DE102016001953A1

DE102016001953A1 - Feste Fahrbahnen für Eisenbahnbrücken, ihre Lagerung auf und ihren Verbund mit den Brückentragwerken

Info

Publication number: DE102016001953A1
Application number: DE102016001953.0A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-02-19
Filing date: 2016-02-19
Publication date: 2017-08-24
Anticipated expiration: 2036-02-20
Also published as: DE102016001953B4

Abstract

In festen Fahrbahnen von Eisenbahnbrücken mit lückenlos verschweissten Schienen entstehen im Längenbereich der Brücken erhebliche zusätzliche Schienenlängskräfte. Sie schränken den Einsatz Fester Fahrbahnen und die möglichen Brückenlängen ein und erfordern hohe Längskraftsteifigkeiten der Widerlager und Pfeiler. Die Erfindung enthält zwei Lösungen für die Vermeidung dieser Nachteile des St. d. T. Die PA 1–4 schlagen vor, die Fahrbahn in eine größere Zahl von Längenabschnitten zu gliedern, die durch Querfugen getrennt sind, nur an einer Stelle ihrer Teillängen längsfest mit dem Brückentragwerk verbunden sind, im Übrigen aber längsbeweglich und querfest auf dem Brückentragwerk liegen. Solange Fahrbahnplatten und Brückentragwerk unterschiedlich schnell auf Veränderungen der Temperatur reagieren, entstehen an den Querfugen aller Längenabschnitte der Fahrbahn gegensinnige Relativverschiebungen, die größere Schienenlängskräfte vermeiden. PA 5 schlägt ebenfalls eine in Längenabschnitte gegliederte Feste Fahrbahn vor, die längsbeweglich und querfest auf der Brücke liegen und in der Mitte ihrer Teillängen an beiden Seiten mit biegesteifen Trägern fest verbunden sind, die lückenlos über die ganze Brückenlänge bis zu den Endspornen hinter die Widerlager geführt werden und nur mit den Widerlagern und an den Bewegungsruhepunkten längsfest mit dem Brückentragwerk verbunden sind. Die Erfindung ermöglicht wesentlich längere einteilige Brückentragwerke mit Festen Fahrbahnen. Auf die Erfüllung der nach dem St. d. T. erforderlichen hohen Längskraftsteifigkeiten der Unterbauten kann verzichtet werden.

Description

Die Erfindung betrifft Feste Fahrbahnen für Eisenbahnbrücken mit lückenlos verschweissten Gleisen und ihren Verbund mit dem Brückentragwerk.
Auf Eisenbahnbrücken mit lückenlos verschweissten Gleisen werden vorwiegend Bauarten der Festen Fahrbahn eingesetzt, bei denen die Schienen so mit der Festen Fahrbahn und dem Brückentragwerk verbunden sind, dass die unvermeidbaren Relativverschiebungen zwischen den Schienen und dem Brückentragwerk ausschließlich durch Verschiebungen der Schienenstützpunkte stattfinden müssen. Hierbei müssen die Reibungskräfte überwunden werden, die durch die Klemmkräfte der Schienenbefestigung in den Schienenstützpunkten entstehen.
Die Merkmale der Erfindung sollen in den Bauarten der Festen Fahrbahnen, bei denen davon ausgegangen werden muss, dass die unvermeidbaren Relativverschiebungen zwischen den unverschieblich gelagerten Schienen und dem Brückentragwerk ausschließlich durch Verschiebungen der Schienenstützpunkte stattfinden, Schienenlängskräfte vermeiden, die nach dem Stand der Technik über dem beweglichen Brückenende von den Reibungskräften zwischen dem Brückentragwerk und den Schienen während der temperaturbedingten Längenänderungen der Brückentragwerke erzeugt werden.
