www.bast.de