Erhaltung und Instandsetzung von Straßen verursachen jährlich Kosten in Milliardenhöhe, sodass es ein erstrebenswertes Ziel ist, die Entstehungs- und Entwicklungsmechanismen von Straßenschäden besser zu verstehen. Darüber hinaus vermindern longitudinale Unebenheiten von Straßen als eine wichtige Schädigungsart den Fahrkomfort und die Fahrsicherheit. Die Entwicklung dieser Unebenheit ist in besonderem Maße durch die Wechselwirkung mit dynamischen Lasten von Fahrzeugen geprägt: eine zunehmende Unebenheit ruft höhere dynamische Lasten hervor, welche wiederum die Straße in verstärktem Maße schädigen. Es kann sich folglich ein selbstverstärkender Effekt ergeben. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, dieses Wechselspiel zwischen Straßenunebenheiten und Fahrzeugen im Laufe einer großen Anzahl von Überfahrten zu untersuchen. Das Interesse gilt dabei dem Schwerlastverkehr, dem eine überproportionale Schädigung der Straßen zugeschrieben wird. Um systematisch den Einfluss einzelner Fahrzeug- und Straßenparameter auf die Entwicklung bereits vorhandener Unebenheiten in der Straßenoberfläche zu analysieren, wird ein geeignet abstrahiertes Fahrzeugmodell zur Abbildung der Vertikaldynamik von Lastkraftwagen formuliert sowie ein phänomenologisches Gesetz zur Berechnung der bleibenden Verformung infolge der Lasteinwirkung in Abhängigkeit der Anzahl der Fahrzeugüberfahrten verwendet. Die Veränderung der Spurrinnentiefe und der Unebenheitsamplituden sowie die Verschiebung der Bodenwellen durch die Radaufstandskräfte wird mittels eines inkrementellen Vorgehens auf Basis eines einseitig gekoppelten Ansatzes berechnet: für jede Überfahrt werden die dynamischen Kontaktkräfte und die resultierende bleibende Verformung ermittelt. Auf dieseWeise ist es möglich, die Entwicklung der Unebenheitsamplitude einzelner Spektralanteile der Straßenoberfläche zu prognostizieren, ohne aufwändige Zeitintegrationen durchführen zu müssen. Dabei zeigt sich, dass ein in der Anzahl der Belastungen lineares Schädigungsgesetz im Normalfall qualitativ gleichwertige Aussagen wie ein in der Belastungsanzahl nichtlineares Gesetz liefert. Anhand des gewählten Fahrzeug-Straße-Modells wird der Einfluss grundsätzlicher Parameter des Fahrzeugs und der Straße untersucht, wie etwa der Massenverteilung und der Asymmetrie des Fahrzeugs sowie des Verhältnisses des Radstands zur Anregungswellenlänge. Nichtlinearitäten in der Radaufhängung werden durch geeignete Näherungsmethoden betrachtet. Es zeigt sich, dass geringere Verformungsraten für eine niedrigere Hubfrequenz des Fahrzeugs, eine geringe Nachgiebigkeit der Straße und eine kleinere Nichtlinearität in der Belastung im Schädigungsgesetz erreicht werden. Viskose Dämpfung und Coulombsche Reibung in den Radaufhängungen beeinflussen die Verformung des Straßenoberbaus auf ähnliche Weise: die Verstärkung von langwelligen Unebenheiten wird durch eine Zunahme dieser Dämpfungsarten tendenziell verringert. Doch kann eine stärkere Dämpfung in gewissen Bereichen auch negativ sein, wenn ein Abbau der Unebenheiten reduziert wird. Asymmetrie in den Fahrzeugparametern wirkt sich auf sehr komplexe Weise aus und kann nur in der Gesamtschau aller Parameter und konkreter Frequenzbereiche beurteilt werden.


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    Titel :

    Zum Einfluss von Fahrzeug- und Straßenparametern auf die Ausbildung von Straßenunebenheiten


    Beteiligte:
    Vogt, Heike (Autor:in)


    Erscheinungsdatum :

    2013


    Format / Umfang :

    212 Seiten, Bilder, Tabellen, 264 Quellen




    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch