DE10111935C2

DE10111935C2 - Horizontalkraftlager für Brücken, im besonderen für Eisenbahnbrücken

Info

Publication number: DE10111935C2
Application number: DE2001111935
Authority: DE
Inventors: Karl Gerhards
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-03-13
Filing date: 2001-03-13
Publication date: 2003-07-03
Anticipated expiration: 2021-03-14
Also published as: DE10111935A1

Description

Die Erfindung ist ein Horizontalkraftlagerungssystem für Brücken. Hori zontalkraftlager mit gemäß der Erfindung beanspruchungsabhängig gestalteten Kraftverformungseigenschaften in Brückenlängsrichtung, wie sie im Anspruch 1 beschrieben sind, verbinden die Brückentragwerke 3 miteinander und - sofern erforderlich - mit ihren Unterbauten zu einem statisch unbestimmten Tragsy stem mit gezielt bemessenen Kraftverformungseigenschaften und Tragfunktio nen der Horizontalkraftlager in Brückenlängsrichtung. Vor allem die durchlau fenden Schienen und Pfeiler von Eisenbahnbrücken mit Festen Fahrbahnen werden durch die Erfindung wirksam entlastet.

Es ist Stand der Technik, über Eisenbahnbrücken lückenlos ver schweisste Schienen durchzuführen sowie Brücke mit Gleis- und Fahrbahnkon struktion durch Reibungsverbund miteinander zu verbinden. Als Gleis- und Fahrbahnkonstruktionen sind hierbei Querschwellengleise mit Schotterbett und Feste Fahrbahnen gebräuchlich.

Das lückenlose Verschweissen verhindert temperaturbedingte Längen änderungen und Lageveränderungen der Schienen. Diese Zwangsbedingun gen erzeugen somit keine Bewegungen, sondern Eigenspannungen in den Schienen. Im Sommer entstehen durch die temperaturbedingten Stauchungen Druckkräfte, im Winter durch Dehnungen Zugkräfte. Die neutrale Verspannung stemperatur der Schienen ist so festgelegt, dass die temperaturbedingten Zwängungsspannungen im ungestörten Gleis im Sommer Gleisverwerfungen und im Winter Schienenbrüche zuverlässig ausschliessen.

Die temperaturbedingten Längenänderungen der Brücke verändern die Kontinuität und Gleichmäßigkeit dieses Eigenspannungszustandes. Die tempe raturbedingten Längenänderungen der Brücke erzwingen zwischen Brücke und Gleiskonstruktion die Überwindung der Bewegungswiderstände und mit der Länge der Brücke zunehmende durch den Reibungsverbund erzeugte Längskräfte in Schienen und Brücke. Diese zusätzlichen Längskräfte der Schienen beeinflussen die Sicherheit des Fahrweges.

Die mechanischen Eigenschaften des Reibungsverbundes der Schienen mit den Brücken sind bei Schotterbettgleisen durch In-Situ-Messungen und Versuche bekannt. Für die Berechnung der zusätzlichen Schienenlängskräfte, die beim Überwinden der Bewegungswiderstände durch temperaturbedingte Längenänderungen der Brücken und beim Abtragen der Brems- und Anfahr kräfte entstehen, enthält das Regelwerk der Deutschen Bahn AG detaillierte Vorschriften. Bauweise und Regeln zum Nachweis der brückenspezifischen zu sätzlichen Schienenlängskräfte, die aus Sicherheitsgründen nicht überschritten werden dürfen, werden seit dem Bau der Neubaustrecke Hannover-Würzburg angewandt und sind Stand der Technik. Die Anforderungen, die bezüglich der zusätzlichen Schienenlängskräfte erfüllt sein müssen, sind seit Längerem Inhalt des Regelwerks der Deutschen Bahn AG und gelten als anerkannte Regeln der Technik.

Bei der Umsetzung der sicherheitsrelevanten Regeln hat sich gezeigt, dass die Erfüllung dieser Anforderungen die bautechnisch möglichen Entwurfs- und Konstruktionsparameter einer Brücke sehr stark beeinflusst und die Wirt schaftlichkeit von machbaren Brückenentwürfen wesentlich mitbestimmt. In ei ner längeren Talbrücke als Einfeldträgerbrückenkette mit mehreren hintereinan der angeordneten einfeldrigen Brückentragwerken lassen sich die brückenspe zifischen zusätzlichen Schienenlängskräfte nur auf das zulässige Mass begren zen, wenn die Unterbauten eine mit erheblichem Aufwand bemessene ausrei chend grosse und über die gesamte Brückenlänge möglichst gleichmäßige Längskraftsteifigkeit zur Übertragung der Brems- und Anfahrlasten haben.

Ohne zusätzliche Sonderkonstruktionen zur Längskraftübertragung las sen sich die sicherheitsrelevanten Anforderungen bei längeren Talbrücken als Einfeldträgerbrückenkette nur bis zu Pfeilerhöhen von etwa 15 m und nahezu konstanten Längskraftsteifigkeiten der Unterbauten erfüllen. Einfeldrige Eisen bahnbrücken sind bis zu Spannweiten von etwa 60 m möglich.

Bekannte Sonderkonstruktionen zur Längskraftübertragung sind gemäss Anlage 9A der Vorschrift für Eisenbahnbrücken und sonstige Ingenieurbauwer ke der Deutschen Bahn AG (DS 804) Steuerstäbe und Kriechkopplungen.

Darüber hinaus sind längere Talbrücken bei grösseren Pfeilerhöhen mit durchlaufenden Brückenkonstruktionen und Festpunkten zur Übertragung gros ser Horizontallasten auf einem Widerlager oder gegebenenfalls in Brücken mitte möglich, wobei über den beweglichen Brückenlagern dieser Entwurfslö sungen mit Hilfe von Schienenauszügen die Schienen unterbrochen werden müssen.

Beim Bau der Neubaustrecke Köln-Rhein/Main wird z. Zt. zum ersten Mal in nennenswertem Umfang auf langen Talbrücken, die teils als durchlau fende Brückenkonstruktionen und teils als Einfeldträgerbrückenketten ausgebil det sind und grosse Pfeilerhöhen haben, die Feste Fahrbahn Bauart Rheda eingesetzt.

Die mechanischen Eigenschaften des Verbundes zwischen den Brücken und Schienen sind bei Schotterbettgleisen und Festen Fahrbahnen sehr unter schiedlich.

Während beim Schotterbettgleis der reibenden Bewegung auf der Brüc kenfahrbahn die elastisch-plastische Nachgiebigkeit des Schotterbettes mit de gressiver Kraftverformungslinie vorgeschaltet ist, ist bei der Festen Fahrbahn z. B bei der Bauart Rheda auf Brücken bereits bei virtuell kleinen Relativbewegun gen der volle Bewegungswiderstand zwischen Schienen und Brücke (Durch schubwiderstand) wirksam, solange die Dilatationsbewegungen der Brücke größer sind als die durch die brückenspezifischen Längskraftwirkungen verur sachten Dehnungen der Schienen.

Beim Schotterbettgleis wächst der Bewegungswiderstand zunächst mit degressiver Kraftverschiebungslinie von 0 auf den maximalen Wert, der zudem um 50% kleiner ist als der Bewegungswiderstand (Durchschubwiderstand) beim Einsatz der Festen Fahrbahn. Beim Schotterbettgleis sind die mechani schen Eigenschaften des Verbundes weder konsistent noch reversibel, weil die Scherspannungszustände des Schotterbettes durch den Zugverkehr dynamisch weg gerüttelt werden. Die mechanischen Eigenschaften des Verbundes der Fe sten Fahrbahn mit der Brücke sind dagegen konsistent und reversibel. Der um 50% grössere Bewegungswiderstand wirkt fast schlupflos. Durch Relativbewe gungen eingeprägte Längskräfte werden "eingefroren". Sie verändern sich erst nach Änderung der Relativbewegungen.

Die mechanischen Eigenschaften des Verbundes zwischen Brücke und Schienen und die schlupflos feste Verbindung der Brücke mit den Schienen in Querrichtung machen die Schienen einer Festen Fahrbahn intensiver als beim Einsatz von Schotterbettgleisen zu einem nicht unwesentlich mitwirkenden Ele ment des Brückentragwerks. Den bereits durch die Fahrwegfunktionen hoch beanspruchten Schienen werden durch den Verbund mit der Brücke bei allen Tragfunktionen und Verformungen der Brücke größere Zwangskräfte zugewie sen. Die Schienen müssen über den Auflagerfugen ausserdem grössere Brems- und Anfahrlasten zwischen den Brückentragwerken und an den Brückenenden übertragen.

Die im Vergleich mit dem Schotterbettgleis anderen Verbundeigenschaf ten der Festen Fahrbahn führen somit zu anderen Wechselwirkungen zwischen Schienen und Brücke. Das technische Regelwerk der Deutschen Bahn AG ent hält z. Zt. nur wenige Vorschriften für den Nachweis dieser Kraftwirkungen.

Im Zusammenhang mit der erfindungsgemässen Aufgabenlösung wurden für die mechanischen Eigenschaften des Verbundes zwischen Brücke und Schienen einer Festen Fahrbahn Bauart Rheda auf Brücken alle Wechselwir kungen zwischen Brücke und Schienen untersucht und Nachweisverfahren ab geleitet.

Die Untersuchungen belegen, daß anders als bei Schotterbettbrücken neben den Zwängungen aus Temperaturänderungen und der Lastabtragung der Brems- und Anfahrkräfte auch andere Tragfunktionen und Verformungen der Brücke zu Schienenbeanspruchungen führen, die die Zuverlässigkeit und Dau erhaftigkeit des Fahrweges beeinflussen.

Da die Untersuchungsergebnisse noch nicht veröffentlicht sind, werden sie für das Beispiel einer Einfeldträgerbrückenkette hier insoweit dargestellt, als ihre Kenntnis zum Verständnis der Vorteilhaftigkeit von Merkmalen der Erfin dung erforderlich ist.

Im folgenden wird das Tragsystem einer Einfeldträgerbrückenkette und sein Zusammenwirken mit den Schienen einer Festen Fahrbahn dargestellt.

