EP0361227B1

EP0361227B1 - Eisenbahnschwelle aus Spannbeton

Info

Publication number: EP0361227B1
Application number: EP89117094A
Authority: EP
Original assignee: Dyckerhoff and Widmann AG
Current assignee: Walter Bau AG
Priority date: 1988-09-24
Filing date: 1989-09-15
Publication date: 1992-10-21
Anticipated expiration: 2009-09-15
Also published as: MX172187B; ATE81691T1; EP0361227A3; ES2036011T3; DE3832504C2; DE3832504A1; EP0361227A2

Description

Die Erfindung betrifft eine Eisenbahnschwelle aus Spannbeton mit einem monolithischen Schwellenkörper aus zwei die Befestigungsteile für die Schienen tragenden Auflagerkörpern und einem diese verbindenden Mittelteil, das einen geringeren Querschnitt aufweist als die Auflagerkörper.
Eisenbahnschwellen mit einer mehr oder weniger ausgeprägten Einschnürung des Mittelteils bis hin zu einer gelenkartigen Führung der Bewehrung sind vor allem bei Ausführung in Stahlbeton in großer Anzahl bekannt. Der Vorteil einer solchen Form des Schwellenkörpers, der im Schotterbett wie ein Träger auf zwei Stützen unter Gleichlast wirkt, liegt vor allem darin, daß dadurch die stützenden Auflagerkräfte der Schotterbettung jeweils auf die Bereiche um die Achsen der Schienen konzentriert werden. Hieraus ergibt sich eine Verringerung der Biegemomente, insbesondere in dem schlankeren Mittelteil der Schwelle, die zu einem geringeren Bewehrungsbedarf und damit zu einer größeren Wirtschaftlichkeit führt. Nachteilig sind die durch diese Form bedingte aufwendigere Herstellung der Bewehrung und die Gefahr der Bildung von Rissen im Schwellenkörper unter schwingender Belastung, wodurch die praktische Bedeutung derartiger Schwellen stark gemindert wurde. Vor allem bei einer gelenkartigen Ausbildung der Schwelle im Mittelbereich besteht auch die Gefahr einer Verbiegung des Schwellenkörpers mit der Folge einer Schrägstellung der Schienen.
Bei Schwellen aus Spannbeton ist die Lage der einzelnen Spannelemente im Schwellenkörper durch eine möglichst gleichmäßige Verteilung ihrer Endverankerungen in den Querschnittsflächen der Schwellenenden und eine geradlinige Führung der Spannelemente zwischen den Endverankerungen zur Erzielung einer zentrischen Vorspannung vorgegeben. Der Schwellenkörper hat deshalb meist prismatische Form. Dadurch ergeben sich gegenüber einem Schwellenkörper mit schlankem Mittelteil zwar höhere Biegemomente; diese werden aber zu Gunsten einer einfachen geradlinigen Führung der Spannelemente in Kauf genommen. Die Endverankerungen der Spannelemente können entweder durch Ankerkörper oder, bei Herstellung der Schwellen im Spannbett, durch Haftverbund gebildet sein. Es ist auch bekannt, die Endverankerungen von je zwei Spannelementen an einem Schwellenende in Form einer Schlaufe auszubilden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Spannbetonschwelle der eingangs angegebenen Art unter Beibehaltung der gleichmäßigen Verteilung der Endverankerungen der Spannelemente an den Querschnittsflächen der Schwellenenden auch bei einer Spannbetonschwelle eine Verringerung der Querschnittsbreite im Mittelteil des Schwellenkörpers zu Gunsten der Auflagerkörper zu ermöglichen, um zu einer günstigeren Verteilung der Biegemomente und möglichst auch einer Einsparung an Spannstahl zu kommen.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Zur Herstellung von Spannbetonschwellen mit sofortigem Verbund ist es zwar schon bekannt geworden, eine aus mehreren in Form einer liegenden Acht durchgehend gewickelten Drahtschlaufen bestehende Spannbewehrung im Bereich der Schwellenenden um in der Schalung angebrachte Ankerbolzen zu legen (DE-PS 12 47 188). Zum Spannen der Drahtschlaufen werden die Anker voneinander wegbewegt und nach dem Einbringen des Betons bis zu dessen Erhärten in ihrer Spannstellung gehalten. Diese Form der Spannbewehrung führt zwar dazu, daß sich die einzelnen Lagen der Spannbewehrung im Mittelbereich des Schwellenkörpers in einer vertikalen Ebene kreuzen, so daß eine Art Einschnürung des Schwellenkörpers erreichbar ist. Da die einzelnen Lagen der Spannbewehrung aber im gesamten Schwellenkörper, also auch an den Schwellenenden in jeweils einer vertikalen Ebene übereinander liegen und zueinander gespreizt verlaufen, entstehen Querzugspannungen. Diese führen zwangsläufig zu einem Aufreißen des Schwellenkörpers in Längsrichtung, wenn sie nicht durch zusätzliche schlaffe Bewehrungselemente aufgenommen werden, was wiederum den wirtschaftlichen Aufwand vergrößert. Außerdem ist das Schwellenende einschließlich der Umlenkstellen der Drahtschlaufen nach dem Ziehen der Ankerbolzen nicht mehr vorgespannt, da die im Bereich der Bolzen gekrümmten Spanndrähte nicht mehr gehalten sind, sondern sich strecken und dabei ihre Spannkraft verlieren.
Durch die Verwendung einzelner Spannelemente und deren von der Schwellenmitte ausgehende strahlenartige Ausbreitung lassen sich erfindungsgemäß auch bei breiten Schwellenenden eine gleichmäßige Verteilung der Endverankerungen über die jeweilige Querschnittsfläche und eine entsprechend gleichmäßige Durchsetzung des Schwellenkörpers mit Spannstahl erreichen, so daß eine hohe Vorspannkraft erzielbar ist, ohne daß eine schlaffe Zusatzbewehrung erforderlich würde.
Durch die gekreuzte Führung der Spannelemente in Schwellenmitte wird auch für Spannbetonschwellen die Anwendung eines Schwellenkörpers mit hohem schmalem Mittelsteg und breiten Schwellenenden ermöglicht, bei dem im Mittelteil nur geringe wechselnde Biegemomente entstehen, ja sogar ein einsinnig positiver Verlauf der Biegemomente über die ganze Schwellenlänge erreicht werden kann. Damit steht trotz Konzentration der Auflagerkräfte im Bereich der Auflagerkörper ein ausreichend hoher Mittelsteg mit entsprechend großem Trägheitsmoment zur Verfügung, dessen Steifigkeit ausreicht, um eine etwaige Verbiegung des Schwellenkörpers-in Längsrichtung zu verhindern, die zu einer Schrägstellung der Schienen führen könnte.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen führen insgesamt zu einer beträchtlichen Verringerung des Stahlbedarfs für eine Spannbetonschwelle. So sinkt die bei bekannten Schwellen übliche Spannstahlmenge von ca. 5 kg je Schwelle nach der Erfindung um bis zu 40 % auf ca. 3 kg je Schwelle ab.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung den Grundriß einer Spannbetonschwelle mit geraden, einander kreuzenden Spannelementen,
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht der Spannbetonschwelle gemäß Fig. 1,
Fig. 3 eine Ansicht eines Schwellenendes entlang der Linie III-III in Fig. 1,
Fig. 4 einen Querschnitt in Schwellenmitte entlang der Linie IV-IV in Fig. 1,
Fig. 5 eine der Fig. 3 entsprechende Ansicht eines Schwellenendes mit anderer Führung der Spannelemente,
Fig. 6 in schematischer Darstellung den Grundriß einer Spannbetonschwelle mit einander kreuzenden schlaufenförmigen Spannelementen,
Fig. 7 eine schematische Seitenansicht der Spannbetonschwelle nach Fig. 6,
Fig. 8 eine Ansicht des Schwellenendes entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 6 und
Fig. 9 einen Querschnitt in Schwellenmitte entlang der Linie IX-IX in Fig. 6.

