Der
klassische Schotteroberbau bei Schienenfahrwegen ist im Grunde das
ideale Tragwerk für die
statisch-dynamischen Belastungen aus Schienenverkehr und die örtlichen
Zwangsbeanspruchungen. Der Gleisrost aus Schienen und Querschwellen bildet
zusammen mit dem dauerhaft umlagerungsfähigen Schotter ein investitionskostengünstiges
elasto-plastisches Verbundgewölbetragwerk
mit großer Masse.
Die Umlagerungsfähigkeit
des Schotters ermöglicht
dem Tragwerk selbst extremen Lasteinwirkungen aus schweren Lasten,
Schwingungen und Fliehkräften
sowie Zwangsbeanspruchungen aus Temperaturzyklen und Verformungen
des Unterbaus schadlos zu widerstehen. Dieser Vorteil der Umlagerungsfähigkeit
ist gleichzeitig sein größter Nachteil, da
die Umlagerung von Schotterkörnern
summarisch immer mit Verformungen in einer Größenordnung verbunden ist, die
auf Dauer mit einer erforderlichen Lagegenauigkeit der Schienen
nicht verträglich
sind. Deshalb muss der klassische Schienenfahrweg in einwirkungsabhängigen Zeitintervallen
durch Lagekorrektur des Schotters nachgearbeitet werden.
Mit
zunehmender Geschwindigkeit und Verkehrslast des Schienenverkehrs
steigen Wartungs- und Instandsetzungsaufwendungen für Schienenfahrwege
mit bekanntem Schotteroberbau nachteilig stark an. Durch Ausbildung
der Schienenfahrwege für
Eisenbahnen als Feste Fahrbahnen sollen diese Nachteile vermieden
werden. Dazu wurden in der Vergangenheit verschiedene Bauarten von
Festen Fahrbahnen entwickelt, die sich im wesentlichen durch die
Art der Herstellung und die verwendeten Baustoffe unterscheiden.
Für Magnetschwebebahnen
wurden der speziellen Systemtechnik entsprechende Entwicklungen
offenbart, je nach Trassenführung
in aufgeständerter
oder ebenerdiger Bauweise.
Gleichzeitig
mit den Investitionskosten sollen aber auch die Unterhaltungsaufwendungen
für einen Schienenfahrweg
gering bleiben. Allen Entwicklungen gemeinsam ist deshalb das Streben
nach kostengünstiger
und schneller Herstellung, geringem Instandhaltungsaufwand, langer
Nutzungsdauer, geringer Schadensanfälligkeit und beständig hoher
Lagegenauigkeit der Schienen.
Frühe Konstruktion
und Herstellungsverfahren einer Festen Fahrbahn ist die nach ihrem
ersten Einbauort benannte Bauart Rheda. Der Oberbau bestand ursprünglich aus
einer Polystyrolschaumbetonplatte, die auf eine relativ dünne hydraulisch
gebundene obere Bodenschicht des Unterbaus betoniert wird, einer
aufbetonierten durchgehend bewehrten Betontragplatte und auf dieser
Betontragschicht mittels Spindeln lagegenau ausgerichtetem Gleisrost aus
Betonschwellen und Schienen, der durch Verfüllen der Zwischenräume zwischen
Tragschicht und Schwellen mit Füllbeton
bis zur Oberkante der Schwellen zum monolithischen Tragwerk des
Oberbaus vereint wird. Rechnet man die obere hydraulisch gebundene
Tragschicht des Unterbaus zum monolithischen Tragwerk dazu, ergibt
sich ein Fahrwegtragwerk mit großer Steifigkeit, Gewölbetragwirkung und
Masse, wie es für
die Ausbildung eines Schienenfahrweges bezüglich beständig hoher Lagegenauigkeit
des Gleises und hohem Widerstand gegen Schwingungsbelastung durch
den Schienenverkehr wünschenswert
ist. Nachteilig bei dieser Bauart sind jedoch die hohen Investitionskosten
und die kosten- und zeitintensive Herstellung und Instandhaltung des
Schienenfahrweges.
Eine
Weiterentwicklung der Bauart Rheda ist unter der Bezeichnung Rheda-Sengeberg
bekannt geworden und besteht darin, dass die Betontragschicht als
Ortbetontrog ausgebildet ist, um das seitliche Ausrichten des Gleisrostes
zu erleichtern und dass auf die Polystyrolbetontragschicht zugunsten einer
statt dessen dickeren hydraulisch gebundenen Tragschicht verzichtet
wird, um wenigstens einen Verfahrensschritt und die erforderlichen
Investitionskosten zu sparen. Nachteilig bei dieser Konstruktion bleibt
das immer noch aufwändige
Herstellungsverfahren.
