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Produkte Dissertation Längskraftabtragung bei Eisenbahnbrücken unter Temperatureinwirkung

Längskraftabtragung bei Eisenbahnbrücken unter Temperatureinwirkung (Softcover)

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Details zur Dissertation

Autor
Martin Klaus
Erscheinungsjahr
2003
Herausgeber
Univ. Hannover, Institut für Massivbau, Nabil A. Fouad, Jürgen Grünberg
Bibliografische Angaben

247 Seiten, zahlr. Abb., Lit.

Softcover

Fraunhofer IRB Verlag

ISBN 9783816764090

Sprache
Deutsch
Der Betrieb der Eisenbahn, speziell der Hochgeschwindigkeitsverkehr, erfordert Trassen mit großen Radien, kleinen Gradienten und weichen Übergängen zwischen Kuppen und Wannen. Um dies zu gewährleisten ist unter anderem eine Vielzahl von Brücken mit zum Teil großen Tragwerkslängen erforderlich.
Jeder Übergang zwischen dem Dammbereich und der Brücke stelle eine mögliche Störstelle dar, insbesondere dann, wenn ein Schienenauszug erforderlich wird, um die Zwangkräfte in den Schienen, hervorgerufen durch die Verformung der Brücke, zu reduzieren.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden die physikalischen Zusammenhänge erörtert und verbesserte Berechnungsmethoden dargestellt, die detaillierter als bisherige Modelle auf die realen Verhältnisse der Kopplung zwischen Gleis und Brücke eingehen. Es werden die Einflüsse maßgeblicher Randbedingungen aufgezeigt und diskutiert.
Die wesentliche Ursache für die Zwangkräfte in den Schienen resultieren aus der klimatischen Temperatureinwirkung auf die Schienen und das Brückentragwerk. Daher sind die erforderlichen Grundlagen für eine Temperaturanalyse von Eisenbahnbrücken und Schienen zusammenfassend dargestellt und speziell für Eisenbahnbrücken in Massivbauweise aufbereitet worden. Durchgeführte Sensitivitätsanalysen hinsichtlich der Randbedingungen und Materialparameter lassen den Einfluss von Berechnungsannahmen auf das nichtlineare Temperaturfeld von Betonhohlkastenbrücken erkennen, womit eine allgemeine Wertung von Berechnungsannahmen bei der Temperaturanalyse von Brücken möglich wird.
Die numerische Analyse unter Verwendung der entwickelten Modelle zur Längskraftabtragung im Vergleich zu ausgewerteten Messergebnissen zeigt, dass die Berechnungsvorschriften der DS 804 hinsichtlich der Längskraftabtragung bei Eisenbahnbrücken unter Temperatureinwirkung zu ungünstigeren Ergebnissen führen, als sich dies aus den vorliegenden Langzeitmessungen ableiten lässt.