In den Fig. 1 bis 4 ist jeweils in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform für die Gestaltung des Schwellenkörpers und die Führung der Spannelemente dargestellt. Der Schwellenkörper 1 besteht aus zwei vergleichsweise breiten seitlichen Auflagerkörpern 2, 2′, welche die - der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellte - Schienenbefestigung tragen, und einem Mittelteil 3 mit vergleichsweise schmalem hohem Querschnitt. Der Schwellenkörper 1 ist mit vier geraden Spannelementen 4 bewehrt, die an den Schwellenenden 5, 5′ mittels Endverankerungen 6 verankert sind.
Die Spannelemente 4 bestehen aus einzelnen Stahlstäben, -drähten oder -litzen, die so geführt sind, daß sie in Schwellenmitte in einer vertikalen Ebene V-V übereinanderliegen (Fig. 4) und sich zu den Schwellenenden 5, 5′ hin strahlenförmig ausbreiten. Ihre Endverankerungen 6 sind gleichmäßig über die Fläche des vorzugsweise trapezförmigen Querschnitts an den Schwellenenden 5, 5′ verteilt (Fig. 3). Diese Anordnung erlaubt die Ausbildung eines sehr schlanken Mittelteils 3 unter Einhaltung ausreichender Betonüberdeckung (Fig. 4).
Die in Fig. 1 erkennbare Geometrie der strahlenförmig verlaufenden Spannelemente 4 erlaubt keine zur vertikalen Mittellinie des Querschnitts V-V symmetrische Anordnung. Werden nämlich die bei Spannbetonschwellen üblichen Bedingungen eingehalten, daß durch die Vorspannung keine horizontal wirkenden Biegemomente und keine Torsionsmomente entstehen dürfen, weil diese zu unerwünschten Verformungen und Verdrehungen der Schwelle führen würden, so bleiben nur einige wenige Möglichkeiten für die Verteilung der Endverankerungen 6 an den Schwellenenden 5, deren wichtigste in den Fig. 3 und 5 dargestellt sind.
Die Fig. 2 und 3 zeigen die Zusammenfassung von jeweils zwei Spannelementen 4a, 4b und 4c, 4d zu jeweils einem Spannelementpaar. Die Spannelemente 4a, 4b bzw. 4c, 4d eines jeden Spannelementpaares besitzen jeweils gleich große, aber gegensinnig verlaufende Neigung in Bezug auf die Schwellenlängsachse L-L (Fig. 1) und verlaufen in zueinander parallelen horizontalen Ebenen (Fig, 2 und 3). Die Neigungen zueinander und die Abstände der jeweils ein Paar bildenden Spannelemente 4a, 4b bzw. 4c, 4d voneinander sind so gewählt, daß keine Torsionsmomente auftreten. Die Endverankerungen 6 sind an beiden Schwellenenden 5, 5′ in gleicher Weise angeordnet.
In einer der Fig. 3 entsprechenden Darstellung ist in Fig. 5 noch angedeutet, wie die ein Paar bildenden Spannelemente 4c und 4d auch jeweils zwischen den das andere Paar bildenden Spannelementen 4a und 4b angeordnet sein können, um das Entstehen von Torsionsmomenten zu vermeiden.
Ausgehend von diesen beiden grundlegenden Ausführungsformen mit jeweils vier einzelnen geraden Spannelementen 4 lassen sich je nach Bedarf und Belastung durch Vervielfachung der Spannelemente 4 noch weitere andere Möglichkeiten für die Verteilung der Endverankerungen 6 schaffen. Auch die Einfügung einzelner, in der vertikalen Ebene V-V liegender und parallel zur Schwellenlängsachse L-L verlaufender Spannelemente ist möglich.
Um die Anzahl der Endverankerungen zu verringern ist es bei Spannbetonschwellen bekannt, haarnadelförmige Bewehrungselemente zu verwenden, die man sich dadurch entstanden denken kann, daß jeweils zwei gerade Spannelemente an einem Ende durch ein gekrümmtes Teil zu einer Montageeinheit verbunden sind. In den Fig. 6 bis 9 ist eine Spannbetonschwelle dargestellt, deren Schwellenkörper 11 wiederum zwei breite, durch ein schlankes Mittelteil 13 verbundene Auflagerkörper 12, 12′ aufweist und mit in dieser Weise zu Haarnadeln verbundenen Spannelementen 14 bewehrt ist. Dabei ist, ähnlich wie in Fig. 5, die Anordnung so getroffen, daß jeweils zwei Spannelemente 14a und 14b bzw. 14c und 14d ein Paar bilden, hier jedoch an einem Ende durch jeweils eine Schlaufe 17 miteinander verbunden sind. Die Ankerschlaufen 17 sollen möglichst rechtwinklig zueinander liegen, um die aus der Kraftumlenkung entstehenden Spaltzugkräfte zu verringern (Fig. 8). Aus den Fig. 6 und 7 läßt sich die Lage der schlaufenartigen Umlenkstellen 17 am Schwellenende 15′ ersehen. Die Fig. 8 und 9 zeigen den Verlauf der Spannelemente 14 im Schwellenquerschnitt über die Länge der Schwelle und die Anordnung der Verankerungen am Schwellenende 15.