Als
nachteilig erweist sich auch die ungesicherte Verbundfuge zwischen
hydraulisch gebundener Tragschicht und Betontragschicht. Aus der
Betonbautechnik ist bekannt, dass das Betonieren einer frischen
auf eine bereits ausgehärtete
Betonplatte zu Verbundproblemen in einer ungesicherten Kontaktfuge
zweier Platten führt.
Wenn beide Platten zudem in etwa gleich dick oder vergleichbar steif
sind, liegt die Fuge bei Plattenbiegung in der Nähe der neutralen Faser und
damit nahe am Schubflussmaximum. Zudem ist die Biegesteifigkeit
eines monolithischen Plattenstreifens bekanntlich 4-fach größer als
die zweier gleicher übereinander
liegender nicht verbundener Platten mit gleicher Gesamtdicke. Somit
würde ein
Verbundversagen in der neutralen Faser eine erhebliche Diskontinuität in der
Tragwerksteifigkeit erzeugen, die auf Dauer grundsätzlich eine
Quelle für weitergehende
Bauwerksschäden
oder Instandsetzungsbedarf darstellt. Die Problematik wird zusätzlich verschärft, wenn
die obere Biegeplatte selbst Diskontinuitäten in ihren Trageigenschaften
aufweist, wie dies z. B. bei längsgekoppelten
Fertigteilplatten in den Stoßfugen
immer der Fall ist.
Das
angestrebte oder vorhandene monolithische Tragwerk dieser Festen
Fahrbahnen kann dann örtlich
durch Bruch der möglicherweise
bereits durch Zwangsspannungen vorbelasteten Verbundfuge versagen,
was durch die versteckte Lage der Schadensstelle in der Praxis schwierig
zu detektieren ist. Fortschreitendes Versagen der Verbundfuge infolge Reißverschlusseffekt
führt zum
Verlust der Gebrauchstauglichkeit des Tragwerks der Festen Fahrbahn
und ist nur mit hohem Kosten- und Zeitaufwand sanierbar.
Ebenso
nachteilig und problematisch ist die Fuge zwischen Troginnenseite
und dem Füllbeton. Infolge
Temperaturunterschieden zwischen Trog und Füllbeton öffnet und schließt sich
die Fuge im Bereich der Trogseitenwände. Eindringendes Wasser dringt weiter
unter den Füllbeton
in Bereiche mit geschädigter
Verbundfuge. Bei Verkehrsbelastung werden diese Wasserlinsen mit
hohem Druck und hoher Geschwindigkeit ausgepresst, was zu Betonerosion
und auf Dauer zu Verlust der Gebrauchsfähigkeit der Festen Fahrbahn
führt.
Als Gegenmaßnahme
eingebaute Trogentwässerungen
haben sich als nicht dauerhaft funktionsfähig erwiesen.
Bekannt
gewordene Schäden
an ausgeführten
Festen Fahrbahnen mit in eine Ortbetontragschicht eingelagerten
Betonschwellen zeigen, dass die vorgenannte Problematik der wasserführenden Verbundfuge
auch für
eingelagerte Betonschwellen gilt. Die Schäden bleiben zwar auf einzelne
Schwellen begrenzt, treten dafür
aber mit zeitlichem Abstand auf, sodass die erforderliche Sanierung
insgesamt ähnlich
aufwändig
wie die Sanierung einer Trogkonstruktion ist.
Eine
bei der Herstellung und Unterhaltung von Festen Fahrbahnen zu lösende Aufgabe
ist die Einhaltung der Toleranzen bezüglich der Gleislage. Insbesondere
die Einhaltung der Höhentoleranzen
ist eine bautechnische Herausforderung und damit eine verfahrensbestimmende
Bedingung. Einzuhalten ist gegenwärtig eine Höhenabweichung von ≤ 2 mm von der
Sollpfeilhöhe
auf 5 m Fahrbahnlänge
bzw. für
8 Schienenstützpunkte
in Serie mit einem Regelabstand von ≤ 65 cm. Im Extremfall kann sich
jedoch unter Einhaltung der Bedingung ein weit größerer Höhenunterschied
allein für
zwei aufeinanderfolgende Schienenstützpunkte und damit eine ungewünschte Welligkeit
in der Struktur des Schienenfahrweges ergeben.