4 zeigt eine unmaßstäbliche Längsansicht durch die beiden ersten Felder eines vierfeldrigen einteiligen Eisenbahnbrückentragwerks mit der Länge L1 zwischen den Auflagern an den Enden des Brückentragwerks und dem festen Lager in der Tragwerksmitte. Wenn dessen Feste Fahrbahn nach dem Stand der Technik auf der ganzen Brückenlänge L fest und unverschieblich so mit dem Brückentragwerk verbunden ist, dass die Relativverschiebungen zwischen den Schienen und dem Brückentragwerkk nur durch die Überwindung der Reibung in den Schienenstützpunkten möglich sind, bilden sich bei den größtmöglichen Temperaturänderungen im Längenbereich des Brückentragwerks die in 1 dargestellten zusätzlichen Schienenlängskräfte. Sie haben über dem beweglichen Brückenende ihr Maximum S. Die Schienenlängskräfte über dem beweglichen Brückenende überlagern sich gleichsinnig mit den temperaturabhängigen Schienenlängskräften des lückenlos verschweissten Gleises. Die Summe dieser Schienenlängskräfte beeinflusst die Sicherheit der Gleiskonstruktion. Sie darf aus diesem Grund nur eine begrenzte Höhe erreichen. Diese Anforderung zwingt zu hohem zusätzlichen Aufwand zur Erhöhung der Längskraftsteifigkeit der Widerlager und Pfeiler des Brückentragwerks. Ausserdem schränkt diese Anforderung die größtmögliche Länge L einteiliger Eisenbahnbrücken mit lückenlos verschweissten Gleisen erheblich ein.
Im Einzelnen gilt für den Stand der Technik folgendes:
Die temperaturbedingten Schienenlängskräfte im Längenbereich der Brücke steigen nach Überwindung des Reibungswiderstandes der Schienenbefestigung auf der ganzen Länge des Brückentragwerks von einem Bewegungsruhepunkt aus proportional zum Durchschubwiderstand der Schienenbefestigung in beiden Richtungen linear bis zum Brückenende.
Bewegungsruhepunkt des Brückentragwerkes ist hierbei der Punkt der Brückenlänge L, der bei temperaturbedingten Längenänderungen des Brückentragwerks keine Relativverschiebungen zwischen den Schienen und dem Brückentragwerk erfährt. Er ergibt sich aus der Gleichgewichtsbedingung für die durch die temperaturbedingten Längenänderungen des Brückentragwerks und den Reibungsverbund zwischen Schienen und Brücke sich ergebenden Schienenlängskräfte und den horizontalen Auflagerreaktionen der Brückenlager, die durch die temperaturbedingten Längenänderungen des Brückentragwerks entstehen. Bei Lagerungsbedingungen, die bezogen auf die Brückenlänge L symmetrisch sind, was auch für das in 4 dargestellte Brückentragwerk zutrifft, liegt der Bewegungsruhepunkt immer in der Tragwerksmitte. Befindet sich das feste Brückenlager an einem der Brückenenden, verschiebt sich der Bewegungsruhepunkt um so mehr zum Brückenende mit dem festen Lager hin, je größer die Längskraftsteifigkeit des Widerlagers ist, auf dem sich die festen Brückenlager befinden.
