DE3710188A1 - Spannoberbau - Google Patents

Description

Die Erfindung "Spannoberbau" bezieht sich auf einen Gleisober­ bau für schienengebundene Fahrzeuge, insbesondere Eisenbahnen mit durch Schienen und Querschwellen gebildeten Gleisrahmen, die auf einer Betonplatte kraftschlüssig mit einer bestimmten bzw. errechneten Vorspannkraft, jedoch elastisch verlegt sind.

Mit den insbesondere bei den Eisenbahnen steigenden Fahrgeschwindigkeiten werden ständig höhere Anforderungen an die Sicherheit des Gleisoberbaus gestellt, die unter Berücksichtigung der darüberrollenden Betriebslast bis heute überwiegend über eine Verbesserung der Schienenbefestigung an den Querschwellen zu erreichen versucht wird. Die Belastungen der Schienen und damit die Schienenspannungen, vor allem die zulässigen Spannungen des Betriebsfestigkeitsnachweises, werden in kritischen Temperaturbereichen erheblich überschritten und entsprechen aufgrund der mit der Geschwindigkeitserhöhung progressiv steigenden Schienenbelastung nicht mehr den "Allgemein anerkannten Regeln der Technik". Unvermeidbare Zwangspunkte, wie Kreuzungen aller Art, unterschiedliche Bodensetzungen, Übergänge, Brücke-Damm, Weichenanschlüsse, Weichenverbindungen usw. tragen zusätzlich zu einer Erhöhung der Schienenspannungen und zur erhöhten Belastung des Oberbaues bei. Schienenbrüche in den ver­ schiedensten Formen, Ausbrüche an der Fahrkante der Schiene und erhöhte Riffelbildung sind die Folge. Überbeanspruchung des Schienenmaterials aus der Verkehrslast sind sehr häufig durch Ausbrüche in Form von Shelling zu beklagen.

Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, einen insbesondere für den Schnellverkehr und für höhere darüberrollende Betriebslasten geeigneten Gleisoberbau "Feste Fahrbahn" für schienengebundene Fahrzeuge, insbesondere Eisenbahnen, zur Verfügung zu stellen, der mit ver­ gleichsweise geringeren Errichtungs- und Unterhaltungskosten eine höhere Sicherheit ergibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Gleisoberbau der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß ein elastisch günstig wirkendes Verbundsytem aus Schienen, Querschwellen und Widerstandsträgern (aus Schienen, sog. Beischienen oder anderen Profilen) zusätzlich eine elastische Federwirkung erhält. Diese elastische Federwirkung wird einerseits dadurch erreicht, daß unter die Schwelle und auf die Schwelle elastische, stoßdämpfende Monoelemente oder besser Verbundelemente mit Zwischenlagen aus Stahl (wie z. B. gem. DIN 4141) oder aus hochfesten Kunststoffplatten und elastischen Federelementen, abwechelnd in sich fest verbunden, und dergleichen gelegt werden, die mit der Betonplatte und der Schwelle dazwischen mittels hochfesten Spannstählen (z. B. Gewi-Stahl) mit Schraubverbindung und Ankerplatten zusammengespannt werden, so daß sich die Schwelle bei Verkehrsbelastung elastisch nach unten und nach oben bewegen kann, wobei in jedem Fall die Spannkraft den Gleis­ verschiebewiderstand, sowohl längs als auch quer, durch den Sohl­ reibungswiderstand bei zweifacher Sicherheit garantiert. Hierbei kann zusätzlich die elastische Einfederung durch die Spannkraft des Spannstahles bei Berücksichtigung des elastischen Gesamtsystems einschließlich der Schienenfahrzeuge und des Untergrundes entsprechend gesteuert bzw. eingestellt werden; ist z. B. die Spannkraft größer als die statische Radlast, so werden auch die zusätzlichen erhöhten dynamischen Radlasten durch das Spannsystem gedämpft bzw. herausgefiltert und entsprechend abgefedert.

Andererseits kann dieses elastische Verhalten der Schwelle auch über die mögliche Durchbiegung einer entsprechend dimensionierten Schwelle aus einem hierfür geeigneten Stahlprofil oder einem anderen elastischen Material erreicht werden. Hier gibt es die Möglichkeit über einen Einfeldträger, Zweifeldträger, Einfeldträger mit belasteten Kragarmen mittels Spannstählen und Zweifeldträger mit belasteten Kragarmen ebenfalls mittels Spannstählen die elastische Verbundwirkung des Gesamtsystems zu optimieren. Die Schwelle ist hierbei an allen Auflagerpunkten fest mit der Bodenplatte über Distanzplatten und gering elastische Zwischenlagen fest verankert, so daß jegliche Bewegungen und Verschiebungen außerhalb des elastischen Bereiches unterbunden werden.