Die
bei Fahrwegen für
Magnetschwebebahnen einzuhaltenden Lage- und Höhentoleranzen für die Funktionsebenen
sind noch kleiner als die bei Festen Fahrbahnen. Zum Beispiel ist
der maximale Versatz zweier gestoßener Schienenstützkonstruktionen
gegenwärtig
auf 1,0 mm begrenzt. Der Höhen- und
Lageausrichtung der Schienenkonstruktion kommt deshalb bei der Herstellung
eines Fahrweges für
Magnetschwebebahnen noch größere Bedeutung zu
als bei der Herstellung einer Festen Fahrbahn.
Aus
der Druckschrift
DE
34 29 413 A1 ist ein Schienenfahrweg bekannt geworden,
bei dem ein Schwellenrost auf einer vorab hergestellten festen und
planebenen Tragschicht über
Spindeln höhenjustiert
aufgelagert ist und die Betonschwellenfüße mit einer fließfähigen thermoplastischen
Vergussmasse auf Bitumen- oder Kunststoffbasis auf der Tragschicht
unterflossen und heiß aufgeklebt
werden. Reine Thermoplaste haben jedoch grundsätzlich den Nachteil, dass sie
unter andauernder mechanischer Spannungsbeanspruchung zum Fließen neigen,
auch wenn Schmelz- oder Erweichungstemperatur nicht erreicht werden.
Nachteilig ist dann eine zusätzliche
Verdübelung
der Fuge erforderlich. Jede Art von Knaggen-, Verzahnungs- oder
Dübelkonstruktion
ist jedoch in Herstellung oder Instandhaltung mehr oder weniger
nachteilig und steht einer gesamtheitlich kostengünstigen
Herstellung und Unterhaltung eines Fahrweges für spurgebundene Fahrzeuge entgegen.
Eine
zur Lage- und Höhenjustierung
erforderliche Aufspindelung ist grundsätzlich zeit- und kostenaufwändig und birgt erhebliche verfahrenstechnische
Qualitätsrisiken.
Aus
der Druckschrift
DE
198 08 867 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Festen
Fahrbahn bekannt geworden, deren Tragkonstruktion aus einem Kunststoffbeton
aus einem Thermoplast oder Schmelzklebstoff und Schüttgutmaterial
besteht und die durch Stampfen, Rütteln, Walzen etc. verdichtet und
zur direkten Auflagerung der Schwellen maßgerecht geformt werden soll.
Die Gleislagesicherung erfolgt mittels Anordnung von Querkraftblöcken aus gleichem
Material. Eine fallweise Höhenkorrektur
der Schwellenlage soll wie bekannt nachteilig durch Aufspindelung
und Unterfüllung
mit dem gleichen fließfähigem Material
erfolgen.
Zur
Verbesserung der Höhenjustierung
bei einer Festen Fahrbahn ist unter der Bezeichnung Rheda Breddin-Glöwen eine
Weiterentwicklung der Ortbetontroglösung bekannt geworden, bei
der die Betonschwellen bis zum Einbringen des Füllbetons auf höhengerecht
im Trog ausgerichteten Leisten aufgelegt werden. Dadurch kann zumindest
auf das aufwändige
Spindeln des Gleisrostes verzichtet werden. Die vorgenannten weiteren
Nachteile dieser Bauart werden jedoch nicht vermieden.
Der
Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem
Stand der Technik gleichermaßen
investitions- und unterhaltungskostenverbesserte Gesamtlösung für Konstruktion
und Herstellung einer Festen Fahrbahn oder eines ebenerdigen Fahrwegs
für Magnetschwebebahnen
anzugeben, die insbesondere die Nachteile von ungesicherten Verbundfugen
vermeidet und eine maßgenaue und
sowohl manuelle als auch hochgradig automatisierbare Herstellung
und Instandhaltung insbesondere unter Verzicht auf eine aufwändige Verdübelung ermöglicht.
Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
in Anspruch 1 beschriebene Herstellung eines Schienenfahrwegs gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltung und Erweiterung der Erfindung sind in Neben- und Unteransprüchen angegeben.