Das Tragsystem besteht aus den hintereinander angeordneten statisch bestimmten einfeldrigen Brückentragwerken, die auf Pfeilern lagern, die eben falls äußerlich statisch bestimmt gelagert sind. Dieses statisch bestimmte Brüc kensystem wird durch den Reibungsverbund mit den durchlaufenden Schienen zu einem statisch unbestimmten Rahmensystem, in dem die Brückentragwerke als Riegel über den Auflagerfugen durch die Schienen miteinander verbunden sind. Eine schlupflos kraftschlüssige Lagerung der Schienen in Querrichtung macht eine vielfeldrige Brücke auch in horizontaler Richtung quer zur Brüc kenachse zu einem durchlaufenden biege- und schubfesten System.

Bei Wind in Brückenquerrichtung, unterschiedlicher Erwärmung der Längsseiten der Brücken, Fliehkraft, Seitenstoss und Pfeilerschiefstellungen durch ungleichmässige Setzungen der Pfeilergründungen können sich horizon tale Knickwinkel zwischen den Brückentragwerken einstellen.

Bei der Festen Fahrbahn bildet sich dieser Knickwinkel durch die querfe ste Verbindung der Schienen mit der Brücke zwischen hintereinander liegenden Brückentragwerken fast ohne Ausrundung in den Schienen über der Auflagerfu ge ab.

Beim Schotterbettgleis entsteht durch die Rahmensteifigkeit des Gleises in Verbindung mit der relativ weichen Kraft-Verformungs-Charakteristik des Querverschiebewiderstandes des Schotterbettes über der Auflagerfuge eine Ausrundung, die sich einem planmässigen Gleisradius überlagert.

Die fahrdynamischen Wirkungen eines Knicks zwischen hintereinander liegenden Brückentragwerken sind daher bei der Festen Fahrbahn kritischer zu beurteilen als beim Schotterbettgleis.

Darüber hinaus verursachen die Unterschiede des Verbundes zwischen Gleis und Brücke bei horizontalen Knickwinkel über der Auflagerfuge in den Schienen einer Festen Fahrbahn größere Längskräfte als beim Schotterbett gleis.

Weiterhin entstehen bei Verkehrsbelastung der Brücke größere Schie nenlängskräfte über der Auflagerfuge fester Lager.

Die Brückenenden im Bereich fester Lager sind durch den Reibungsver bund der durchlaufenden Schienen zwischen den Schienen und den längsfe sten Brückenlagern elastisch eingespannt. Bei Verdrehung um den Auflager drehwinkel aus Verkehr entsteht durch die Einspannwirkung des Brückenend querschnittes ein Kräftepaar, dessen Größe bestimmt ist durch die Längskraft federsteifigkeiten der längsfesten Brückenlager und der Schienen sowie der Grösse des Auflagerdrehwinkel aus Verkehr.

Die Längskraftsteifigkeit und Federwirkung der Schienen über den Aufla gerfugen ist besonders groß, wenn sich durch die Verkehrsbeanspruchung die Richtung der aus Temperaturwirkung vorhandenen Reibungskräfte umkehrt. Der Auflagerdrehwinkel aus Verkehr erzeugt Zugkräfte in den Schienen. Somit erzeugt eine Kombination aus temperaturbedingten Druckspannungen mit den Zugspannungen aus der Einspannwirkung die größten Schienenlängskräfte die ses Zwängungslastfalles.

Temperturbedingte Druckspannungen entstehen in den Schienen über der Auflagerfuge des Widerlagers bei fallendem Temperaturgradienten, über den Auflagerfugen der Pfeiler bei steigendem Temperaturgradienten.

Die Kraftverformungscharakteristik des Coulomb'schen Reibungsgeset zes bewirkt, daß sich mit jedem Vorzeichenwechsel des Temperaturgradienten die Richtung der Reibungskräfte in Auflagernähe umkehrt. Die temperaturbe dingten Schienenspannungsmaxima und -minima werden zwar nicht täglich durch die Tag-Nacht-Temperaturveränderungen erreicht. Um die bei Rich tungswechsel der Reibungskräfte in Rechnung gestellte größere Schienen längskraftsteifigkeit mit der Folge größerer Schienenlängskräfte zu erzeugen, reichen aber die im Wechsel von Tag und Nacht auftretenden Temperatur schwankungen aus.

Somit treten die für gleichsinnige und gegensinnige Überlagerungen er rechneten unterschiedlichen Längskraftsteifigkeiten und Längskraftwirkungen annähernd mit gleicher Häufigkeit auf.

Die errechneten Längskraftwirkungen über der Auflagerfuge der längsfe sten Lager, die durch Einspannwirkung bei den verkehrsbedingten Biegeverformungen entstehen, treten somit bei jeder Zugfahrt auf. Sie überlagern sich mit den größeren Biegebeanspruchungen der Schienen, die durch die geometri schen Unverträglichkeiten zwischen den Biegeverformungen der Brücke und der Solllage der Schienenstützpunkte entstehen.

Sie überlagern sich zusätzlich mit den Beanspruchungen aus einem hori zontalen Knickwinkel zwischen hintereinanderliegenden Brückentragwerken.

Die Überlagerung der verkehrslastbedingten Schienenlängsspannungen mit den durch geometrische Unverträglichkeiten erzeugten Biegespannungen führt in den Schienen über dem Auflager zu Zugrandspannungen in der Grö ßenordnung der planmäßig zulässigen Biegespannungen im Schienenprofil. Die Überlagerung dieser brückenenspezifischen Schienenspannungen mit den planmäßigen Biegespannungen aus Verkehr verdoppelt damit etwa die maxi male Schwingbreite der Schienenbeanspruchung bei Verkehrsbelastung.

Die Häufigkeit, mit der sich diese Längskraftspannungszustände und Biegebeanspruchungen ändern, macht diese Kraftwirkungen ermüdungswirk sam. Sie beeinträchtigen die Dauerhaftigkeit und Zuverlässigkeit des Fahrwe ges.

Diese brückenspezifische zusätzliche Beanspruchung ist im Winter ver gleichsweise kritischer zu beurteilen, wenn sich hohe Zugeigenspannungen der Schienen mit diesen Zusatzbeanspruchungen überlagern.

Die ermüdungswirksamen Beanspruchungen über den Auflagerfugen längsfester Lager vergrößern die Wahrscheinlichkeit von Schienenbrüchen über den Auflagerfugen. Potentielle Schienenbrüche an dieser Stelle sind besonders kritisch zu beurteilen, weil die Entspannungen der Schienen nach einem Schie nenbruch an dieser Stelle zu größeren Stoßlücken führt. Außerdem führen die geometrischen Unverträglichkeiten zwischen der Biegeverformung der Brücke und der Sollgeometrie der Schienenstützpunkte zu einem nicht unbeträchtlichen Höhenversatz über dem Brückenende.

Es ist weiterhin Stand der Technik, die Lagerung von Brücken auf einem allseitig festen Lager, im übrigen aber auf beweglichen Lagern mit geringen Be wegungswiderständen vorzunehmen, deren kinematische Freiheitsgrade so gestaltet sind, dass die horizontalen Lagerungsbedingungen statisch bestimmt sind oder aber nur einen geringen und definierten Grad statischer Unbestimmt heit aufweisen. Diese Lageranordnung vermeidet weitgehend - ausser der La gerreibung und der Rückstellkräfte-Zwängungskräfte infolge temperaturbe dingter Bewegungen und erlaubt eine einfache rechnerische Zuordnung hori zontaler äusserer Belastungen auf die Lager und ihre Unterbauten.

Nach dem derzeitigen Stand der Technik verbinden die durchlaufenden Schienen des Fahrwegs die hintereinander angeordneten Brückentragwerke einer Einfeldträgerbrückenkette zu einem komplexen statisch unbestimmten System. Hochbeanspruchte Schienen mit vergleichsweise geringen Biege-, Schub- und Normalkraftsteifigkeiten und Brückentragwerke mit großer Masse und großen Steifigkeiten sind durch den Reibungsverbund ein statisch unbe stimmtes System, dessen statisch unbestimmte und dynamische Wechselwir kungen nicht eindeutig definierbar und berechenbar sind. Für die Funktionen der Brücke ist diese statische Unbestimmtheit gerade wegen der großen Masse- und Steifigkeitsunterschiede von relativ geringer Bedeutung. Für die Funktionen des Fahrwegs haben diese Unterschiede genau die umgekehrte Wirkung. Für Pfeiler und Brücke belanglose Kraftwirkungen können für Höhe und Streuung der Schienenbeanspruchungen über den Auflagerfugen eine sehr große Be deutung haben.

Für den Fahrweg einer Hochgeschwindigkeitsstrecke garantiert die Gleichmäßigkeit der Elastizität der Schienenlagerung unter anderem ein gutmü tiges Beanspruchungskollektiv der dynamischen Wirkungen. Die technische Gestaltung der Kopplung der Schienen mit der Brücke nach dem Stand der Technik bedeutet für die Schienen über der Auflagerfuge eine extreme Unste tigkeit der mechanischen Eigenschaften der Schienenlagerung und damit eine erhebliche Beeinträchtigung dieses wichtigen Qualitätsziels. Nur ein gutmütiges Beanspruchungskollektiv mit einer geringen Höhe und Streuung der dynami schen Wirkungen und des dynamischen Lastzuwachses gewährleistet die Zu verlässigkeit und Wartungsarmut des Fahrwegs.