Auf dem Brückentragwerk bilden sich in den lückenlos verschweissten Schienen, die sich im Gegensatz zum Brückentragwerk bei Veränderungen der Temperatur nicht verschieben können, zusätzliche Eigenspannungen in Schienenlängsrichtung. Bis zur Überwindung des Durchschubwiderstandes zwischen den Schienen und ihrer Befestigung in den Schienenstützpunkten sind das Brückentragwerk, die Feste Fahrbahn und die Schienen annähernd ein homogener Verbundquerschnitt. Die Eigenspannungen in den Schienen verändern sich in diesem homogenen Verbundquerschnitt bis zur Überwindung des Durchschubwiderstandes der Schienen proportional zu den temperaturbedingten Brückendehnungen und Stauchungen und haben Vorzeichen, die den Vorzeichen der Schienenlängskräfte des lückenlos verschweissten Gleises entgegengesetzt sind. In der ersten Zeitphase zunehmender oder abnehmender Temperaturen bilden sich zunächst fast auf der ganzen Brückenlänge auf Grund der konstanten temperaturbedingten Brückendehnungen oder Brückenstauchungen konstante Eigenspannungen in den Schienen, die im Sommer Zugspannungen und im Winter Druckspannungen sind, während aus Kontinuitätsgründen an den Brückenenden unmittelbar nach der Richtungsumkehr des Temperaturgradienten bereits Relativverschiebungen zwischen den unverschieblich gelagerten Schienen und dem Brückentragwerk erforderlich sind, die an den Brückenenden eine Überwindung des Durchschubwiderstandes erzwingen. Sie erzeugen zusätzliche Eigenspannungen in den Schienen, die das gleiche Vorzeichen haben wie die temperaturbedingten Eigenspannungen der lückenlos verschweissten Schienen. Im Sommer sind dies Druckspannungen und im Winter Zugspannungen. In 1 ist eine Verteilung der Schienenlängskräfte über die Brückenlänge in der ersten Zeitsphase einer gleichsinnigen größtmöglichen Temperaturänderung, in der große Längenbereiche der Brücke mit den Schienen und der Festen Fahrbahn noch als homogener Verbundquerschnitt wirksam sind, gestrichelt dargestellt. Bei der größtmöglichen Temperaturänderung wird auf der ganzen Brückenlänge L der Durchschubwiderstand der Schienen überwunden. Die nach Überwindung des Durchschubwiderstandes zwischen den Schienen und den Schienenstützpunkten an den Brückenenden entstehenden Eigenspannungen in den Schienen werden bei zunehmenden Temperaturunterschieden größer. Ihre Höhe ist bei maximal möglichen Temperaturunterschieden proportional zu den Teillängen des Brückentragwerk, die sich gleichsinnig bei Temperaturveränderungen relativ zu den Schienen bewegen. Es bilden sich vom Bewegungsruhepunkt innerhalb der Brückenlänge aus bis zum Brückenende linear steigende Eigenspannungen in den Schienen aus. Diese Eigenspannungen steigen vom Bewegungsruhepunkt aus proportional zum Durchschubwiderstand der Schienen in den Schienenstützpunkten bis zu den Brückenenden und haben dort ihr Maximum. Sie überlagern sich dort gleichsinnig mit den temperaturbedingten Eigenspannungen der lückenlos verschweissten Schienen. Sie müssen aus Gründen der Sicherheit in ihrer Höhe nach den Vorschriften der DBAG gemeinsam mit den Schienenlängskräften, die beim Bremsen und Anfahren von Zügen über den beweglichen Auflagern der Brücke entstehen, auf 92 N/mm² begrenzt werden. Diese Anforderungen lassen sich bei Festen Fahrbahnen nach dem Stand der Technik nur durch sehr hohe Längskraftsteifigkeiten der Pfeiler und Widerlager der Brückentragwerke erfüllen.
Nach dem Stand der Technik könnten die Nachteile mit der Brückenlänge linear ansteigender Schienenlängskräfte nur durch die Wahl kleinerer Durchschubwiderstände gemildert werden. Diese Möglichkeit scheidet aber aus, weil ein ausreichend großer Durchschubwiderstand notwendig ist, um horizontale Radlasten zuverlässig in die Fahrbahn zu übertragen und um größere Lücken bei Schienenbrüchen im Winter zu vermeiden.
Zusätzliche Beanspruchungen der Schienen einer Festen Fahrbahn über den Auflagerfugen von Brücken ergeben sich nicht nur aus den beiden intensiv untersuchten Beanspruchungen der Schienen durch die Bewegungen der Brückenenden, die durch unterschiedliche Temperaturen erzeugt werden, und die Beteiligung der Schienen der lückenlos verschweissten Gleise bei der Abtragung der Brems- und Anfahrlasten. Von ebenso großer Bedeutung sind bei einer Festen Fahrbahn Längs – und Querkraftwirkungen in den Schienen, die durch die unvermeidbare Mitwirkung der Schienen an Bewegungen und Verformungen der Brückenenden entstehen, die bei zahlreichen weiteren Lastfällen des Brückentragwerks erzeugt werden. Diese Kraftwirkungen sind durch die in Längs- und Querrichtung notwendige kraftschlüssige Verbindung der Schienen und der Festen Fahrbahn mit dem Brückentragwerk und dem anschließenden Widerlagerbereich und zwischen hintereinander angeordneten Brückentragwerken unvermeidbar.