Für die erfindungsgemäße Herstellung
eines Schienenfahrwegs wird vorgeschlagen, zunächst eine bekannte Tragkonstruktion
aus Ortbeton, Asphalt oder Kombination aus beidem direkt auf der Frostschutzschicht
des Unterbaus oder auf einer hydraulisch gebundenen Tragschicht
mit geringer Mächtigkeit
aufzubringen.
Eine
derartige Betontragkonstruktion lässt sich unter Verwendung von
kostengünstigen
und gut verarbeitbaren Betonsorten in wirtschaftlichen Gleitschalverfahren
mit einer Höhengenauigkeit
von ca. ± 4
mm ohne Nachbearbeitung der erhärteten
Betonoberfläche
herstellen. Für
die erfindungsgemäße Herstellung
eines Fahrweges ist diese wirtschaftlich erzielbare Maßhaltigkeit
völlig
ausreichend.
Eine
Asphalt- oder Asphaltbetontragschicht sollte so aufgebaut sein,
dass die Sohlpressungen unter den Schienenstützkonstruktionen in Abhängigkeit
von der Spannungsverteilung in der Tragschicht einen hinreichend
großen
Abstand zu den verformungswirksamen Spannungsbeträgen in der
bekanntlich temperaturempfindlichen Asphalttragschicht haben. Diese
Forderung kann bei erfindungsgemäßer Ausgestaltung
der Schienenfahrwegkonstruktion besonders gut eingehalten werden.
Entscheidend
für die
Dimensionierung der Tragkonstruktion ist die Fähigkeit zur Lastverteilung über den
Unterbau in den Baugrund. Stärker
als im Straßenbau
spielt die Bodenempfindlichkeit bezüglich der relativ großen dynamischen
Lasteinwirkungen aus Schnellbahn- oder Güterverkehr eine wesentliche
Rolle. Die gegenüber
Straßenverkehrslasten
größere Lastkonzentration
hat bezogen auf die Lastableitung in den Untergrund eine wesentlich
größere Tiefenwirkung.
Ein Verbundtragwerk mit Gewölbetragwirkung
ist zur Erzielung einer gleichmäßigen Spannungsverteilung
im Baugrund prinzipiell besser geeignet als eine schlaffe Biegeplatte.
Der erfindungsgemäß hergestellte
Schienenfahrweg trägt
diesem Umstand vorteilhaft Rechnung.
Entsprechend
Anspruch 1 der Erfindung wird zwischen Tragkonstruktion und Schienenstützkonstruktion
eine Ausgleichsschicht aus einer Mischung aus einem Kornhaufwerk
und einem thermoplastischen Bindemittel angeordnet.
Ein
für die
Ausgleichsschicht geeigneter Werkstoff ist mit
DE 102 09 873 A1 , dort
jedoch lediglich zur Übertragung
von Druck- und Scherkräften, bekannt
geworden.
Überraschenderweise
lässt sich
mit Hilfe einer dort beschriebenen Werkstoffkombinationen eine sehr
genaue Höhenjustierung
im erfindungsgemäßen Sinne
des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 vornehmen. Man macht sich
dabei die Eigenschaft der Verdichtungsfähigkeit und die Möglichkeit
eines definierbaren Verdichtungsmaßes von ähnlich gearteten losen Kornhaufwerken
zunutze. Unter der geometrischen Randbedingung, dass die Schichtdicke
eines solchen Kornhaufwerks klein gegenüber der Flächenausdehnung ist und gegenüber den
Korngrößen der
Schicht einen bestimmten Größenfaktor
nicht überschreitet,
lässt sich
die Schichtdicke durch Zuführen
von mechanischer Verdichtungsarbeit in Abhängigkeit von den plastischen
Fließeigenschaften
des Materials prozentual in sehr kleinen Schritten verkleinern.
Die erreichbare Genauigkeit ist dabei u. a. abhängig vom Größenmaßstab des Kornhaufwerkkomplexes.
Je kleiner Körner
und Ausgangsschichtdicke sind, desto genauer ist die Schichtdicke
absolut variierbar und desto genauer kann die Höhenjustage für eine Auflagerung
der Schienenstützkonstruktion
erfolgen. Verfahrenstechnisch darf die endgültige Schichtdicke jedoch aus Gründen einer
erfindungsgemäß gewünschten
Verbundtragfähigkeit
einen vom Größtkorndurchmesser abhängigen Wert
nicht unterschreiten.