Aus Gründen der Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit des Fahrweges ist darum eine Verbesserung der technischen Gestaltung der Kopplung der Schienen mit den Brückentragwerken notwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es im besonderen, die Kopplung von Festen Fahrbahnen und durchgehend verschweissten Schienen mit den Brückentrag werken so zu verändern, dass zusätzliche Beanspruchungen der Schienen durch den Reibungsverbund mit den Brücken und die für die Zuverlässigkeit des Fahrweges nachteiligen Wirkungen der Unstetigkeit der Schienenlagerung über den Auflagerfugen weitgehend vermieden werden, die Erfüllung von sicherheits relevanten Anforderungen an die durch den Verbund mit den Brückentragwer ken erzeugten zusätzlichen Beanspruchungen der Schienen ihren Einfluss auf die Brückengestaltung verlieren und damit auch längere und höhere Talbrücken ausschliesslich nach gestalterischen, bautechnisch-konstruktiven und wirt schaftlichen Kriterien gestaltet werden können.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch eine quer kraftfeste und längskraftelastische Verbindung der Brückentragwerke miteinan der und falls vorteilhaft mit ihren Unterbauten. Die Aufgabenlösung ist ein Lage rungssystem mit Horizontalkraftlagern, deren Kraftverformungseigenschaften mit dem Optimierungsziel beanspruchungsabhängig gestaltet werden, für die Übertragung der Brems- und Anfahrlasten eine möglichst große resultierende Längskraftsteifigkeit, für die Aufnahme der temperaturbedingten Dilatationsbe wegungen der Brücke aber eine möglichst kleine resultierende Längskraftstei figkeit bereit zustellen.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ausfüh rungsarten für Horizontalkraftlager nach dem Anspruch 1 in Verbindung mit der Ausführung der in Brückenlängsrichtung biegsamen stählernen Konstruktionen nach einem der Ansprüche 2 oder 3 gelöst.

Für die beanspruchungsabhängigen Kraftverformungseigenschaften der Horizontalkraftlager werden in den Ansprüchen 2 und 3 zwei unterschiedliche erfindungsgemäße Aufgabenlösungen vorgeschlagen.

In Anspruch 2 wird Schutz begehrt für ein Horizontalkraftlager, dessen Kraftverformungseigenschaften in Brückenlängsrichtung durch Biegeträger aus mehrteiligen Verbundquerschnitten erzeugt wird, deren Querschnittsteile durch eine dauerhaft und bei allen Gebrauchstemperaturen der Brücke viskosen Ver bundfuge miteinander zu einem Verbundquerschnitt verbunden werden mit der Folge, dass bei schneller Veränderung der Beanspruchungshöhe eine große Biegesteifigkeit, bei langsamer Veränderung der Beanspruchungshöhe nur eine kleine Biegesteifigkeit wirksam ist.

In Anspruch 3 wird Schutz begehrt für ein Horizontalkraftlager, dessen Kraftverformungseigenschaften in Brückenlängsrichtung durch hybride Biege träger aus stählernen Querschnittsteilen erzeugt werden, die aus Stählen mit sehr unterschiedlichen Festigkeiten bestehen, deren Streckgrenzen sich um ein Vielfaches von einander unterscheiden. Die Querschnitte der hybriden Biege träger bestehen aus einem hochfestem Grundprofil und schub- und biegefest mit ihnen verbundenen Gurtplatten aus einem Stahl mit niedriger Streckgrenze. Die Horizontalkraftlager mit hybriden Biegeträgern nach Anspruch 3 haben zwei elastische Beanspruchungsbereiche mit unterschiedlich großen Biegesteifig keiten. Diese Biegesteifigkeiten unterscheiden sich um den Verhältniswert des Trägheitsmomentes des Gesamtquerschnitts zum Trägheitsmoment des Grundprofils aus hochfestem Stahl voneinander. Die Größe dieses Verhältnis wertes kann bemessen werden bis zu Beträgen in der Größenordnung von 100 mit der Folge, dass bei kleinen Längskräften in der Brücke, Umkehr der Bean spruchungsrichtung, und schneller Veränderung der Beanspruchungshöhe eine um diesen bemessenen Verhältniswert größere Biegesteifigkeit der hybriden Biegeträger und damit eine um diesen Verhältniswert größere Längskraftfeder steifigkeit der Horizontalkraftlager wirksam ist, nach Erreichen der Streckgrenze in den Gurtplatten bei gleichsinniger Zunahme der Verformungen aber nur noch die um diesen bemessenen Verhältniswert kleinere Biegesteifigkeit des hochfesten Grundprofils wirksam ist, so dass durch die Aufnahme der temperaturbe dingten Dilatationsbewegungen der Brücke nur relativ kleine Zwängungslängs kräfte entstehen.

Beim Abtragen der Bremslasten wirken dagegen die um diesen bemessenen Verhältniswert größeren Biegesteifigkeiten der hybriden Biegeträger und Längs kraftfedersteifigkeiten der Horizontalkraftlager. Horizontale Längskräfte zwi schen den Brückentragwerken und ihren Widerlagern werden daher beim Ab tragen horizontaler Lasten dominant von den Horizontalkraftlagern übernom men. Damit werden Voraussetzungen für eine wirtschaftlichere Gestaltung der Unterbauten der Brücken, hier besonders der Pfeiler von längeren Talbrücken geschaffen.

Gegenüber dem Stand der Technik hat die Erfindung im einzelnen folgende vorteilhafte Wirkungen.

- Gemeinsam mit den durchlaufenden Schienen, deren Mitwirkung als Riegel im Gesamtsystem der Brücke mit der Fahrbahnkonstruktion schädlich, aber unvermeidbar ist, übernehmen die Horizontalkraftlager 1, die mit einer vielfach größeren Längskraftsteifigkeit als die der Schienen ausgestattet wer den können, dominant die Riegelwirkung im Gesamtsystem Brücke - Fahr bahnkonstruktion - Schienen und entlasten damit die Schienen. Tragfähigkeit und Kraftverformungseigenschaften der Horizontalkraftlager 1 können so längssteif gestaltet werden, dass Brems- und Anfahrlasten nur an den Wi derlagern 5 der Brücke übertragen werden müssen, ohne dass unzulässig hohe Schienenbeanspruchungen entstehen. Auf die Mitwirkung schlanker Brückenpfeiler 4 kann rechnerisch verzichtet werden. Besondere Anforde rungen an die Unterbausteifigkeiten der Pfeiler 4 entfallen damit. Die Rie gelwirkung der Horizontalkraftlager 1 im Gesamtsystem erlaubt schlankere Brückenpfeiler 4 und erhebliche Aufwandsminderungen bei den Pfeiler gründungen.
- Die maximalen zusätzlichen Schienenbeanspruchungen durch die tempera turbedingten Längenänderungen der Brückentragwerke 3 werden durch symmetrische Lagerungsbedingungen der Brückentragwerke 3 gegenüber dem Stand der Technik annähernd halbiert.
- Die Biegeverformungen der Brückentragwerke 3 erzeugen nur noch geringe zusätzliche Schienenbeanspruchungen.
- Über der Auflagerfuge zwischen den Brückentragwerken 3 entstehen in den Schienen 2 keine unkontrollierbaren Zusatzbeanspruchungen in Querrich tung.
- Besonders große wirtschaftliche Vorteile sind möglich, weil durch Anwendung der Erfindung auch alle Bauarten der Festen Fahrbahn mit aufgesetzten Schwellen auf längeren Brücken eingesetzt werden können. Die Kraftverfor mungseigenschaften der Horizontalkraftlager 1 lassen sich so gestalten, dass die gesamte Fahrbahnkonstruktion - Oberbauplatte 20, Feste Fahr bahn und Schienen 2 - fugenlos über alle Auflagerfugen zwischen den ein zelnen Brückentragwerken 3 durchgeführt werden können, ohne dass Bau teile der Fahrbahnkonstruktion überbeansprucht werden. Fig. 15, Fig. 16 sowie die Ansprüche 6, 7, 8 und 9 beschreiben vorteilhafte Ausprägungen und Gestaltungsmerkmale einer modifizierten Längskraftkopplung zwischen den Brückentragwerken 3 und den Oberbauplatten 20 der Festen Fahr bahnen von Eisenbahnbrücken bzw. den Fahrbahnplatten 20 von Strassen brücken in Verbindung mit dem Einsatz der Erfindung.

Die Erfindung wird anhand der Fig. 1-16 erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Schematischer Längsschnitt durch die ersten vier Felder einer acht-feldrigen Talbrücke.

Fig. 2-4 Beispiele möglicher Querschnitte der in Brückenlängsrichtung biegsamen stählernen Konstruktionen der Horizontalkraftlager 1, deren Kraftverformungseigenschaften nach Anspruch 2 gestaltet sind.

Fig. 5-7 Beispiele möglicher Querschnitte der in Brückenlängsrichtung biegsamen stählernen Konstruktionen der Horizontalkraftlager 1, deren Kraftverformungseigenschaften nach Anspruch 3 gestaltet sind, wobei das Grundprofil 11 oder 13 aus hochfestem Stahl und die symmetrisch zum Grundprofil angeordneten Querschnittser gänzungen durch Gurtplatten 12 aus einem duktilen Stahl geringer Festigkeit und ausgeprägtem plastischen Fließbereich (z. B. St 37 /S 235) bestehen.

Fig. 8 Schematische Draufsicht auf die Brückenenden hintereinander liegender Brückentragwerke 3 mit einem Horizontalkraftlager 1 nach Anspruch 1 in Verbindung mit Anspruch 2 oder 3.

Fig. 9 Schematischer Längsschnitt durch das Horizontalkraftlager 1 nach Fig. 8.

Fig. 10 Schematische Draufsicht (Schnitt W-W) auf die Brückenenden hintereinander liegender Brückentragwerke 3 mit einem Horizon talkraftlager 1 nach Anspruch 1 in Verbindung mit Anspruch 2 oder 3.

Fig. 11 Schematischer Längsschnitt durch das Horizontalkraftlager 1 nach Fig. 10.

Fig. 12 Schematischer Längsschnitt durch die Brückenenden hintereinan der liegender Brückentragwerke mit einem Horizontalkraftlager 1 nach Anspruch 1 in Verbindung mit Anspruch 3, bei denen Z- förmig gebogene in Brückenlängsrichtung verformbare stählerne Konstruktionen 18, mit Querschnitten nach Fig. 6 oder 7 die bei den Brückenendquerschnitte querkraftfest und längskraftelastisch sowie biegesteif symmetrisch zur Schwerlinie 6 der Brückenquer schnitte 3 verbinden. Die Längskraftsteifigkeit der Horizontal kraftlager 1 wird von den Trägheitsmomenten der Querschnitte der in Brückenlängsrichtung verformbaren stählerne Konstruktio nen 18 und dem Versatzmaß d bestimmt.