Ein Teil dieser zusätzlichen Beanspruchungen korrespondiert mit den Verkehrslastfällen der Brücke und führt mit der Häufigkeit dieser Verkehrslastfälle zu schwellenden oder wechselnden Beanspruchungsgrößen. Von besonderer Bedeutung sind hierbei an den Enden des Brückentragwerks die senkrechten Bewegungen der Brückenoberfläche infolge der Durchbiegung des Brückentragwerks und die horizontalen Verschiebungen der Brückenoberfläche infolge des Auflagerdrehwinkels. Die senkrechten Bewegungen verändern bei jedem Lastfall in voller Höhe die Gleisgradiente. Sie verursachen damit eine Beeinträchtigung der Fahrdynamik und führen zu höheren Beanspruchungen der Schienenbefestigungsmittel und zu höheren Biegespannungen in den Schienen. Die horizontalen Verschiebungen beanspruchen bei jedem Lastfall den Durchschubwiderstand der Schienenbefestigungen. Diese zusätzlichen Beanspruchungen werden durch Übergangskonstruktionen nach dem Stand der Technik nur teilweise vermieden.
Diese zusätzlichen Beanspruchungen fehlen bei den Schienen der freien Strecke, so dass dieser Befund konkret bedeutet: Über den Auflagerfugen von Brücken ist davon auszugehen, dass die Betriebsfestigkeit der Schienen einer Festen Fahrbahn früher erschöpft ist als bei den Schienen der freien Strecke mit der weiteren Folge, dass über den Auflagerfugen von Brücken Schienenbrüche nach gleicher Nutzungsdauer wahrscheinlicher werden als auf der freien Strecke. Darüber hinaus ist bei der Bewertung dieser Umstände nicht unerheblich, dass durch die ständige mit der Häufigkeit der Verkehrslastfälle sich wiederholende Beanspruchung des Durchschubwiderstandes der Schienenbefestigung und durch die Störungen der Gleisgradiente Schienenbrüche über den Auflagerfugen von Brücken eher unbefahrbar sein würden als Schienenbrüche auf der freien Strecke.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Fahrbahnkonstruktion Fester Fahrbahnen und den Verbund zwischen der Fahrbahnkonstruktion und dem Brückentragwerk so zu gestalten, dass durch die Relativverschiebungen zwischen den Schienen und dem Brückentragwerk, die bei Änderungen der Temperatur und durch die Abtragung der Brems- und Anfahrlasten entstehen, auch bei wesentlich längeren Brückentragwerken als nach dem Stand der Technik keine unzulässig großen zusätzlichen Längskräfte in den Schienen über den Auflagerfugen an den Brückenenden erzeugen können.
Diese Aufgabenstellung kann dadurch erfüllt werden, dass die Fahrbahnplatten der Festen Fahrbahn auf der ganzen Länge L1 eines einteiligen Brückentragwerks zwischen den Auflagerfugen oder den Enden von Übergangskonstruktionen an den beiden Enden der einteiligen Brückentragwerke in eine größere Zahl n von Längenabschnitten der Fahrbahnplatten mit den Teillängen L2 = L1/n aufgeteilt werden, die orthogonal zur Längsachse der Brücke durch Fugen getrennt sind, in dem mittleren Bereich ihrer Teillängen L2 längsfest mit dem Brückentragwerk verbunden sind, im Übrigen aber längsbeweglich sowie querfest auf der Oberfläche des Brückentragwerks liegen.
