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Die
Erfindung betrifft eine feste Fahrbahn für Schienenfahrzeuge,
mit in einer Fahrbahnplatte eingebetteten Schwellenblöcken
und einem die Fahrbahnplatte aufnehmenden Trog.
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Bei
herkömmlichen Gleisanlagen besteht der Oberbau normalerweise
aus losem Schotter, in dem Schwellen mit auf Schienenbefestigungen
montierten Schienen liegen. Dieser Oberbau liegt auf einem Unterbau
auf, der auf einem Untergrund aus anstehendem Erdboden gelagert
ist. Dabei kann es sich um geländegleiche Lagen, Einschnitte
oder Dämme handeln. Der Unterbau selbst besteht normalerweise aus
einer verdichteten Frostschutzschicht, gegebenenfalls befindet sich
darauf eine Planumschutzschicht.
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In
dem Oberbau ist der auf dem Schotter aufliegende Gleisrost, der
aus Schwellen, Schienenbefestigungen und Schienen besteht, eine
relativ steife Konstruktion. Das Schotterbett verhält sich
gemeinsam mit dem Untergrund beim Überrollen durch Schienenfahrzeuge
elastisch, wobei die Elastizität des Untergrundes von seiner
Verdichtung und Materialsteifigkeit abhängig ist.
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Derartige
herkömmliche Gleisanlagen weisen jedoch den Nachteil auf,
dass Erschütterungen, die vom Rad-Schiene-Kontakt erzeugt
werden, über die Schienen, die Schwellen und den Schotter
ungefiltert über den Untergrund in den Erdboden eingeleitet
werden und Erschütterungen oder Sekundärschallemissionen
verursachen. Nachteilig ist dabei, dass übliche Schienenbefestigungen
für Schotteroberbau eine relativ geringe Elastizität
aufweisen, sodass die auf die Schienen einwirkenden Lasten nur geringfügig
verteilt und ungenügend abgemildert werden. Da auch der
Schotter nur zu einer geringen Verteilung der einwirkenden Lasten
beiträgt und diese größtenteils durchleitet,
treten konzentrierte Impulse auf, die in den Untergrund eingeleitet
werden. Diese Impulse werden als Schwingungen durch den Erdboden
und als Oberflächenwellen übertragen und sind
im Bereich der Fahrbahn oder in der näheren Umgebung in
Form von Erschütterungen sowie als Sekundärluftschall fühl-
und hörbar. Bei benachbarten Gebäuden können
Schwingungen sowie Erschütterungen auftreten, die unerwünscht
sind.
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Neben
Schienenstrecken mit Schotteroberbau sind unterschiedliche feste
Fahrbahnen bekannt, bei denen Betonschwellen fest in ein Betonbett
eingebettet sind. Unter Zwischenschaltung einer hydraulisch gebundenen
Tragschicht (HGT) ist die feste Fahrbahn auf einem Unterbau auf
einem Erdkörper gegründet. Feste Fahrbahnen zeichnen
sich durch hochelastische Schienenbefestigungen aus, die als Koppelstelle
zwischen Schwellen und Schienen dienen. Bei einer Belastung durch
ein Schienenfahrzeug senken sich die hochelastischen Schienenbefestigungen
ab, wodurch die Last auf mehrere Stützpunkte verteilt wird,
sodass sich die Last pro Stützpunkt verringert. Zusätzlich
wird die Last durch die Fahrbahnplatte in Verbindung mit der hydraulisch
gebundenen Tragschicht in Längs- und Querrichtung zum Gleis
verteilt, sodass der Untergrund gleichmäßiger belastet
wird. Dadurch wird sowohl die Bodenpressung reduziert als auch die
Impulshöhe der von den Achs- und Drehgestelllasten erzeugten
Kräfte auf den Untergrund verringert, wodurch die Entstehung von
Erschütterungen reduziert und der Betrag der Amplitude
verringert wird.
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Aus
der
DE 41 00 881 A1 ist
ein Oberbau für Eisenbahn-Gleisanlagen bekannt, bei dem
die Vorteile einer festen Fahrbahn mit derjenigen eines Schotteroberbaus
kombiniert werden sollen. Dazu weist der Oberbau einen Betontrog
auf, in dem ein Schotterbett elastisch gelagert ist, in dem ein
aus Schienen und Schwellen bestehender Gleisrost eingebettet ist.
Allerdings ist die Lastverteilung bei einem derartigen Oberbau wegen
des Schotterbetts ungenügend, sodass den bereits erwähnten
unerwünschten Erschütterungen durch die Ausbildung
eines dicken und steifen Betontroges entgegengewirkt werden muss.
Diese Ausbildung jedoch ist aufwändig und kostenintensiv.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine feste Fahrbahn
für Schienenfahrzeuge anzugeben, die einen Erschütterungsschutz
gewährleistet.