Der Vorteil auch dieser Konstruktionen besteht vor allem darin, daß Hochgeschwindigkeitsfahrten unter Einhaltung der zulässigen Schienenspannungen und erforderlichen Sicherheiten möglich sind, aber auch darin, daß diese Konstruktionen ebenfalls problemlos und in kürzester Zeit exakt maschinell oder von Hand montiert werden können und aber auch bei eventuellen Bodensetzungen und den daraus sich einstellenden Gleislagefehlern die ursprüngliche Gleislage, ebenfalls in kürzester Zeit, wieder hergestellt werden kann. Aneinandergereihte Bodenplattenfertigteile können bei Fehlern im Fugenbereich ebenfalls problemlos und schnell wieder gerichtet werden. Bei diesem Baukastenverbundsystem ist es möglich, in kürzester Zeit und mit einem wesentlich geringen Kostenaufwand als dies bisher der Fall ist, Streckengleise zu bauen bzw. maschinell zu montieren und zu unterhalten.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt eines Spannoberbaues - Gleisober­ bau "Feste Fahrbahn" - mit einer Stahlbetonschwelle im Längsschnitt,

Fig. 2 einen Teilausschnitt eines Längsschnittes eines Spannober­ baues - Gleisoberbau "Feste Fahrbahn" - mit einer Stahlbetonschwelle im Querschnitt,

Fig. 3 wie Fig. 1, jedoch mit einer Stahlschwelle,

Fig. 4 wie Fig. 2, jedoch mit einer Stahlschwelle nach Fig. 3.

Der in Fig. 1 und 2 im Querschnitt bzw. Längsschnitt gezeigte Spann­ oberbau - Gleisoberbau "Feste Fahrbahn" - zeigt die beiden Fahrschienen 1 und 2 eines Stammgleises, links und rechts daneben die Widerstandsträger aus den Schienenprofilen 3, 4, 5 und 6, die mittels nicht näher gezeigten Schienenbefestigungen an der Querschwelle 7 befestigt sind. Unter der Querschwelle liegen im Bereich der beiden Fahrschienen die elastischen, stoßdämpfenden Federelemente bzw. Zwischenlagen 8, die über zwei auf den äußeren Bereichen der Schwelle liegenden Mehrschicht-Federelementen bzw. Zwischenlagen 9 mittels Ankerplatten 10, Spannstählen 11, Ankermuttern 12 und Kontermuttern 13 mit der Fahrbahntafel 14 über einen Ankerkanal bzw. Ankerlöcher und Bohrungben 15 zusammengespannt sind.

Dieser Spannoberbau mit elastischem Verbundsystem kann dabei auch die in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigte alternative Ausbildung haben. Der Querschnitt zeigt - wie in Fig. 1 und 2 - die beiden Fahrschienen 16 und 17 eines Stammgleises, links und rechts daneben die Widerstandsträger - hier aus IPB-Profilen 18, 19, 20 und 21 -, die mit nicht näher gezeigten üblichen Schienenbefestigungen, jedoch an einer entsprechend auf elastische Durchbiegung dimensionierten Querschwelle 22 aus einem Stahlträgerprofil befestigt sind. Distanzbleche 23, soweit erforderlich, entsprechend elastische Zwischenlagen 24 - unter der Schwelle als Schwellenauflager dienend - und auf der Schwelle mit ebenfalls elastischen Zwischenlagen 24 liegende Ankerplatten 25 werden mit Spannstählen 26 und Ankerschrauben 27 über Federring 28 mit der Fahrbahntafel 30 über sechs Ankerkanäle bzw. Ankerbohrungen 29 in der Mitte der Schwelle und außen mit je 2 Ankern zusammengespannt.

Durch diese und ähnliche Gleisoberbauarten "Feste Fahrbahn", die ebenfalls auf dem Konstruktionsprinzip der elastischen Verbundwirkung mit entsprechend, je nach Erfordernis, dimensionierten elastischen, stoßdämpfenden Mono- oder Verbundelementen, die mit der Schwelle und der Fahrbahntafel mittels eines Spannstahles zusammengespannt werden, beruhen, stellen aufgrund ihrer optimalen elastischen Gesamtver­ bundwirkung für schienengebundene Fahrzeuge eine ideale Oberbauform der "Festen Fahrbahn" dar, die sehr hohen Belastungen standhält, das elastische Gesamtfeld berücksichtigt und deshalb für den Hochgeschwindigkeitsverkehr der Schnellfahrstrecken sehr geeignet ist.

Dieser "Spannoberbau" kann in kürzester Zeit erstellt werden. Ein wesentlicher Vorteil liegt aber vor allem darin, daß dieser "Spannoberbau" in bezug auf die dynamische Belastung bzw. auf die jeweilige Höchstgeschwindigkeit, aber auch auf die jeweiligen Untergrundverhältnisse und deren unterschiedlichen Setzungen und auf die damit zu erwartenden Gleislagefehler in der Höhe abgestimmt und, wenn erforderlich, in kürzester Zeit auch wieder korrigiert werden kann. Wird die Schwelle der Fig. 1 und 2 beispielsweise auf die elastischen Verbundelemente mit einer erforderlichen Vorspannkraft von 125 KN je Seite gespannt bzw. gepreßt, so werden Schienenbelastungen von über 125 KN, also größer dieser Vorspannkraft, die aus der zusätzlichen dynamischen Belastung herrühren, herausgefiltert und zusätzlich entsprechend abgedämpft, soweit dies nicht durch die üblichen Zwischenlagen in einem kleinen Bereich entsprechend geschieht. Die Toleranzen der Durchmesser für die Spannkanäle können entsprechend groß sein, so daß horizontale Verschiebungskorrekturen von 1 cm oder bei entsprechender Ausbildung, z. B. Langlochkanäle in Schwellenlängsrichtung, sogar über mehrere Zentimeter möglich sind. Auch Höhenfehler können ebenso schnell in beliebiger Höhe durch Zwischenlagen aus Blechen, Betonplatten und auch durch schnell erhärtenden Kunststoffmörtel oder durch anderes geeignetes Material ausgeglichen werden.