Claims

Eisenbahnschwelle aus Spannbeton mit einem monolithischen Schwellenkörper (1, 11) aus zwei die Befestigungsteile für die Schienen tragenden Auflagerkörpern (2, 2′, 12, 12′) und einem diese verbindenden Mittelteil (3), das einen geringeren Querschnitt aufweist als die Auflagerkörper (2, 2′ bzw. 12, 12′), wobei die Bewehrung des Schwellenkörpers (1, 11) aus einzelnen Spannelementen (4, 14) in Form von Stahlstäben, -drähten oder -litzen besteht, die einander in Schwellenmitte in einer vertikalen Ebene (V-V) kreuzen und von dort aus strahlenartig geradlinig zu den Schwellenenden (5, 5′, 15, 15′) verlaufen, wo sie Endverankerungen (6) in Form von Ankerkörpern, Haftverbund oder lediglich an einem Schwellenende vorgesehenen Schlaufen (17) aufweisen, die gleichmäßig über die Querschnittsflächen der Schwellenenden (5, 5′, 15, 15′) verteilt sind.
Spannbetonschwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei unter gleichem Winkel, aber gegensinnig gegen die Schwellenachse geneigt, in zueinander parallelen Ebenen verlaufende Spannelemente (4a, 4b bzw. 4c, 4d) ein Spannelementpaar bilden.
Spannbetonschwelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Spannelementpaare (4a, 4b bzw. 4c, 4d) übereinander angeordnet sind.
Spannbetonschwelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Spannelementpaar (4c, 4d) zwischen den ein weiteres Spannelementpaar bildenden Spannelementen (4a, 4b) angeordnet ist.