In
Fällen,
wo gegenüber
der Flächenausdehnung
oder den verwendeten Korngrößen eine
große Dicke
der Ausgleichsschicht erforderlich wird, können – wie bei bekannten Brückenlagern
aus bewehrtem Elastomer – Bleche,
Netze oder Membranen als Bewehrungs zwischenlagen angeordnet werden,
um vorgenannte geometrische Randbedingung wenigstens teilschichtweise
zu erfüllen.
Das
erfindungsgemäße thermoplastische Bindemittel
hat die Aufgabe, das Kornhaufwerk dauerbeweglich zusammenzuhalten
und die Lage der Einzelkörner
zueinander weitgehend zu erhalten und zu sichern, wenn die Höhenjustierung
abgeschlossen ist. Eine willkommene und erfindungsgemäß genutzte
Nebenwirkung des immer auch mit Wärmeentwicklung und großen Druckspannungen verbundenen
Verdichtungsvorgangs ist das adhäsive Anheften
der Ausgleichsschicht an der Tragkonstruktion. Dadurch wird auch
ein zeitliches und verfahrenstechnisches Entkoppeln des Aufbringens
der Ausgleichsschicht mit Höhenjustierung
vom Anordnen der Schienenstützkonstruktion
mit Seitenjustierung ermöglicht.
Die
erfindungsgemäße Ausgleichsschicht
ist auch bezüglich
der Lagerungseigenschaften der Schienenstützkonstruktion vorteilhaft.
Sie ist bei entsprechend großer
Verdichtung dauerhaft hochelastisch und bei kleiner Schichtdicke
extrem steif, d. h. die Zusammendrückung und die Schubverzerrung der
Ausgleichsschicht ist weit geringer als die bekannter Verformungslager
und ebenso geringer als die für
Magnetbahnfahrwege einzuhaltenden Verschiebungsgrenzwerte. Deshalb
ist eine erfindungsgemäße Ausgleichsschicht
vorteilhaft zur Auflagerung der Schienenstützkonstruktionen eines Transrapid-Fahrwegs
geeignet.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
nach Herstellung der Tragkonstruktion und Abklingen der Sekundärsetzungsvorgänge im Unterbau
des Fahrweges die Höhenjustierung
endgültig
in geforderter Genauigkeit vorzunehmen. Dazu können dafür ausgelegte Maschinen die
Tragkonstruktion befahren und diese als fixe Mess- und Arbeitsebene
nutzen. Jede Schienenstützstelle
kann dadurch einzeln eingemessen und erfindungsgemäß durch
Auftrag und Bearbeitung der Ausgleichsschicht derart nivelliert
werden, so dass auch bei geneigter Fahrwegebene die geforderte Lage
und Orientierung der angeordneten Schienenstützkonstruktion gewährleistet
ist. Damit werden die gemäß Stand
der Technik latent vorhandenen Höhendifferenzen
zwischen benachbarten Schienenstützpunkten
vorteilhaft vermieden und eine bessere Fahrwegstrukturebenheit erzielt.
Nach
Aufbringen der Ausgleichsschichten oder gleichzeitig mit diesen
kann die Schienenstützkonstruktion
auf die Tragkonstruktion aufgebracht und nahezu beliebig genau seitenjustiert
werden. Für die
Erfindung ist es unerheblich, wie die Schienenstützkonstruktion geartet ist.
Im einfachsten Fall kann sie aus einer bekannten Konstruktion aus
Beton, Stahl oder Gussmaterial bestehen, wie sie zur Schienenbefestigung
auf Betonquerschwellen oder Stützpunktauflagerung
auf Betontragplatten Anwendung findet. Bekannte Stahlschwellen und
Rippenplatten sind als Schienenstützkonstruktion ebenso möglich wie
Ein- oder Zweiblockschwellen, Platten, Roste oder allgemein Stabwerke
aus Beton. Holz- oder Kunststoffschwellen
wären für erfindungsgemäßen Schienenfahrweg
zwar ungewöhnlich,
aber prinzipiell geeignet.
Infolge
Eigengewichtslast der Schienenstützkonstruktion
oder mittels zusätzlich
aufgebrachter statischer oder dynamischer Auflast erfolgt die Verdichtung
der Ausgleichsschicht und endgültige Höhenjustierung
mittelbar über
die Schienenstützkonstruktion.