Ein Verschieben der Schwelle ist bei entsprechend erforderlichem Anpreßdruck, bei dem die Verschiebewiderstände bei weitem höher liegen können als beim Schotteroberbau, auch unter hoher dynamischer Belastung, nicht mehr möglich. Reibflächenvorbereitung durch gleitfesten Anstrich oder durch Strahlen mit Strahlmitteln wie bei den hochfesten Schraubenverbindungen im Stahlbau sind auch beim Spannoberbau möglich, so daß die Seitenstabilität zur Aufnahme von hohen Seitenkräften optimal ausgestattet ist.

Durch die Beibehaltung des Schwellensystems und die daraus sich ergebenden sukzessiv engen Auflagerbereiche von 60 cm, sowie durch die optimal mechanisch einstellbaren elastischen Verbundfedersysteme, lassen sich Zwänge und somit Sprünge in der Dynamik hier völlig problemlos ausschalten. Eine dosiert harmonische Ausgewogenheit im Zusammenwirken Schienenfahrzeug und Oberbau wird durch diese Art der "Festen Fahrbahn" durch den "Spannoberbau" erreicht, was diesem Oberbau einen speziellen Vorzug für den Einbau auf Hochgeschwindigkeitsstrecken gibt. Selbstverständlich ist es auch möglich, allen Konstruktionselementen eine konstruktiv andere Ausbildung zu geben, um diese optimal problemlos einstellbare elastische Verbundwirkung zwischen den Schienen, Quer­ schwellen oder Platten und der Fahrbahntafel zu erhalten.

Claims (2)

1. Spannoberbau-Feste Fahrbahn (schotterloser Oberbau) mit ela­ stischem Verbundsystem, dadurch gekennzeichnet, daß im Auf­ lagerbereich der Schienen auf der Fahrbahntafel (aus Ortbeton- oder Fertigteilbetonplatte) unter der Schwelle - also zwischen Schwelle und Fahrbahntafel - und auf der Schwelle außerhalb der Schienen oder beiderseits der Schienen bzw. beiderseits der Fahr- und Beischiene oder auch dazwischen, je nach Erfordernis, elastische, stoßdämpfende Monoele­ mente oder Verbundelemente beispielsweise mit festen mehrschichtigen Zwischeneinlagen abwechselnd aus Stahl oder hochfestem Kunststoff und elastischen Federelementen und dergleichen in der erforderlichen Anzahl und Stärke in sich fest verbunden als ein Federelement, jedoch in jedem Falle mit der erforderlichen und gegenseitig abgestimmten Elastizität bzw. Federwirkung bei Berücksichtigung des jeweiligen elastischen Gesamtsystems einschließlich Schienenfahrzeug und Untergrund, wobei die Verkehrslasten bei deren Bemessung miteinzubeziehen sind, verlegt werden und diese Elemente mittels den zahlenmäßig maximal erforderlichen Spannstählen, Ankerplatten, Federringen, Muttern und ev. Kontermuttern mit der jeweils rechnerisch erforderlichen Spannkraft zentrisch zusammengespannt werden bzw. die Schwelle mit der Fahrbahntafel (Betonplatte) mit einer rechnerisch bestimmten Druckkraft, die den zulässigen elastischen Bereich und den erforderlichen Quer- und Längsverschiebewiderstand abgrenzt, verankert wird, wobei alle vorgenannten Konstruktionselemente dieses sogenannten "Spann­ oberbaues" nach statischen und dynamischen Erfordernissen auf der Grundlage der "Allgemein anerkannten Regeln der Technik" zu bemessen sind.

2. Gleisoberbau-Feste Fahrbahn nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß unter dem Bereich der Schienen zwischen der Schwelle und der Fahrbahntafel (aus Ortbeton- oder Fertigteilbetonplatten) statt der elastischen Federelemente nach Anspruch 1 ein Zwischenraum in der erforderlichen Höhe vorhanden ist, der in diesem Bereich die erforderliche elastische Durchbiegung einer elastischen Schwelle aus Stahl, Beton oder anderem geeignetem Material oder aber auch aus einer elastischen Platte aus Stahl, Beton oder anderem geeignetem Material gewährleistet, wobei im Bereich der Fahrschienen auch die Schwelle oder Platte durch entsprechende Vorbelastung seitlicher Kragarme oder Nachbarfelder mit Spannankern eine für die elastische Einfederung erforderliche Überhöhung erhalten kann.