Bezeichnungen

1 Zielsetzung

2 Entwicklung des durchgehend geschweißten Gleises

3 Längskraftkopplung zwischen Gleis und Brücke

3.1 Allgemeines

3.2 Experimentelle Grundlagen zum Längsverschiebewiderstand

3.2.1 Durchgeführte Versuche und Messungen

3.2.2 Bewertung der Messergebnisse und Schlussfolgerungen

3.3 Zeitabhängigkeit des Längsverschiebewiderstandes

3.4 Berechnungsmodelle für die Längskraftkopplung und Längskraftverschiebungsgesetze

3.5 Mathematische Modellierung zur Prognose des Verhaltens des Schotterbetts

3.5.1 Allgemeine physikalische Eigenschaften kohäsionsloser granularer Stoffe

3.5.2 Allgemeine mathematische Modelle für granulare Stoffe

3.6 Kontinuumsmechanisches Modell oder Diskretes Modell

3.7 Modell des differenzierten Längskraftverschiebungsgesetzes

3.7.1 Einwirkungen und Lastabtrag bei der Längskraftkopplung

3.7.2 Kraft-Verformungsverhalten bei der Längskraftkopplung

3.7.3 Der Gleisrost

3.7.4 Das Verformungsverhalten des Schotterbetts

3.7.5 Reibung zwischen Beton und Schotter

3.7.6 Unterschottermatte, Schutzbeton und Abdichtung der Fahrbahn

3.7.7 Numerisches Modell für beliebige eindimensionale Stoffgesetze

3.7.8 Einfluss unterschiedlicher Längskraftverschiebungsgesetze auf die Schienenspannungen

4 Mechanische und numerische Modellbildung für das Tragwerk

4.1 Berechnungsgrundlagen

4.2 Modelltypen

4.2.1 Erläuterung des Modelltyps 2

4.2.2 Gegenüberstellung von räumlicher und ebener Modellierung

4.2.3 Vergleichsrechnungen

4.3 Modellparameter und Einwirkungen

4.3.1 Allgemeines

4.3.2 Unterbausteifigkeiten

4.3.3 Die Lagerreibung

4.3.4 Temperatureinwirkungen auf Brücke und Schienen

4.3.5 Schwind- und Kriecheinflüsse des Betons

4.4 Auswirkungen der Modellparameter

4.4.1 Mehrteilige Überbauten (Einfeldträgerketten)

4.4.2 Durchlaufträger und gekoppelte Systeme

4.4.3 Berechnung der zusätzlichen Schienenspannungen für die Breitenbach Talbrücke (ohne Bremsen und Anfahren) nach [DS 804]

5 Temperaturanalyse einer Brücke

5.1 Grundlagen der Wärmeübertragung

5.2 Temperaturfeldberechnung

5.3 Modellierung der Temperaturfeldrandbedingungen

5.3.1 Konvektiver Wärmeübergang

5.3.2 Wärmestrahlung technischer Oberflächen

5.3.3 Solarstrahlung

5.3.4 Einfluss der terrestrischen Umgebung auf die Strahlungsbilanz

5.3.5 Strahlungsaustausch innerhalb des Überbaus sowie der Umgebung

5.3.6 Stoffparameter

5.3.7 Numerisches Modell für die Temperaturfeldberechnung

5.4 Temperaturanalyse des Überbaus der Breitenbachtalbrücke

5.5 Sensitivitätsanalyse der Randbedingungen und Materialparameter des Querschnitts

5.5.1 Einfluss der Windgeschwindigkeit auf die Konvektionsbeiwerte

5.5.2 Einfluss der Außenlufttemperatur auf den Temperaturverlauf

5.5.3 Einfluss der gewählten Anfangstemperatur auf den Temperaturverlauf

5.5.4 Einfluss der thermophysikalischen Materialparameter des Schotters

5.5.5 Einfluss der thermophysikalischen Materialparameter des Betons

5.5.6 Einfluss des Zustroms der Außenluft

5.5.7 Einfluss der solaren Strahlung

5.6 Berechnung der Überbauverformungen aufgrund der Temperaturanalyse

5.7 Zusammenfassung und Ergebnisse der Temperaturanalyse

6 Gegenüberstellung von numerischer Analyse und Versuchsergebnissen

7 Zusammenfassung

8 Ausblick

9 Normen- und Literaturverzeichnis

Anlagen

Anlage 1: Übersicht über das Modell der Breitenbach Talbrücke

Anlage 2: Verlauf der Schienenspannungen, -verschiebungen und Tragwerksverschiebungen der Breitenbach Talbrücke unter Temperaturbeanspruchung des Tragwerks und der Schienen

Anlage 3: Temperaturberechnung

Anlage 3.1: Temperaturverteilung in ausgesuchten Punkten des Überbaus der Breitenbach Talbrücke unter Berücksichtigung der Sonnenstrahlung

Anlage 3.2: Temperaturverteilung in ausgesuchten Punkten des Überbaus der Breitenbach Talbrücke unter Vernachlässigung der Sonnenstrahlung

Anlage 4: Mit unterschiedlichen Längskraftverschiebungsgesetzen berechnete Schienenspannungen im Vergleich zu Messwerten im Zeitraum November 1990 bis November 1991 für die Breitenbach Talbrücke

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