Die Oberfläche
der Ausgleichsschicht formt sich dabei formtreu und kraftschlüssig an
die Kontur der Kontaktflächen
der Trag- und Schienenstützkonstruktion
an und bildet somit mittelbar einen innigen Formverbund zwischen
Tragkonstruktion und Schienenstützkonstruktion
aus.
Eine
willkommene und erfindungsgemäß genutzte
Nebenwirkung des mit Wärmeentwicklung oder
lokalen Spannungsdifferenzen verbundenen Verformungsvorgangs ist
das adhäsive
Anheften der Trag- oder Schienenstützkonstruktion an der erfindungsgemäßen Ausgleichsschicht.
Dieser Vorgang ist dauerhaft reversibel, sodass bei Stützstellen,
bei denen im Extremfall aufgrund kurzzeitiger Überbeanspruchung der Form-
oder Haftverbund lokal verloren geht, dieser sich nach einigen Zugüberfahrten
und Temperaturzyklen vorteilhaft selbstheilend wieder einstellt.
Die
erfindungsgemäß bedingte
Kombination von Form- und Haftverbund in der Ausgleichsschicht hat
zusätzlich
den Vorteil, dass kleine und kurzzeitige Scherbeanspruchungen rein
elastisch über
den Haftverbund, große
und langzeitige Scherbeanspruchungen über das hochelastische Korngerüst der Ausgleichsschicht
dauerhaft und nahezu ohne plastische Verzerrungen und damit verbundene
Lageänderungen übertragen
werden.
Die
Tragwirkung der Ausgleichsschicht als Verbundfuge ermöglicht in
Erweiterung der Erfindung die vorteilhafte Verwendung von Zugankern
zur Befestigung der Schienenstützkonstruktion – insbesondere
in Form von Rippenplatten oder dergleichen – auf der Tragkonstruktion,
die im Gegensatz zu Dübeln
keinen seitlichen kraftschlüssigen
Formverbund zwischen Schienenstützkonstruktion
und Tragkonstruktion bewirken müssen
und derarti ge Stützpunktbefestigungen
deshalb in Investition und Unterhaltung kostengünstiger sind. Bis zur Montage
der nachträglich
einbringbaren Anker sichert der Haftverbund der Ausgleichsschicht
konstruktiv die Lage der Schienenstützkonstruktion auf der Tragkonstruktion.
Je
nach Umgebungstemperatur kann es vorteilhaft sein, beim erfindungsgemäßen Höhenjustage-
und Verdichtungsvorgang zusätzlich
Wärmeenergie
zuzuführen,
um durch Aufschmelzen des Thermoplastes den Verdichtungsvorgang
zu vereinfachen oder das Anheften der Ausgleichsschicht an den Bauteilkontaktflächen zu
verbessern.
Erfindungsgemäß kann die
Ausgleichsschicht als Stapel von vorgefertigten dünnen Werkstoffplatten
aufgetragen werden. Die Plattenformteile können in den Flächenabmessungen
vorteilhaft etwas größer als
die spätere
Kontaktfläche
mit der Schienenstützkonstruktion
sein, um Freiheiten für
die seitliche Lagejustierung der Schienenstützkonstruktion zu behalten.
Aus Gründen
wirtschaftlicher Lagerhaltung und Baulogistik erscheint es vorteilhaft,
die Werkstoffplatten in wenigen aufeinander abgestimmten Dicken
vorzuhalten und den Höhenanforderungen
entsprechende Plattenstapel durch Kombination geeigneter Plattendicken
vor Ort zusammenzustellen. Die einzelnen Platten können vorteilhaft
auch aus unterschiedlichen Materialmischungen konstruktiv zusammengesetzt
sein, z. B. dünnere
Platten aus feinkörnigem
hartem eckigem Quarzsand zur Anordnung an Kontaktflächen mit
Stahlbauteilen oder dickere Platten aus kostengünstigerem Mittelsand für größeren Höhenausgleich
oder zur Anordnung an Kontaktflächen
mit Asphalt-, rauen Beton- oder Kunststoffbauteilen.
In
Erweiterung der Erfindung sind die Platten in den Randbereichen
im Gegensatz zu den Plattenkernbereichen mit thermoplastischem Bindemittel angereichert.