Fig. 13 Schematischer Längsschnitt durch die Brückenenden hintereinan der liegender Brückentragwerke 3 mit einem Horizontalkraftlager 1 nach Anspruch 1 in Verbindung mit Anspruch 3, bei denen L- förmig gebogene in Brückenlängsrichtung verformbare stählerne Konstruktionen 19 mit Querschnitten nach Fig. 6 oder 7 mitein ander und den beiden Brückenenden querkraftfest und längskraf telastisch sowie biegesteif verbunden werden.

Fig. 14 Kraftverformungseigenschaften eines nach Anspruch 1 in Verbin dung mit Anspruch 3 gestalteten Horizontalkraftlagers 1 für den maximal möglichen temperaturbedingten Bewegungszyklus über einer Auflagerfuge. Für die maximal möglichen Längenänderungen über einer Auflagerfuge, die in Fig. 14 durch den Abstand der Punkte C bis E auf der Verformungsachse definiert sind und die von dem erfindungsgemäßen Horizontalkraftlager 1 aufgenom men werden müssen, entstehen Kraftverformungseigenschaften, die durch die Hysteresis-Fläche mit den Eckpunkten E, F, C, und D bestimmt sind.

Die Kraftverformungseigenschaften von Punkt A bis B gelten für die jungfräuliche Belastung nach kraftschlüssiger Montage der Ho rizontalkraftlager 1 bei einer Temperatur, die dem Mittelwert zwi schen dem Temperaturmaximum und -minimum der Brückentrag werke 3 entspricht.

Bei der Abtragung der Brems- und Anfahrlasten entstehen in den Horizontalkraftlagern 1 Kräfte in Brückenlängsrichtung, die sich den temperaturbedingten Längskräften gleichsinnig oder gegen sinnig überlagern. Ein Richtungswechsel der beiden Längskraftwir kungen führt bei der Übertragung der Brems- und Anfahrlasten zu einer Entlastung des temperaturbedingten Beanspruchungszu standes, der durch die Lastverformungslinie G-H bestimmt ist. Bei der Abtragung der Brems- und Anfahrlasten wirkt daher in die sem Falle das Trägheitsmoment des elastisch beanspruchten ganzen Querschnitts und damit die um das bemessbare Vielfache höhere Längskraftfedersteifigkeit.

Eine gleichsinnige Überlagerung temperaturbedingter Längskräfte mit Längskräften aus der Abtragung der Brems- und Anfahrlasten führt im plastischen Beanspruchungsbereich bei Belastung zu ei ner Lastverformungslinie I-J-K und bei der Entlastung zu der Lastverformungslinie K-L. Die Lastverformungslinie I-J bildet sich, solange die Belastungsgeschwindigkeit des Lastfalles Brem sen und Anfahren nicht zu einer Erhöhung der Streckgrenze der Gurtplatten 12 führt. Beim Halteruck des bremsenden Zuges ist die Belastungsgeschwindigkeit so groß, dass mit einer höheren Streckgrenze zu rechnen ist. Der Linienzug I-J-K-L geht da von aus, dass auf je der Hälfte der durch Übertragung von Brems lasten verursachten Horizontalverschiebung das plastische bezie hungsweise elastische Trägheitsmoment des Gesamtquerschnitt der in Brückenlängsrichtung biegsamen stählernen Konstruktionen wirksam ist. Die Entlastungslinie K-L ist elastisch und führt nach einem Bremslastfall im plastischen Beanspruchungsbereich zu ei ner Achsenverschiebung der Hysteresis-Fläche.

Fig. 15 Schematischer Längsschnitt durch zwei hintereinander liegende Brückentragwerke 3 einer vielfeldrigen Brücke mit Horizontal kraftlagern 1 nach Anspruch 1 in Verbindung mit Anspruch 4 und über den Auflagerfugen durchlaufenden Oberbauplatten 20 der Festen Fahrbahnen von Eisenbahnbrücken bzw. Fahrbahnplatten 20 von Strassenbrücken nach Anspruch 6, 7, 8 oder 9. Die Ober bauplatten 20 bzw. Fahrbahnplatten 20 sind nur noch auf einer Länge a um den Bewegungsruhepunkt R der temperaturbe dingten Dilatationen schubfest mit dem Brückentragwerk 3 ver bunden. In den Längenabschnitten b liegt die Oberbauplatte 20 bzw. Fahrbahnplatte 20 auf einer Gleitschicht 21, so dass Di latationsbewegungen der Brückentragwerke 3 keine Zwängungs beanspruchungen in der Oberbauplatte 20 bzw. Fahrbahnplatte 20 auslösen.

Fig. 16 Einen Längsschnitt gemäß Fig. 15 über der Auflagerfuge im De tail. Die Oberfläche des Brückentragwerks 3 ist unter der Ober bauplatte 20 bzw. Fahrbahnplatte 20 zwischen Auflagerlinie und Brückenende abgeschrägt, so dass Auflagerverdrehungen der Brücke durch Verkehrbeanspruchung in der Oberbauplatte 20 bzw. Fahrbahnplatte 20 keine Zwangsbeanspruchungen erzeu gen.

Die Fig. 8 bis 11 zeigen schematisch Draufsichten und Längsschnitte von Ausführungsbeispielen für die Gestaltung der statischen Systeme und Querschnitte der in Brückenlängsrichtung biegsamen stählernen Konstruktionen der Horizontalkraftlager 1, die sowohl für eine Gestaltung der Kraftverfor mungseigenschaften nach Anspruch 2 und 3 geeignet sind.

Die Fig. 8 und 9 zeigen ein Horizontalkraftlager 1 nach Anspruch 1 in Verbindung mit einem der Ansprüche 2 oder 3, bei der die in Brückenlängsrich tung biegsamen stählernen Konstruktionen 14 gelenkig an den Stegen des Brückenquerschnitts der beiden Brückenenden befestigte Biegeträger sind, die etwa in den Drittelspunkten ihrer Spannweite miteinander zug-, druck-, quer kraft- und gegebenenfalls biegefest durch stählerne Bauteile 15 verbunden sind.

Fig. 8 ist die Draufsicht. Sie zeigt schematisch das Horizontalkraftlager 1 im spannungslosen Zustand und gestrichelt die verformtem Achsen der in Brüc kenlängsrichtung biegsamen stählernen Konstruktionen nach Aufnahme der temperaturbedingten Verkürzungen und Verlängerungen der Brückenenden, die gemäß der schematischen Darstellung ΔI betragen und einem vollständigen temperaturbedingten Bewegungszyklus über einer Auflagerfuge entsprechen. Fig. 9 ist ein Längsschnitt. Die in Brückenlängsrichtung biegsamen stählernen Konstruktionen 14 sind in Höhe der Schwerlinie 6 der Brückentragwerke 3 und senkrecht über den Brückenlagern 16 angeordnet.

Die Fig. 10 und 11 zeigen ein Horizontalkraftlager 1 nach Anspruch 1 in Verbindung mit einem der Ansprüche 2 oder 3, bei dem einer der beiden Bie geträger 14 des Horizontalkraftlagers an einem Brückenende ersetzt wird durch eine unverschiebliche, starre Befestigung der stählernen Bauteile 15 mit einem Endquerträger 17.

Die Fig. 12 und 13 zeigen schematisch Längsschnitte von Ausfüh rungsbeispielen für die Gestaltung der statischen Systeme und Querschnitte der in Brückenlängsrichtung biegsamen stählernen Konstruktionen, die besonders vorteilhaft für eine Gestaltung der Kraftverformungseigenschaften nach An spruch 3 geeignet sind.

Die Fig. 12 zeigt den Längsschnitt eines Horizontalkraftlagers 1 nach Anspruch 1 in Verbindung mit Anspruch 3, bei der die in Brückenlängsrichtung biegsamen stählernen Konstruktionen Z-förmige Blechpakete 18 sind, deren Grundprofil 13 aus hochfestem Stahl und deren mindestens zwei Gurtplatten 12 aus einem Baustahl sehr kleiner Streckgrenze bestehen. Statisches System sind die Z-förmigen Blechpakete 18, die als Biegestäbe um das Versatzmaß d versetzt in den Endquerschnitten der Brückentragwerke 3 voll eingespannt sind. Mindestens zwei Z-förmig geformte Blechpakete 18 sind etwa in den Drittelspunkten der Brückenbreite in den Brückenendquerschnitten eingespannt. Sie können Zug- und Druckkräfte federnd und Querkräfte verformungsfrei über tragen. Zug- und Druckkräfte zwischen den Brückentragwerken 3 werden mit den erfindungsgemäßen Längskraftfedersteifigkeiten übertragen. Die Z-förmigen Blechpakete 18 sind symmetrisch zur Schwerlinie 6 mit den Brückenquer schnitten verbunden.

Die Fig. 13 zeigt den Längsschnitt eines Horizontalkraftlagers 1 nach Anspruch 1 in Verbindung mit Anspruch 3, bei der die in Brückenlängsrichtung biegsamen stählernen Konstruktionen L-förmige Blechpakete 19 sind, deren Grundprofil 13 aus hochfestem Stahl und deren mindestens zwei Gurtplatten 12 aus einem Baustahl sehr kleiner Streckgrenze bestehen.

Mindestens vier L-förmig geformte Blechpakete 19 sind etwa in den Drittel spunkten der Brückenbreite in den Brückenendquerschnitten eingespannt und in Höhe der Schwerlinie 6 der Brückentragwerke 3 zug-, druck-, querkraftfest miteinander verbunden. Sie können zwischen den Brückentragwerken Zug- und Druckkräfte federnd mit den erfindungsgemäßen Längskraftfedersteifigkeiten, Querkräfte aber verformungsfrei übertragen.

Die Ansprüche 2 und 3 beschreiben die kennzeichnenden Merkmale un terschiedlicher technologischer Möglichkeiten zur vorteilhaften Gestaltung der Kraftverformungseigenschaften der in Brückenlängsrichtung biegsamen stäh lernen Konstruktionen der Horizontalkraftlager 1.

