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Messtechnische Validierung der Modelle zum Langzeitverhalten der Gleis-Tragwerks-Interaktion

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[Quelle: http://d-nb.info]

Im modernen Eisenbahnoberbau werden die Schienen durchgehend verschweißt. Bei der Führung des lückenlosen Gleises über eine Brücke entstehen infolge der Kopplung zwischen Gleis und Tragwerk Interaktionseffekte bei Längsbewegungen des Überbaus. Diese äußern sich im Bereich der Brücke durch zusätzliche Schienenspannungen, durch relative Gleisverschiebungen zum Überbau bzw. zum Planum sowie durch zusätzliche Längskräfte in den Brückenlagern. Diese Effekte nehmen mit wachsender Bauwerkslänge zu und müssen zur Gewährung der Integrität und Verkehrssicherheit des Gleises begrenzt werden. Deshalb spielt diese Wechselwirkung eine maßgebende Rolle beim Entwurf von langen Brücken sowie bei der Ausbildung des Oberbaus auf den Bauwerken. Grundlage für den Nachweis der Gleis-Tragwerks-Interaktion ist die rechnerische Ermittlung der Interaktionseffekte anhand eines Modells. Die in den 1980er Jahren entwickelten Modelle müssen für die heutigen Oberbauformen überprüft werden, um eine qualifizierte und abgesicherte Prognose der Einwirkungen für den Nachweis zu ermöglichen. In der vorliegenden Arbeit werden die Modelle zur Prognose der Effekte aus Langzeiteinwirkungen für den Schotteroberbau und für die Feste Fahrbahn auf Basis von umfangreichen Messungen an Talbrücken überprüft. Die Arbeit ist in drei Blöcke untergliedert. Im ersten Block erfolgt eine umfangreiche Literaturrecherche als Grundlage für das Verständnis des bestehenden Nachweises und der heutigen im Regelwerk vorgegebenen Modelle und Grenzwerte. Im zweiten Block werden zwei für die Modellbildung und Berechnung maßgebenden Eigenschaften des Tragwerks messtechnisch charakterisiert: das Überbauverformungsverhalten aus Temperatur, Kriechen und Schwinden für eine Betonbrücke und die Unterbausteifigkeit der als längsfesten Punkte ausgebildeten Pfeiler für eine Talbrücke. Anhand der experimentellen Ergebnisse wird gezeigt, dass diese im Modell angesetzten Tragwerksparameter in der Realität deutlich von den Annahmen aus Materialkonstanten oder aus Teilmodellen abweichen können. Im dritten Block werden wichtige Erkenntnisse zu den verwendeten Modellen des Längsverschiebewiderstands im Gleis und zur Prognose der zusätzliche Schienenspannungen infolge Langzeiteinwirkungen gesammelt. Die angewandte Auswertemethodik ermöglicht eine direkte messtechnische Erfassung des Längsverschiebewiderstands unter realen Randbedingungen. Bei der überwachten Brücke mit Schotteroberbau werden deutliche Reserven ausgewiesen. Bei der Brücke mit Fester Fahrbahn werden die Modelle weitestgehend validiert.

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Bücher, Broschüren

Sebastian Rapp
Neues verkehrswissenschaftliches Journal - Ausgabe 21
Neues Verkehrswissenschaftliches Journal -NVJ-, Band 21
Modell zur Identifizierung von punktuellen Instabilitäten am Bahnkörper in konventioneller Schotterbauweise
2017, 244 S., 100 Farbabb. 220 mm, Softcover
Books on Demand

 

 