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Zur
Lösung dieser Aufgabe ist bei einer festen Fahrbahn der
eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die feste Fahrbahn auf einem Erdbauwerk angeordnet ist und
die Fahrbahnplatte in dem Trog mittels einer elastischen Schicht
gelagert ist, die sich unterhalb und seitlich der Fahrbahnplatte
erstreckt.
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Die
erschütterungsmindernde Dämpfung der erfindungsgemäßen
festen Fahrbahn beruht auf einer Schwingungsdämpfung, bei
der die elastische Schicht auf sie auftreffende Erschütterungen
wegen der Diskontinuität der Dichte und der Steifigkeit
der elastischen Schicht im Vergleich zur Dichte und Steifigkeit
der anderen Bestandteile der festen Fahrbahn reflektiert. Es wird
angenommen, dass die erschütterungsmindernde Wirkung auf
der Differenz der Impedanz der elastischen Schicht in dem Trog und
der mechanischen Eingangsimpedanz eines Unterbaus beruht. Ein Aufeinandertreffen
von Bauteilen mit unterschiedlichen Impedanzen verursacht einen
Impedanzsprung, die zu einer Reflexion der an der Verbindungsstelle
auftreffenden Wellen führt. Je größer
der Unterschied der Impedanzen ist, desto größer
ist der Teil der an der Verbindungsstelle reflektierten Wellen und
ein umso geringerer Teil wird transmittiert. Somit weist die erfindungsgemäße
feste Fahrbahn eine bessere Lastverteilung auf den Untergrund und
eine verringerte Amplitude der Lastspitzen auf. Weiterhin sind die
dynamischen Kräfte insgesamt reduziert. Da die in den Untergrund
eingeleiteten Impulse spürbar verringert sind, werden auch
die in den Boden eingeleiteten Erschütterungen vermindert.
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Bei
der erfindungsgemäßen festen Fahrbahn kann die
elastische Schicht auf der Oberfläche wie an den Seiten
des Trogs als kontinuierliche Lagerung, als Punktlagerung oder als
Streifenlagerung ausgebildet sein. Die Zwischenräume können
bei einer Punktlagerung oder einer Streifenlagerung mit einem Füllmaterial
ausgefüllt sein, dabei kann es sich um ein elastisches
oder plastisches Füllmaterial handeln. Der bei der festen
Fahrbahn vorgesehene Trog bewirkt mit seiner Masse und Steifigkeit
eine Abschlussimpedanz und verringert die Erschütterungen,
die in den Untergrund eingeleitet werden. Die in dem Trog angeordnete
Fahrbahnplatte bewirkt durch ihre Steifigkeit eine Lastverteilung
und kann als Massekörper eines Masse-Feder-Systems angesehen werden.
Die erschütterungsmindernde Wirkung wird durch die hohe
Masse und Steifigkeit der Fahrbahnplatte, die als Ortbetonplatte
ausgebildet sein kann, verbunden mit der hohen Elastizität
der elastischen Schicht, bewirkt. Dabei hat die Fahrbahnplatte im Vergleich
zu einem Schotteroberbau nach
DE 41 00 881 A1 nicht nur ein um 40% höheres
Gewicht, sondern sorgt durch deren Steifigkeit in Längsrichtung
zu einer viel besseren Lastverteilung im Vergleich dazu. Bei gleichem
Höhenaufbau lässt sich daher im Vergleich zur
DE 41 00 881 A1 eine
tiefere Abstimmungsfrequenz bzw. die gleiche Abstimmungsfrequenz
durch einen geringeren Höhenaufbau erzielen. Bei der erfindungsgemäßen
festen Fahrbahn wird der Trog hinsichtlich seiner Dicke und Breite
so bemessen, dass eine bestimmte Abschlussimpedanz vorhanden ist,
mit der sich ein gewünschter dynamischer Effekt ergibt.
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Es
kann auch vorgesehen sein, dass der Abschnitt des Trogs, auf dem
die Fahrbahnplatte aufliegt, einen trapezförmigen Querschnitt
aufweist, ebenso kann der Trog auf einem geneigten Unterbau angeordnet
sein.
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Gemäß einer
Variante der erfindungsgemäßen festen Fahrbahn
kann es vorgesehen sein, dass zwischen dem Trog und dem Erdbauwerk
eine Frostschutzschicht angeordnet ist.
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Die
elastische Schicht ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sie eine
bestimmte Steifigkeit aufweist, um eine zugehörige Abstimmfrequenz
zu definieren. Weichere Bettungen führen zu niedrigeren Abstimmfrequenzen
und umgekehrt. Zur Erzielung von niedrigeren Abstimmfrequenzen kann
somit anstelle einer kontinuierlichen Lagerung eine Streifenlagerung
oder eine Punktlagerung vorgesehen sein.