Gemäß Anspruch 2 und den Fig. 2 bis 4 bestehen die Querschnitte der in Brückenlängsrichtung biegsamen stählernen Konstruktionen der Hori zontalkraftlager 1 aus Verbundträgern mit unterschiedlich großen Biegesteifig keiten bei kleinen und großen Beanspruchungsveränderungen pro Zeiteinheit. Mehrere Querschnittsteile 7 gemäß Fig. 2, 7 und 8 gemäß Fig. 3 und 8 gemäß Fig. 4 werden nicht unmittelbar, sondern über eine viskose Klebschicht 9 und das Verbinden der Querschnittsteile, die mit Langlöchern versehen sind, durch vorgespannte Schrauben 10 zu einem Verbundquerschnitt verbunden. Die Viskosität der Klebschicht 9 soll so gestaltet sein,

- dass bei allen Gebrauchstemperaturen der Brücke Bewegungen und Belastungen mit sehr kleinen Beanspruchungsveränderungen pro Zeiteinheit, wie zum Beispiel den temperaturbedingten Dilatationsbewe gungen der Brücke, vernachlässigbar kleine Scherkräfte in der viskosen Klebschicht 9 erzeugt werden und damit annähernd nur die Längskraft federsteifigkeit und Biegesteifigkeit wirksam ist; die sich aus den Träg heitsmomenten der Querschnittsteile ohne Verbundwirkung ergibt, und
- dass Bewegungen und Belastungen mit sehr großen Beanspruchungs veränderungen pro Zeiteinheit, wie zum Beispiel die Übertragung des Halterucks eines bremsenden Zuges, große Scherkräfte in der viskosen Klebschicht 9 erzeugen und damit annähernd die Längskraftfederstei figkeit und Biegesteifigkeit wirksam ist, die sich aus dem Trägheitsmo ment des Gesamtquerschnitts ergibt.

Gemäß Anspruch 3 und den Fig. 5 bis 7 bestehen die Querschnitte der in Brückenlängsrichtung biegsamen stählernen Konstruktionen der Hori zontalkraftlager 1 aus mehreren Querschnittsteilflächen 11 und 12, 13 und 12 mit sehr unterschiedlichen Festigkeiten, die durch Flankenkehlnähte und bezie hungsweise oder ein anderes geeignetes Verbindungsmittel zu einem Verbund querschnitt biege- und schubfest verbunden werden, wobei das Grundprofil 11 oder 13 aus hochfestem Stahl mit Streckgrenzen von bis zu 960 N/mm² und mehr besteht, die Gurtplatten 12 aber aus einem Stahl mit einer kleinen Streckgrenze, wie z. B. St 37 (S 235) bestehen.

Hybride Biegeträger mit diesen kennzeichnenden Merkmalen haben vier für die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe besonders vorteilhafte Eigen schaften:

- Bei niedrigen Beanspruchungen bis zum Erreichen der Streckgrenze in den Gurtplatten 12 wirkt eine besonders große Biegesteifigkeit, die vom Trägheitsmoment des aus dem Grundprofil und den Gurtplatten beste henden Gesamtquerschnitts bestimmt wird.
- Im plastischen Beanspruchungsbereich der Gurtplatten haben die hybri den Biegeträger nur noch eine Biegesteifigkeit, die vom Trägheitsmoment des hochfesten Grundprofils bestimmt wird. Da die Randdehnungen des hybriden Biegeträgers durch Zwängungen und die Abtragung von Lasten maximal etwa 4 Promill betragen können, kann eine Zunahme der Fe stigkeit im plastischen Beanspruchungsbereich des Gurtstahls bei Last steigerung nach Erreichen der Streckgrenze vernachlässigt werden.
- Bei Umkehr der Beanspruchungsrichtung wirkt auch im plastischen Be anspruchungsbereich der Gurtplatten immer die besonders große Biege steifigkeit, die vom Trägheitsmoment des aus dem Grundprofil und den Gurtplatten bestehenden Gesamtquerschnitts bestimmt wird.
- Bei sehr schneller Zunahme der Beanspruchung in den hybriden Biege trägern, wie zum Beispiel bei der Übertragung des Halterucks eines bremsenden Zuges, wirkt auch bei gleichsinniger Steigerung der Bean spruchung in den Gurtplatten im plastischen Beanspruchungsbereich ei ne höhere Festigkeit als die normgemäße Streckgrenze. Bei gleichsinni ger Überlagerung der Zwängungsbeanspruchungen aus temperaturbe dingten Dilatationen mit der Lastabtragung der Bremslasten wirkt daher ebenfalls im plastischen Beanspruchungsbereich der Gurtplatten eine höhere Biegesteifigkeit.

Die Kraftverformungseigenschaften der Horizontalkraftlager mit Quer schnitten gemäß Anspruch 3, die sich bei einem vollständigem temperaturbe dingten Bewegungszyklus der Brückentragwerke einstellen, sind in Fig. 14 durch die Linienzüge F-C-D-E-F charakterisiert.

Dieser temperaturbedingte Kraftverformungszustand verändert sich bei der Abtragung horizontaler Lasten wie z. B. der Bremslasten eines bremsenden Eisenbahnzuges. Diese Veränderungen des Kraftverformungszustandes sind abhängig davon, ob sich die beiden Längskraftwirkungen aus Temperatur und Lastabtragung gleichsinnig oder gegensinnig überlagern.

Wenn sich diese beiden Längskraftwirkungen gegensinnig überlagern, führt die Abtragung horizontaler Lasten, wie zum Beispiel der Bremslasten, zu einer Verringerung der temperaturbedingten Beanspruchungen und damit zu einer Entlastung der Beanspruchungshöhe. Bei der Abtragung von horizontalen Lasten werden in diesem Falle alle Querschnittsteilflächen der in Brückenlängs richtung biegsamen stählernen Konstruktionen der Horizontalkraftlager im ela stischen Bereich beansprucht und erzeugen die sehr große Längskraftfederstei figkeit der Horizontalkraftlager, die sich aus dem Trägheitsmoment des Ge samtquerschitts ableitet.

Regelmäßig überlagern sich in einer längeren mehrteiligen Brücke auf Grund der unterschiedlichen Bewegungsabläufe diese beiden Längskraftwir kungen in einer Brückenhälfte gegensinnig, in der anderen Brückenhälfte gleichsinnig.

Zur Abtragung von Brems- und Anfahrlasten steht daher immer auf einer Hälfte der gesamten Brückenlänge durch Umkehr der Belastungsrichtung das Trägheitsmoment des hybriden Gesamtquerschnitts als Biegesteifigkeit und somit die um das Verhältnis des Trägheitsmomentes des Gesamtquerschnitts zum Trägheitsmoment des Grundprofils größere Längskraftfedersteifigkeit der Horizontalkraftlager 1 zur Verfügung.

Führt die Abtragung von horizontalen Lasten bei gleichsinniger Überlage rung mit den temperaturbedingten Zwangslängskräften dagegen zu einer Erhö hung der Beanspruchungen in den in Brückenlängsrichtung biegsamen stähler nen Konstruktionen der Horizontalkraftlager 1, dann sind die Veränderungen des Kraftverformungszustandes zusätzlich abhängig von der Belastungsge schwindigkeit, mit der horizontale Lasten angreifen und übertragen werden müssen. Bei kleinen Belastungsgeschwindigkeiten beteiligen sich die Gurtplat ten 12, deren Streckgrenze bereits durch die Aufnahme der temperaturbe dingten Zwangslängskräfte erreicht ist, nicht an der Übertragung horizontaler Lasten. Bei großen Belastungsgeschwindigkeiten und damit sehr schneller Zu nahme der Beanspruchung in den hybriden Biegeträgern, wie zum Beispiel bei der Übertragung des Halterucks eines bremsenden Zuges, wirkt in den Gurt platten 12 eine höhere Festigkeit. Bei der Übertragung des Halterucks eines bremsenden Zuges wirkt daher bis zum Erreichen der für die große Belastungs geschwindigkeit charakteristischen höheren Festigkeit auch bei gleichsinniger Überlagerung im plastischen Beanspruchungsbereich der Gurtplatten die Bie gesteifigkeit des hybriden Biegeträgers, die sich aus dem Trägheitsmoment des Gesamtquerschnitts ableitet.

Aus Bild 21, Seite 74 der DS 804 der Deutschen Bahn AG ergibt sich, dass etwa die Hälfte der Bremslast als Halteruck mit hoher Belastungsge schwindigkeit wirksam ist. Bei der Ermittlung des Kraftverformungszustandes nach Überlagerung der temperaturbedingten Zwangslängskräfte mit der Über tragung der anteiligen Bremslast darf somit angenommen werden, dass bei der Übertragung der Hälfte der Bremslast die Längskraftfedersteifigkeit des voll ela stisch beanspruchten hybriden Querschnitts der in Brückenlängsrichtung bieg samen stählernen Konstruktionen der Horizontalkraftlager 1 wirksam ist.

Die Ansprüche 4 bis 9 enthalten Ausprägungen und Weiterbildungen der Aufgabenlösung, mit denen die vorteilhaften Wirkungen optimiert werden.

Anspruch 4 beschreibt die kennzeichnenden Merkmale der Anwendung der Erfindung in mehrteiligen Brücken.

Anspruch 5 beschreibt die kennzeichnenden Merkmale der Anwendung der Erfindung in einteiligen Brücken.

Optimierungsziel ist es, bei möglichst kleinen temperaturbedingten zu sätzlichen Zwängungslängskräften in der Brücke zur Entlastung der Schienen über den Auflagerfugen der Brückentragwerke in den Horizontalkraftlagern eine ausreichend große Längskraftfedersteifigkeit für die anteilige Abtragung der Brems- und Anfahrlasten bereitzustellen.

Dies kann durch die Bemessung eines ausreichend großen Verhältnisses des Trägheitsmomentes des Gesamtquerschnitts zum Trägheitsmoment des Grundprofils der in Brückenlängsrichtung biegsamen stählernen Konstruktionen und zusätzlich durch die Bemessung unterschiedlich großer Längskraftfeder steifigkeiten der Horizontalkraftlager 1 über den einzelnen Auflagerfugen, an passend an die unterschiedlichen Anforderungen zur Entlastung der Schienen, geschehen, wobei es vorteilhaft ist, die Veränderungen der Steifigkeiten sym metrisch zur Brückenmitte hin anzuordnen und die widerlagernahen Horizontal kraftlager 1 steifer zu gestalten als die in Brückenmitte.