Dies verbessert zum einen den konstruktiven Haftverbund zwischen
den Platten und den angrenzenden Bauteilflächen und reduziert vorteilhaft
die randnahen Druckspannungsspitzen zur Vermeidung von Materialabplatzungen
in den Schienenstützkonstruktionen,
weil das statisch wirksame Korngerüst durch den mittels Bindemittel
reduzierten direkten Korn-zu-Korn-Kontakt nachgiebiger ist und ab einem über Mengenverhältnis und
Verdichtungsmaß definiertem
Spannungsniveau zu fließen
beginnt. In den Kernbereichen der Platten ist jedoch in der Regel
ein steifes hochelastisches Korntraggerüst für eine gute kraftschlüssige Formverbundwirkung vorteilhaft.
Die
Erfindung genießt
den großen
Vorteil, dass das Herstellen der Ausgleichsschicht nicht an zeitabhängige Verfestigungsvorgänge durch
Abbinden oder Aushärten
gebunden ist. Die Ausgleichsschicht ist durch die Trageigenschaften
des verwendeten Werkstoffs nach Aufbringen und Höhenjustage praktisch instantan
belastbar. Dadurch ist es z. B. im Falle von lokalen Instandsetzungsmaßnahmen
von Festen Fahrbahnen möglich,
eine Lagenachjustierung unter dem örtlich angehobenen Gleisrost
vorzunehmen und den Gleisrost sofort auf dem ggf. neuen Ausgleichspolster
abzusetzen. Bei Ersatz einzelner Ausgleichspolster ist es darüber hinaus
nicht erforderlich, die Höhenjustierung
aktiv vorzunehmen. Dies erfolgt nämlich automatisch und weitgehend
höhengerecht
unter der dynamischen Belastung weniger Zugüberfahrten, wenn die Schichtdicke
des Ausgleichspolsters geeignet gewählt wird.
In
der Praxis ist es aus verschiedenen Gründen kaum wirtschaftlich möglich Bodenverformungen generell
oder dauerhaft zu vermeiden. Deshalb muss immer mit örtlich begrenzten
Bodenverformungen unter einem ebenerdigen Schienenfahrweg und damit
verbundenen nicht tolerierbaren Lageveränderungen gerechnet werden.
Auch können
Havarie oder höhere
Gewalt Teile des Schienenfahrwegs beschädigen. Es kommt dann darauf
an, dass die Gleislage des Schienenfahrwegs unter Wahrung der Verhältnismäßigkeit
der Mittel korrigiert werden kann. Die erfindungsgemäße Herstellung
des Schienenfahrwegs ist vorteilhaft darauf ausgelegt.
Für erfindungsgemäßen Formverbund
vorteilhafte Rauhigkeiten der Bauteiloberflächen genügen die bei wirtschaftlichster
Herstellung von Tragkonstruktion und Schienenstützkonstruktion automatisch
entstehenden Kontaktoberflächen
vollauf. Bei Verwendung von Quarzsand für erfindungsgemäße Ausgleichsschicht
prägen
sich die harten spitzen Sandkörner
auf Dauer sogar in glatt geschliffene Stahloberflächen kraftschlüssig ein.
Auch augenscheinlich glatte Betonoberflächen haben eine zumindest unterschiedlich
steife Oberflächenstruktur aus
harten Zuschlagskörnern
und weicheren mit Bindemittel gefüllten Vertiefungen, in die
Sandkörner kraft-
und formschlüssig
eingreifen. Ein guter kraftschlüssiger
Formverbund entsteht auch zwischen erfindungsgemäßer Ausgleichsschicht und einer Kunststofffläche, z.
B. einer bekannten Schwellenbesohlung.
Durch
das vorteilhafte Verbundverhalten stellt die Ausgleichsschicht in
der Summe der einzelnen Ausgleichspolster unter der Schienenstützkonstruktion
eine gesamtheitlich dauerbeständig
wirksame Verbundfuge dar, die geeignet ist, die monolithische Tragkon struktion
mit einer dazu geeignet ausgestalteten Schienenstützkonstruktion
zu einem zuverlässig
wirksamen Verbundtragwerk zu vereinen.
Um
dies zu bewirken, wird in Erweiterung der Erfindung vorgeschlagen,
die Schienenstützkonstruktion
in Fahrwegebene mittels Aussteifungselementen kraftschlüssig zu
einer schersteifen Druckscheibe zu koppeln. Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen
zwischen den als Querschwellen oder plattenartigen Tragwerken ausgebildeten
Schienenstützkonstruktion
vorgefertigte Zwischenelemente druckkraftschlüssig und schersteif anzuordnen.