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Gemäß einer
Weiterbildung der festen Fahrbahn kann es vorgesehen sein, dass
sie zwei Gleise aufweist, wobei die Schwellenblöcke eines
Gleises jeweils in einem Trog aufgenommen sind. Dadurch werden Bodendruckspannungen
verringert sowie die Massenimpedanz des jeweiligen Trogs erhöht,
sodass die Schwingungsisolierung erhöht ist.
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Es
kann auch vorgesehen sein, dass die feste Fahrbahn eine Weiche aufweist,
wobei die vertikalen Abschnitte des Trogs entsprechend den Gleisen verschoben
sind.
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Es
ist auch denkbar, dass der Trog Entwässerungsöffnungen
aufweist, die vorzugsweise von den Innenseiten des Trogs nach außen
führen und ein Gefälle aufweisen. Die Entwässerungsöffnungen verhindern,
dass sich Wasseransammlungen innerhalb des Trogs bilden und gewährleisten,
dass diese zumindest schadfrei abfließen können.
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Bei
der erfindungsgemäßen festen Fahrbahn kann es
vorgesehen sein, dass der Trog unbewehrt ist, bei anderen Ausführungen
kann der Trog jedoch auch Querkraftdübel und/oder Querscheinfugen
aufweisen, die vorzugsweise in regelmäßigen Abständen
voneinander angeordnet sind. Der Abstand der Querscheinfugen kann
vorzugsweise zwischen 3 und 6 Meter betragen.
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In ähnlicher
Weise kann es bei der erfindungsgemäßen festen
Fahrbahn vorgesehen sein, dass die Fahrbahnplatte unbewehrt ist.
Bei anderen Ausführungen kann auch die Fahrbahnplatte Querkraftdübel
und/oder Querscheinfugen und/oder eine statisch wirksame Bewehrung
aufweisen.
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Es
hat sich als vorteilhaft herausgestellt, den Trog an seinen Innenkanten
gegenüber der Fahrbahnplatte durch ein Fugenband abzudichten.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Figur erläutert.
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Die
Figur zeigt eine erfindungsgemäße feste Fahrbahn
in einer geschnittenen Ansicht.
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Die
feste Fahrbahn 1 umfasst eine Fahrbahnplatte 2,
die aus Ortbeton besteht und in die Schwellenblöcke 3, 4 eingebettet
sind. Die Schwellenblöcke 3, 4 können
als Monoblockschwellen ausgebildet sein oder durch Verbindungselemente 5 untereinander
gekoppelte Mehrblockschwellen sein. Schienen 6 sind jeweils
mittels Schienenbefestigungen 7 auf den Schwellenblöcken 3, 4 befestigt.
In der Fahrbahnplatte können parallel zu den Schienen 6 verlaufende
Dübel 12 oder sowohl längs und quer angeordnete
Bewehrungsstäbe einer statischen Bewehrung angeordnet sein.
Die Fahrbahnplatte 2 ist in einem Trog 8 angeordnet,
der aus einem horizontalen Abschnitt 9 und seitlichen vertikalen
Abschnitten 10, 11 besteht.
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Unterhalb
des Trogs 8 befindet sich eine Frostschutzschicht 13,
die auf einem Erdbauwerk 16 aufliegt.
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Im
Bereich einer Überhöhung kann das Erdplanum oder
die Frostschutzschicht 13, wie in der Figur gezeigt ist,
einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen, bei anderen
Ausführungen kann die Überhöhung auch
durch einen trapezförmigen Querschnitt des horizontalen
Abschnitts 9 des Trogs realisiert sein.
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Die
Fahrbahnplatte 2 ist mittels einer elastischen Schicht 14 in
dem Trog 8 gelagert. Die elastische Schicht 14 erstreckt
sich dabei sowohl über den horizontalen Abschnitt 9 des
Trogs 8 als auch über die beiden seitlichen vertikalen
Abschnitte 10, 11, sodass die Fahrbahnplatte 2 auch
seitlich elastisch gelagert ist. Die elastische Schicht 14 besteht
aus einem Elastomer und zeichnet sich durch eine hohe Elastizität
aus, im Vergleich zu der Elastizität der Fahrbahnplatte 2 und
des Trogs 8. Der Trog 8 weist Entwässerungsöffnungen 15 auf,
die sich von der inneren Kante des Trogs 8 mit einem Gefälle
nach außen erstrecken und die Ansammlung von Wasser in dem
Trog vermeiden.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die elastische
Schicht 14 als durchgehende Schicht ausgebildet, sodass
die Fahrbahnplatte 2 flächig in dem Trog 8 gelagert
ist. Bei anderen Ausführungen kann die elastische Schicht
auch als Streifenlagerung oder Punktlagerung ausgebildet sein.
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Um
die gewünschte schwingungsdämpfende Wirkung zu
erzielen, kann die Masse und die Dicke der Fahrbahnplatte 2 sowie
die Masse und die Dicke des Trogs 8 an eine bestimmte Abstimmungsfrequenz
angepasst werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4100881
A1 [0006, 0010, 0010]