Durch die Wahl einer möglichst niedrigen neutralen Temperatur, bei der die Zwängungslängskräfte der Horizontalkraftlager 1 die Richtung wechseln, werden bei gleicher Summe der temperaturbedingten Zwängungslängskräfte die Zwängungsdruckkräfte im Sommer größer als die Zwängungszugkräfte im Winter. Durch Vorspannen der Horizontalkraftlager gegen die Widerlager lassen sich darüber hinaus Zwängungsdruckkräfte erzeugen, mit denen temperaturbe dingte Zwängungszugkräfte in der Brücke ganz vermieden werden können.

Fig. 15 zeigt schematisch den Längsschnitt zweier Felder einer mehr feldrigen Brücke, bei der die Horizontalkraftlager 1 nach Anspruch 4 gemeinsam mit einer über den Auflagerfugen zwischen den Brückentragwerken zug-, druck- und biegefest durchlaufenden Oberbauplatte 20 einer Festen Fahrbahn einer Eisenbahnbrücke bzw. einer Fahrbahnplatte 20 einer Strassenbrücke verwen det werden, für deren kombinierten Einsatz in den Ansprüchen 6 bis 9 Schutz begehrt wird.

Oberbauplatte 20 bzw. Fahrbahnplatte 20 und Brückentragwerke 3 sind nur noch in einem Längenbereich a symmetrisch zum Bewegungsruhepunkt R der Brückentragwerke 3 schub- und längskraftfest mit den Brückentragwerken 3 verbunden. Je kleiner der Längenbereich a ist, um so kleiner sind auch die temperaturbedingten Zwangslängskräfte durch die Dilatation der Brückentrag werke 3 in den Schienen 2 und Oberbauplatten 20 bzw. den Fahrbahnplat ten von Strassenbrücken 20. Maßgebend für die Bemessung der Länge a sind die Bremslasten, die in das Brückentragwerk 3 weitergeleitet werden müssen. In den Längenabschnitten b befindet sich zwischen Oberbauplatte 20 bzw. Fahrbahnplatte 20 eine Gleitschicht 21, die im einfachsten Falle aus zwei übereinander angeordneten PE-Folien bestehen kann. In den Längenab schnitten b kann somit die Brücke temperaturbedingte Bewegungen zwän gungsfrei ausführen.

Die fugenlos und mit definierten Kontinuitätsbedingungen über den Auf lagerfugen der Brückentragwerke 3 durchgeführte Oberbauplatte 20 beteiligt sich mit den durchlaufenden Schienen 2 und den Horizontalkraftlagern 1 im Verhältnis der Längskraftfedersteifigkeiten von Schienen 2, Oberbauplatte 20 und Horizontalkraftlager 1 an der Abtragung der Brems- und Anfahrlasten.

Das Verhältnis der Längskraftfedersteifigkeiten kann so gestaltet werden, dass Überbeanspruchungen in der Oberbauplatte bzw Fahrbahnplatte 20 durch das Zusammenwirken mit den Brückentragwerken 3 vermieden werden und die Schienen 2 durch brückenspezifische Zusatzbeanspruchungen nur noch geringfügig in Anspruch genommen werden müssen.

Die fugenlose Kontinuität erzwingt bei Temperaturänderungen in der Oberbauplatte 20 bzw. der Fahrbahnplatte 20 Zug- und Druckkräfte, die de nen der Tragplatten von Festen Fahrbahnen ausserhalb der Brücken annä hernd entsprechen und die wie dort durch eine risseverteilende Längsbeweh rung und durch Drucklängsspannungen in der Oberbauplatte bzw. Fahrbahn platte aufgenommen werden. Diese Zwängungsbeanspruchungen in der Ober bauplatte können durch Aufgabenlösungen nach den Ansprüchen 7, 8 und 9 weiter vermindert werden.

Durch die modifizierte Kontinuität über der Auflagerfuge und die gleitende Lagerung der Oberbauplatte 20 auf Teillängen der Brückentragwerke 3 beid seits der Auflagerfuge entstehen bei Eisenbahnbrücken folgende weitere Vor teile:

- Knickwinkel zwischen den Brückentragwerksachsen werden über den Auflagerfugen ausgerundet. Sie erzeugen geringere Längskraftwirkungen in den Schienen und vermeiden fahrdynamische Ruckwirkungen.
- Die Gestaltung der Brückentragwerksoberfäche an den Brückenenden gemäß Fig. 16 vermeidet Zusatzbeanspruchungen und Verformungen durch Auflagerdrehwinkel aus Verkehrslast in Oberbauplatte 20 und Schienen 2.
- Da temperaturbedingte Relativbewegungen zwischen Schienen 2 und Brückentragwerk 3 vollständig, zwischen Schienen 2 und Oberbau platte 20 fast vollständig vermieden werden, sowie Relativbewegungen über den Auflagerfugen beim Abtragen der Brems- und Anfahrlasten ge genüber dem Stand der Technik um ein Vielfaches reduziert werden, können auch Bauarten der Festen Fahrbahn auf beliebig langen Brücken eingesetzt werden, bei denen Längskraftwirkungen und Relativbewegun gen zwischen Oberbauplatte 20 und Schienen 2 nur sehr einge schränkt möglich sind, wie z. B. Bauarten der Festen Fahrbahn mit auf gesetzten Schwellen.

Lösungen nach den Ansprüchen 6 bis 9 bei Strassenbrücken vermeiden die Anordnung von Fahrbahnübergängen.

Ausführungsbeispiel

Die Längskraftwirkungen aus temperaturbedingten Zwängungen und dem Abtragen von Brems- und Anfahrkräften in Schienen, Horizontalkraftlagern und Brücke wurden für das Beispiel einer achtfeldrigen Talbrücke gemäß Fig. 1 und Einzelstützweiten von 44,00 m errechnet. Hierbei sind über den Aufla gerfugen aller Pfeiler Horizontalkraftlager gemäß Fig. 12 angeordnet.

Die Kraftverformungseigenschaften der Horizontalkraftlager wurden für ein Versatzmaß d von 600 mm gemäß Fig. 12 und eine Querschnittsgestal tung gemäß Fig. 6 oder 7 mit einer Blechdicke der mittleren Lamelle aus StE 960 von 30 mm und einer Blechdicke von je 34 mm der beiden äußeren La mellen aus St 37 (S 235) ermittelt. Nur auf den beiden Widerlagern der Brücke befinden sich längsfeste Lager. Auf allen Pfeilern der Brücke sind die Brücken tragwerke längsbeweglich oder elastisch durch den Einsatz bewehrter Elasto merlager gelagert.

Die Kraftverformungseigenschaften der Horizontalkraftlager sind eine Funktion der Beanspruchungshöhe und im plastischen Beanspruchungsbereich auch eine Funktion der Beanspruchungsgeschwindigkeit und der Beanspru chungsrichtung. Die Längskraftfedersteifigkeit der Horizontalkraftlager ist sehr groß, solange die beiden äußeren Gurtplatten aus St 37 elastisch beansprucht sind. Die Längskraftfedersteifigkeit wird um den Faktor 34 kleiner, sobald die beiden äußeren Gurtplatten aus St 37 voll im plastischen Beanspruchungsbe reich beansprucht werden.

Die Kraftverformungseigenschaften der Horizontalkraftlager im plasti schen Beanspruchungsbereich der Biegekonstruktionen werden für eine Streckgrenze des St 37 (S 235) von 240 N/mm² errechnet. Die Längskraftfe dersteifigkeit der Horizontalkraftlager beträgt im elastischen Beanspruchungsbe reich C = 2,196 × 10⁶ N/mm. Im plastischen Beanspruchungsbereich der äuße ren Gurtplatten beträgt die Längskraftfedersteifigkeit bei Beanspruchungssteige rungen normaler Geschwindigkeit nur noch C = 0,063 × 10⁶ N/mm.

Über der Stütze in der Mitte der Talbrücke wird die Breite der Z-förmig gebogenen Blechpakete halbiert, so dass die wirksame Längskraftfedersteifig keit der Horizontalkraftlager dort nur noch halb so groß ist wie auf den übrigen Pfeilern.

Die Längskraftsteifigkeit der beiden Widerlager wird für temperaturbedingte Be wegungen mit C = 0,8 × 10⁶ N/mm angenommen. Für die Übertragung der Brems- und Anfahrlasten wird eine Längskraftsteifigkeit der beiden Widerlager von C = 1,2 × 10⁶ N/mm angesetzt.

Die Höhe der temperaturbedingten Zwängungslängskräfte, die durch den Biegewiderstand der Biegekonstruktionen in den Horizontalkraftlagern entste hen und vom Brückenquerschnitt übertragen werden müssen, kann durch die Festlegung der neutralen Temperatur, bei der die Biegebeanspruchung der Bie gekonstruktionen die Richtung wechselt, beeinflusst werden.

Bei Wahl des Mittelwertes der maximalen und minimalen Temperatur als neutrale Temperatur entstehen in beiden Beanspruchungsrichtungen gleich ho he Beanspruchungen und Zwängungslängskräfte in der Brücke. Sie betragen für das Ausführungsbeispiel 3,9 × 10⁶ N als Längsdruckkraft im Sommer und Längszugkraft im Winter.

Es ist vorteilhaft, durch Wahl einer anderen neutralen Temperatur oder durch Vorspannen der Horizontalkraftlager eine ungleichmässige Verteilung der positiven und negativen Zwängungslängskräfte in der Brücke herbeizuführen. Vorteilhaft ist es, die Zwängungsdruckkräfte in der Brücke grösser zu wählen als die Zwängungszugkräfte. Für das Ausführungsbeispiel wird eine Verteilung der Zwängungslängskräfte gewählt, bei der die Beanspruchungskapazität der Hori zontalkraftlager voll ausgeschöpft wird. Hierbei entsteht eine maximale Zwän gungsdruckkraft in der Brücke von 4,9 × 10⁶ N und eine maximale Zwängungs zugkraft von 2,9 × 10⁶ N.