Durch selbsttätiges
Verkeilen der Zwischenelemente infolge ihres Eigengewichts oder
zusätzlich
unterstützt
durch Vorspannen der Zwischenelemente mit Ankern gegen die Tragkonstruktion,
wird zum einen eine erfindungsgemäße druck- und schersteife Scheibe
gebildet, zum anderen werden gleichzeitig die Schienenstützkonstruktion
zwecks Verbesserung der Verbundwirkung infolge Erhöhung des
Spannungsniveaus in der Ausgleichsschicht mit Gewichtskraft dauerbelastet
und somit die Lagesicherheit der Schienenstützkonstruktion vergrößert. Gleichzeitig wird
die für
vorteilhafte Wirkung der Schienenfahrwegkonstruktion als Verbundtragwerk
erforderliche Scherfuge in der Ausgleichsschicht zwischen Druckscheibe
und Tragkonstruktion gesichert.
Die
Kraftübertragung
zwischen Schienenstützkonstruktion
und Zwischenelementen erfolgt über
Kontaktpressung oder Verbund an den Flanken der keilförmig ausgebildeten
Zwischenelemente. Eine gleichmäßige Kontaktpressung
ist geometrisch bedingt auch dann gewährleistet, wenn Schwellen aufgrund
von Kurvenlagen nicht parallel zueinander liegen. Das kurveninnenseitige
Ende des Zwischenelementes liegt dann etwas höher als das kurvenaußenseitige.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen den Kontaktflächen der
gleiche Werkstoff wie in der erfindungsgemäßen Ausgleichsschicht zwischen
Tragkonstruktion und Schienenstützkonstruktion
angeordnet. Damit können
ungleichmäßige Normalspannungsverteilungen
in leicht verdreht zueinander liegenden Kontaktflächen infolge
Kuppen- und Senkenverlauf der Fahrbahntrasse ausgeglichen werden.
Durch die schwebende Keillage der Zwischenelemente stellt sich im
Verlauf einiger Temperaturzyklen automatisch eine in der Größe mit der
Temperatur schwankende, aber beständig vorhandene Druckvorspannung
in der erfindungsgemäßen Scheibe
ein, da die bei niedrigen Temperaturen verkleinerten Zwischenelemente
infolge Eigengewicht oder künstlich
aufgebrachter Vorspannung nachsacken, aber bei Temperaturdehnung
infolge Verbundwirkung in den Kontaktfugen nicht auftreiben können. Durch
Wahl der Flankenneigungen gegen die Fahrwegebene kann dieser Vorgang
gesteuert werden.
Außer dass
die Zwischenelemente die Gesamtmasse speziell von Festen Fahrbahnen
gegen Schwingungsanregung vergrößern, bewirkt
die erfindungsgemäße Verbundkonstruktion
die vom klassischen Schotteroberbau bekannte und gewünschte Gewölbetragwirkung.
In Fahrwegbereichen mit kleinen Kurvenradien oder großen Abhebekräften kann es
vorteilhaft sein, die Zwischenelemente zusätzlich mit Ankern gegen die
Tragkonstruktion vorzuspannen, um die Verbundsteifigkeit des Gesamttragwerks zu
erhöhen.
Bei
Festen Fahrbahnen mit Asphalttragschicht schützt die erfindungsgemäße Scheibenkonstruktion
die Oberfläche
der Asphaltschicht vor Wärme-
und UV-Strahlung. Zusätzlich
dazu oder zur Erhöhung
des Querverschiebewiderstandes der Schienenstützkonstruktion können die
bekannte Anschotterung oder weitere Fertigteilelemente an den Fahrwegseiten
angeordnet werden.
Bei
der Anordnung von breiten Schwellen oder plattenartigen Schienenstützkonstruktionen, insbesondere
bei Schienenfahrwegen für
Magnetschwebebahnen, kann es aus Gründen der Befestigungsredundanz,
zur Begrenzung von Aufbiegungen oder zur Erhaltung eines lokalen
Vorspannungsniveaus in der Druckscheibe bei Instandsetzungsarbeiten,
vorteilhaft sein, auch die Schienenstützkonstruktion selbst gegen
die Tragkonstruktion zu verankern.
Ebenso
kann es aus Schallschutzgründen vorteilhaft
sein, Zwischenelemente oder plattenartige Schienenstützkonstruktionen
schalldurchlässig
oder schallabsorbierend auszugestalten.