Die Existenz von punktuellen Instabilitäten - sogenannten Schlammstellen - am Bahnkörper in Schotterbauweise ist seit Beginn des Eisenbahnbaus bekannt. Durch das Aufweichen des bindigen Bodens im Unterbau/Untergrund sowie das Aufsteigen von feinkörnigem Bodenmaterial unter Verkehrsbelastung kann sich die Tragfähigkeit und damit einhergehend die Gleislage in kurzem Zeitraum rapide verschlechtern. Um die Steifigkeits- sowie die Dämpfungsverhältnisse am Bahnkörper rechtzeitig vor einer einsetzenden signifikanten Schädigung zu erfassen, sind bislang Aufschlüsse mittels Bohrungen notwendig, die einen erhöhten Aufwand hervorrufen. Eine zerstörungsfreie Prüfung am Bahnkörper ist jedoch bis jetzt nicht befriedigend möglich. Gerade die kontinuierliche Erfassung des Qualitätszustands eines Bahnkörpers, besonders nach einer Instandsetzungsmaßnahme aufgrund einer punktuellen Instabilität oder deren Erkennung, verlangt eine für die Praxis leicht anwendbare sowie zerstörungsfreie Methode, die idealerweise auch im laufenden Betrieb nutzbar ist. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Entwicklung eines theoretischen Verfahrens zur zerstörungsfreien Erfassung der Bodenverhältnisse am Bahnkörper in konventioneller Schotterbauweise sowie der Modellierung einer punktuellen Instabilität als periodischer Längshöhenfehler.

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Forschungsberichte

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Wolfgang Weiberg, Dieter Hilliges
Weiterentwicklung des schotterlosen Oberbaus/Bauart Rheda, fuer durchgehendes Gleis, Weichen und Tunnel. Schlussbericht
1987, 31 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Vorhaben wurden die Anforderungen an den schotterlosen Oberbau/Bauart Rheda zusammengestellt und entsprechend der Bearbeitung fortgeschrieben. Die technisch-wirtschaftliche Optimierung der Spannbetonschwelle fuer die speziellen Anforderungen in der Festen Fahrbahn (modifizierte Rheda-Schwelle) fuehrte zur Herstellung von Musterschwellen fuer Pruefstandversuche. Diese Schwellen ermoeglichen ein Befahren des aufgespindelten Gleises durch schienengefuehrte Fahrzeuge. Regelquerschnitte fuer die Bauart Rheda auf Erdplanum und im Tunnel unter besonderer Beachtung der Befahrbarkeit des Oberbaues durch Strassenfahrzeuge zu Rettungszwecken, tunnelspezifischer Schallschutz- und Entwaesserungsmassnahmen und von Ueberlegungen zum Entgleisungsfall wurden erarbeitet. Im Hinblick auf das Betonieren der Ortbetontragplatte bei Ueberhoehungen bis ue=150mm und den Reparaturfall wurden in Versuchen geeignete Betonzusammensetzungen und Betoniertechniken entwickelt. In Bauablaufstudien wurden die Reparatur und Erneuerung der festen Fahrbahn untersucht. Die Erfahrungen aus dem Bau des schotterlosen Oberbaus/Bauart Rheda im Muehlbergtunnel (NBS Hannover-Wuerzburg) wurden gesammelt und fuer das Vorhaben ausgewertet. (-z-)

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Zeitschriftenartikel

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Roth, Sebastian; Stumpf, Christoph; Ritlewski, Thomas
Herausforderungen mit direkten Schienenbefestigungen auf Brücken. Auf vier Eisenbahnüberführungen mit Fester Fahrbahn und elastischer Schienenlagerung ECF kommt auf der rechten Rheinseite nun ein Trägerplattensystem mit modifizierter ECF-Schienenbefestigung zum Einsatz
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Auer, Florian; Antony, Bernhard
Präzise Gleislage durch innovative Stopfmaschinen. Teil 1: Entwicklung der Bodenverdichtung
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40 Jahre FFU-Kunstholz-Eisenbahnschwelle. Teil 3: Anwendungen und Zusammenfassung
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Liu, Jia; Farine, Jean-Michel
Renaissance des Stahlschwellenoberbaus. Neue, isolierende und elastische Schienenbefestigung für Stahlschwellen steht der Bahnwelt zur Verfügung
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Monnier, Jean-Louis; Miauton, Jacques
Die "Renaissance" der Stahlschwelle. Mit ihren Gebrauchseigenschaften sowie unter den heutigen Produktions- und Einbaubedingungen ist die Stahlschwelle eine nachhaltige Alternative zur Betonschwelle
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