Bei der Errechnung der Schienenspannungen, die durch temperaturbe dingte Dilatationen der Brückentragwerke entstehen, wird vorausgesetzt, dass der Verbund zwischen Brücken und Schienen erst nach dem Vorspannen der Horizontalkraftlager hergestellt wird. Bei den bemessenen Längskraftfederstei figkeiten der Horizontalkraftlager und den angenommenen Längskraftsteifigkei ten der Widerlager und einer Lagerung der Brückentragwerke ausschliesslich auf längsbeweglichen Lagern, liegen die Verformungsruhepunkte etwa in der Mitte der Brückentragwerke. Die temperaturbedingten brückenspezifischen Schienenspannungen sind mit dieser Vorraussetzung annähernd das Produkt aus dem Durchschubwiderstand der Schienen und dem Viertel der Ein zelspannweite und betragen damit ca. 21,6 N/mm².

Nachweisrelevant sind die brückenspezifischen Schienenspannungen, die durch Überlagerung der temperaturbedingten Längskräfte mit den Längs kräften durch das Abtragen der Brems- und Anfahrlasten entstehen.

Rechnerisch ermittelt und überlagert werden die Schienenlängskräfte, die bei hohen Temperaturen und steigendem Temperaturgradienten entstehen mit den Schienenlängskräften, die ein von rechts nach links fahrender und brem sender Zug und ein von links nach rechts anfahrender Zug erzeugen. Bei die sen Lastfällen überlagern sich in der linken Brückenhälfte Schienendruckkräfte aus Temperaturwirkungen mit Schienendruckkräften aus der Abtragung der Brems- und Anfahrlasten gleichsinnig.

Da bei maximaler temperaturbedingter Dilatation der Brückentragwerke die äußeren Gurtplatten der Biegekonstruktionen voll im plastischen Verfor mungsbereich beansprucht werden, wirkt bei langsamer Belastungsgeschwindigkeit nur die Längskraftfedersteifigkeit, die sich aus der elastischen Beanspru chung des mittleren Bleches aus StE 960 ergibt. Da aber die maximale Brems last als Halteruck mit großer Belastungsgeschwindigkeit wirksam ist, kann für diese Lastwirkungen mit einer erhöhten Streckgrenze der äußeren Lamellen gerechnet werden.

In der rechten Brückenhälfte kehrt sich in den Horizontalkraftlagern die Beanspruchungsrichtung um mit der Folge, dass beim Abtragen der Brems- und Anfahrlasten das Trägheitsmoment des elastisch beanspruchten Gesamtquer schnitts der Biegekonstruktionen wirksam ist. Die Horizontalkraftlager beteiligen sich dort entsprechend ihrer sehr grossen Längskraftfedersteifigkeit im elasti schen Beanspruchungsbereich wesentlich intensiver an der Abtragung der Brems- und Anfahrlasten.

Der innere Kräftefluss im Gesamtsystem Schienen-Brücke-Horizontal kraftlager und die das Gleichgewicht haltenden Reaktionen, die sich durch Überlagerung beider Wirkungen einstellen, wurden für die systemeigenen Stei figkeitsverhältnisse unter Beachtung der Kontinuitäts- und Gleichgewichtsbedin gungen sukzessiv und iterativ ermittelt. Hierbei wurden auch die nicht linearen Steifigkeitsverhältnisse der Schienen berücksichtigt.

Beim Abtragen der Brems- und Anfahrlasten entstehen über dem linken Brückenwiderlager Schienendruckkräfte von 0,805 × 10⁶ N und am linken Wi derlager eine Auflagerreaktion von 2,01 × 10⁶ N. Über der ersten Stütze beträgt die Schienendruckkraft 0,836 × 10⁶ N.

In der rechten Brückenhälfte entstehen beim Abtragen der Brems- und Anfahrlasten Zugkräfte. Die maximalen Schienenzugkräfte betragen 1,4 × 10⁶N. Sie sind nicht nachweisrelevant, da sie sich mit temperaturbedingten Druck kräften in den Schienen überlagern und daher zu einer Entlastung der Schienen führen.

Die Auflagerreaktion am rechten Widerlager aus dem Abtragen der Brems- und Anfahrlasten beträgt 3,0 × 10⁶ N. Sie überlagert sich gegensinnig mit der tempe raturbedingten Zwängungskraft in der Brücke von 4,9 × 10⁶ N.

Die maximalen brückenspezifischen Schienendruckspannungen, die sich den temperaturbedingten Kontinuitätsspannungen der Schienen gleichsinnig überlagern, betragen 22 + 28 = 50 N/mm² und liegen damit sehr deutlich unter den zulässigen brückenspezifischen Schienendruckspannungen von 90 N/mm². In der rechten Brückenhälfte überlagern sich die temperaturbedingten Drucks pannungen der Schienen gegensinnig mit den Schienenzugspannungen aus dem Abtragen der Brems- und Anfahrlasten und führen zu einer Entlastung der Schienen.

Im Sommer entsteht bei Überlagerung beider brückenspezifischer Wir kungen am linken Widerlager eine Längsdruckkraft von 4,9 + 2,01 = 6,91 × 10⁶N, am rechten Widerlager eine Längsdruckkraft von 4,9 - 3,03 = 1,87 × 10⁶ N, die von den Widerlagern und Brückentragwerken übertragen werden.

Im Winter erzeugt ein von links nach rechts fahrender und bremsender Zug in der linken Brückenhälfte Schienenzugkräfte und in der in der rechten Brücken hälfte Schienendruckkräfte. In den Schienen ergeben sich beim Überlagern der brückenspezifischen Wirkungen aus Temperatur und dem Abtragen der Brems- und Anfahrlasten dieselben numerischen Ergebnisse mit umgekehrtem Vorzei chen.

Am linken Widerlager entsteht bei Überlagerung beider brückenspezifi scher Wirkungen eine Längszugkraft von 2,9 + 2,01 = 4,91 × 10⁶ N, am rechten Widerlager eine Längsdruckkraft von 2,9 - 3,03 = 0,13 × 10⁶ N, die von den Wi derlagern und Brückentragwerken übertragen werden.

Bezugszeichenliste

1

schematische Darstellung eines Horizontalkraftlagers

2

durchlaufende Schienen von Eisenbahngleisen

3

Brückentragwerke

4

Pfeiler einer Talbrücke

5

Brückenwiderlager

6

Schwerlinie des Querschnitts der Brückentragwerke

7

Doppel-T-Biegeträgerquerschnitte, die nach Anspruch 2 schubkraftschlüssig miteinander verbunden werden

8

Grobbleche oder Breiflachstähle, die nach Anspruch 2 schubkraftschlüssig miteinander oder mit einem Doppel-T-Biegeträgerquerschnitt verbunden werden

9

Viskoser Stoff, der die in der Erfindung beschriebenen Eigenschaften aufweist

10

Vorgespannte hochfeste Schrauben, mit denen die Querschnittsteile zu Verbundquerschnitten nach Anspruch 2 zusammengefügt werden

11

Doppel-T-Biegeträgerquerschnitt als Grundprofil aus hochfestem Stahl, der nach Anspruch 3 mit Grobblechen oder Breitflachstählen als Gurtplatten aus einem Stahl mit niedriger Festigkeit, z. b. St

37

(s

235

) zu einem hybriden Biegeträgerquerschnitt durch Schweissnähte und beziehungsweise oder ein anderes geeignetes Verbindungsmittel zusammengefügt werden

12

Gurtplatten aus einem Stahl niedriger Festigkeit, z. B. St

37

(S

235

), die nach Anspruch 3 mit einem Grundprofil

11

oder

13

aus hochfestem Stahl zu einem hybriden Biegeträgerquerschnitt durch Schweissnähte und beziehungsweise oder ein anderes geeignetes Verbindungsmittel zusammengefügt werden

13

Grobbleche oder Breiflachstähle als Grundprofil aus hochfestem Stahl, die nach Anspruch 3 mit Grobblechen oder Breitflachstählen als Gurtplatten

12

aus einem Stahl mit niedriger Festigkeit, z. b. St

37

(S

235

14

In Brückenlängsrichtung biegsame stählerne Konstruktion eines Horizontalkraftlagers

1

, die an den Stegen der Brückenquerschnitte gelenkig befestigt ist und sich in Brückenlängsrichtung horizontal ausbiegen kann

15

Stählerne Konstruktion, mit der die beiden in Brückenlängsrichtung biegsamen stählernen Konstruktionen etwa in den Drittelspunkten ihrer Spannweite untereinander zug- druck- querkraft- und gegebenenfalls biegefest verbunden werden

16

Lager der Brückentragwerke

3

, z. B. Elastomerlager zur elastischen Lagerung der Brückentragwerke

3

in Brückenlängsrichtung

17

Endquerträger eines Brückenendquerschnitts

18

Z-förmig gebogene Blechpakete, deren Querschnitte nach Anspruch 3 gestaltet sind

19

L-förmig gebogene Blechpakete, deren Querschnitte nach Anspruch 3 gestaltet sind und

20

Über den Auflagerfugen der Brückentragwerke durchlaufende Oberbauplatte

20

von Eisenbahnbrücken mit Festen Fahrbahnen bzw. über den Auflagerfugen von Strassenbrückentragwerken durchlaufende Fahrbahnplatte

21

Trenn- und Gleitschicht zwischen Oberbauplatte bzw. Fahrbahnplatte und Brückentragwerk

22

Senkrechte Linie über den Auflagern der Brückentragwerke

3

Claims

1. Horizontalkraftlager (1) zur querkraftfesten und längskraftelastischen Kopplung von Brückentragwerken (3), im besonderen von Eisenbahnbrückentragwerken, zur Verbindung von einteiligen Brückentragwerken (3) mit ihren Widerlagern (5) und, sofern die Brücke aus mehreren, hintereinander angeordneten einfeldrigen Brückentragwerken (3) besteht, zur Verbindung aller Brückentragwerke (3) miteinander und ggfls. mit ihren Unterbauten, dadurch gekennzeichnet,
dass die Endquerschnitte der Brückentragwerke (3) in Höhe der Schwerlinie der Brückenquerschnitte (6) durch in Brückenlängsrichtung biegsame stählerne Konstruktionen (14, 18, 19) mit beanspruchungsabhängigen Biegesteifigkeiten mit den Widerlagern (5), bzw. miteinander so verbunden sind, dass horizontale Querkräfte zwischen den Brückentragwerken (3) und zwischen den Brückentragwerken (3) und den Widerlagern (5) der Brücke verformungsfrei, horizontale Kräfte in Brückenlängsrichtung aber durch die Verformungen der in Brückenlängsrichtung biegsamen stählernen Konstruktionen (14, 18, 19) federnd übertragen werden, und
dass die von Höhe und Richtung der Beanspruchung sowie von der Geschwindigkeit der Beanspruchungsänderungen abhängigen Biegesteifigkeiten der in Brückenlängsrichtung biegsamen stählernen Konstruktionen (14, 18, 19) bei der Aufnahme der temperaturbedingten Dilatationen der Brücken (14, 18, 19) nur zu sehr kleinen Längskraftfedersteifigkeiten führen, und
dass bei der Übertragung horizontaler Lasten, die mit großer Belastungsgeschwindigkeit aufgebracht werden wie z. B. bei der Übertragung des Halterucks eines bremsenden Zuges, oder bei einem Richtungswechsel der Beanspruchung aber zu sehr großen Längskraftfedersteifigkeiten führen, die um ein bemessbares Vielfaches größer sind als bei den mit kleiner Geschwindigkeit ablaufenden Dilatationsbewegungen der Brücke.

2. Horizontalkraftlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Querschnitte der in Brückenlängsrichtung biegsamen stählernen Konstruktionen (14, 18, 19) aus mehreren Teilquerschnitten (7 und 7, 7 und 8, 8 und 8) zusammengesetzt sind, die durch ein Verkleben mit einer bei allen Gebrauchstemperaturen der Brücke dauerhaft viskosen Klebschicht (9)und das Verbinden der Teilquerschnitte (7 und 7, 7 und 8, 8 und 8), die mit Langlöchern versehen sind, durch vorgespannte Schrauben (10) ein Verbundquerschnitt werden, und
dass deren Längskraftfedersteifigkeit von der Biegesteifigkeit dieses Verbundquerschnitts bestimmt wird, die eine bemessbare Funktion der Flächen und Trägheitsmomente der Teilquerschnitte, der Viskosität der Klebschicht (9) und der Geschwindigkeit der Beanspruchungsänderungen ist, und
dass bei kleinen Geschwindigkeiten der Beanspruchungsänderungen, wie zum Beispiel der Aufnahme der temperaturbedingten Dilatationen der Brückentragwerke (3) die Verbundwirkung der Klebschicht (9) vernachlässigt werden kann und daher nur die sehr kleine Längskraftfedersteifigkeit wirksam ist, die sich aus der Summe der Trägheitsmomente der Teilquerschnitte ergibt, und
dass bei großen Geschwindigkeiten der Beanspruchungsänderungen, wie z. B. bei der Übertragung des Halterucks eines bremsenden Zuges, durch die Verbundwirkung der Klebschicht (9) die Biegesteifigkeit des Verbundquerschnitts annähernd vom Trägheitsmoment des Gesamtquerschnitts bestimmt wird und daher eine um ein bemessbares Vielfaches größere Längskraftfedersteifigkeit wirksam ist, weil die viskose Klebschicht (9) die Teilquerschnitte zu einem kraftschlüssigen Verbundquerschnitt verbindet.

3. Horizontalkraftlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Querschnitte der in Brückenlängsrichtung biegsamen stählernen Konstruktionen (14, 18, 19) aus einem Grundprofil aus hochfestem Stahl (11 oder 13) und einer oder mehreren stählernen Gurtplatten (12) aus einem Stahl wesentlich kleinerer Festigkeit (z. B. St 37/S 235) bestehen, wobei die Streckgrenze des hochfesten Stahls des Grundprofils (11 oder 13) ein Vielfaches der Streckgrenze des Stahls der Gurtplatten (12) betragen soll, und
dass die Gurtplatten (12) der in Brückenlängsrichtung biegsamen stählernen Konstruktionen (14, 18, 19) biege- und schubfest mit dem Grundprofil aus hochfestem Stahl (11 oder 13) zu einem hybriden Biegeträger verbunden werden, und
dass die Biegeverformungen des hybriden Biegeträgers vom Trägheitsmoment des aus dem Grundprofil (11 oder 13) und den Gurtplatten (12) bestehenden Gesamtquerschnitts der Biegeträger bestimmt werden, solange das Grundprofil (11 oder 13) und die Gurtplatten (12) elastisch beansprucht werden, und
dass nur noch annähernd das Trägheitsmoment des Grundprofils aus hochfestem Stahl (11 oder 13) für die Biegesteifigkeit des hybriden Biegeträgers wirksam ist, sobald in den Gurtplatten (12) die Streckgrenze erreicht wird, und
dass somit die Längskraftfedersteifigkeit bei kleinen Längskräften eine Funktion des Trägheitsmomentes des Gesamtquerschnitts ist, im plastischen Beanspruchungsbereich der Gurtplatten (12) aber eine Funktion des Trägheitsmomentes des Grundprofils (11 oder 13), sodass in diesem Beanspruchungsbereich die Längskraftfedersteifigkeit um das Verhältnis des Trägheitsmomentes des Grundprofils zum Trägheitsmoment des Gesamtquerschnitts kleiner ist, und
dass bei Richtungsumkehr der Beanspruchung durch Kräfte in Brückenlängsrichtung die Längskraftfedersteifigkeit auch im plastischen Beanspruchungsbereich der Gurtplatten (12) vom Trägheitsmoment des aus dem Grundprofil (11 oder 13) und den Gurtplatten (12) bestehenden Gesamtquerschnitts bestimmt wird,
dass hierdurch bei den periodischen Wechselbeanspruchungen infolge der temperaturbedingten Dilatationsbewegungen der Brückentragwerke (3) Lastverformungslinien wirken, die eine Hysteresisschleife bilden (Fläche F- C-D-E), und
dass bei großer Geschwindigkeit der Beanspruchungsänderungen, wie z. B bei der Aufnahme des Halterucks eines bremsenden Zuges, eine Festigkeitszunahme des Stahls der Gurtplatten (12) im plastischen Beanspruchungsbereich der Gurtplatten (12) die Biegesteifigkeit der hybriden Biegeträger auch bei gleichsinniger Beanspruchungszunahme erhöht und zu einer größeren die Längskraftfedersteifigkeit führt.

4. Horizontalkraftlagerungssystem dadurch gekennzeichnet, dass
über jeder Auflagerfuge der Brückenpfeiler (4) mehrteiliger Brücken, im besonderen mehrteiliger Eisenbahnbrücken, Horizontalkraftlager nach Anspruch 1, in Verbindung mit Anspruch 2 oder 3 angeordnet werden, deren Kraftverformungseigenschaften auf der ganzen Brückenlänge gleich groß sein können oder aber zur Minimierung der temperaturbedingten Zwängungslängskräfte in der Brücke den zwischen Widerlager und Brückenmitte unterschiedlichen Anforderungen an die Entlastung der Schienen angepasst unterschiedlich groß gestaltet werden.
nur die Widerlager (5) der Brücke feste Lager zur Übertragung horizontaler Längskräfte auf die Unterbauten erhalten, die Brückentragwerke (3) auf den Pfeilern dagegen längsbeweglich oder elastisch auf bewehrten Elastomerlagern gelagert sind.

5. Horizontalkraftlagerungssystem dadurch gekennzeichnet, dass
über beiden Auflagerfugen der Widerlager einteiliger Brücken, im besonderen einteiliger Eisenbahnbrücken, Horizontalkraftlager nach Anspruch 1, in Verbindung mit Anspruch 2 oder 3 angeordnet werden.
das Brückentragwerk auch auf den Widerlagern längsbeweglich oder elastisch auf bewehrten Elastomerlagern gelagert ist.

6. Horizontalkraftlagerungssystem nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Längskraftsteifigkeiten aller Horizontalkraftlager (1) einer Brücke und die über den Auflagerfugen querkraft- und längskraftfest sowie biegesteif durchlaufenden Oberbauplatte einer Festen Fahrbahn (20) bzw. der Fahrbahnplatte einer Strassenbrücke (20), die nur noch auf einer Länge a um den Bewegungsruhepunkt R der temperaturbedingten Dilatationen schubfest mit jedem einzelnen Brückentragwerk (3) verbunden ist, in den Längenabschnitten b aber ein Gleiten der Brückentragwerke (3) unter den Oberbauplatten bzw. Fahrbahnplatten (20) ermöglicht, so bemessen werden, dass durch temperaturbedingte Zwängungslängskräfte und die Abtragung von horizontalen Lasten, z. B. der Brems- und Anfahrlasten, keine Überbeanspruchung der Oberbauplatten (20) und der durchlaufenden Schienen (2) bzw der Fahrbahnplatten von Strassenbrücken (20) eintritt.

7. Horizontalkraftlagerungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Längskraftsteifigkeiten der Oberbauplatten bzw. Fahrbahnplatten ( 20) zur Verminderung ihrer temperaturbedingten Zwängungsbeanspruchungen auf ihrer ganzen Länge, mindestens aber in den gleitend gestalteten Längenabschnitten b aus hochfestem bewehrtem Leichtbeton mit erheblich kleinerem E-Modul hergestellt werden.

8. Horizontalkraftlagerungssystem nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die über den Auflagerfugen querkraft- und längskraftfest sowie biegefest durchlaufenden Oberbauplatten einer Festen Fahrbahn bzw. einer Fahrbahnplatte einer Strassenbrücke (20) über der Auflagerfuge eine zur Auswechslung einzelner Brückentragwerke (3) lösbare; aber ebenfalls querkraft-, längskraft- und biegefeste Verbindung erhalten.

9. Horizontalkraftlagerungssystem nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Brückentragwerke (3) von der Auflagerlinie (22) bis zum Ende des Brückentragwerkes (3) zur Vermeidung von Zwängungsbeanspruchungen in Oberbauplatte (20) und Schienen (2) aus den Verkehrslastverformungen der Brückentragwerke (3) so abgeschrägt werden, dass die Verkehrslastverformungen der Brückentragwerke zwängungsfrei möglich sind.