Die Länge L1 eines Brückentragwerks ist bei kürzeren Brücken der Abstand zwischen den Auflagern des Brückentragwerks an den beiden Enden jedes einteiligen Brückentragwerks. Bei längeren Brückentragwerken, deren Auflagerfugen an den Brückenenden durch Übergangskonstruktionen überbrückt werden, ist die Länge L1 der Abstand zwischen den Enden der Übergangskonstruktionen. Jeder Längenabschnitt der Fahrbahnplatten eines Brückentragwerks kann im mittleren Bereich seiner Teillänge von L2, der längsfest mit dem Brückentragwerk verbunden ist, horizontale Kräfte in Brückenlängsrichtung von den Schienen in das Brückentragwerk übertragen.
Die Anordnung einer längsfest mit dem Brückentragwerk verbundenen sehr kleinen Teillänge von L2 in jedem Längenabschnitt der Fahrbahnplatten und die Möglichkeit von Längsbewegungen beidseits dieser Teillänge erzeugt bei positiven und negativen Temperaturgradienten und den durch sie ausgelösten temperaturbedingten Längenänderungen des Brückentragwerks und der Längenabschnitte der Fahrbahnplatten zwischen den Fahrbahnplattenabschnitten und den Schienen unstetige Relativbewegungen, wenn und solange die temperaturbedingten Längenänderungen zwischen Brückentragwerk und Schienen größer oder kleiner sind als die temperaturbedingten Längenänderungen zwischen den Längenabschnitten der Fahrbahnplatten und den Schienen. Die gegensinnigen Relativverschiebungen, die zu gegensinnigen Neigungen der Schienenlängskraftflächen beidseits der Querfugen zwischen den Längenabschnitten der Fahrbahnplatten führen, verändern die Ausbildung, Höhe und Verteilung von Schienenlängskräften, die durch den Reibungsverbund zwischen den Schienen und ihren Stützpunkten auf den Fahrbahnplatten während der temperaturbedingten Längenänderungen entstehen, gegenüber dem Stand der Technik grundlegend. In einem einteiligen Brückentragwerk mit der Länge L1, dessen festes Lager und Bewegungsruhepunkt in der Mitte der Tragwerkslänge angeordnet ist, und dessen Fahrbahnplatten in Längenabschnitte gemäß 4 gegliedert sind, bilden sich in der ersten Zeitphase einer gleichsinnigen Temperaturänderung zunächst bei unterschiedlichen Längenänderungen in den Fahrbahnplatten und Brückenquerschnitten die Schienenlängskräfte der 2. Aus Kontinuitätsgründen entstehen in dieser Zeitphase auch über den Enden des Brückentragwerks größere Schienenlängskräfte, deren Maxima aber um ein Vielfaches kleiner sind als die größtmöglichen Schienenlängskräfte bei einer Gestaltung nach dem Stand der Technik. Nach Überwindung der Reibungskräfte zwischen den Schienen und ihren Stützpunkten auf den vollen Abschnittslängen L2 entstehen die Schienenlängskräfte der 3. Der Maximalwert der Schienenlängskräfte über jeder Querfuge ist annähernd um den Faktor 1/n kleiner als der Maximalwert der Schienenlängskräfte über dem beweglichen Brückenende eines Brückentragwerks der Länge L1 mit einer Festen Fahrbahn nach dem Stand der Technik.
Die Gliederung der Fahrbahnplatten in eine Vielzahl n durch Querfugen getrennter kurzer Längenabschnitte L2 = L1/n erlaubt es daher, die nach dem Stand der Technik stetig und proportional mit der Länge gleichsinniger Relativverschiebungen zwischen Schienen und Brückentragwerk zunehmenden Schienenlängskräfte wirksam zu vermeiden, wenn sich die temperaturbedingten Dehnungen und Stauchungen der Fahrbahnplattenabschnitte zeitlich versetzt schneller oder langsamer einstellen als die temperaturbedingten Dehnungen und Stauchungen der Brückentragwerke. Dann sind die durch Temperaturänderungen verursachten Dehnungen oder Stauchungen der Fahrbahnplattenabschnitte immer größer oder kleiner als die durch Temperaturänderungen verursachten Dehnungen oder Stauchungen der Brückentragwerke.
In den Patentansprüchen 1 bis 4 wird Schutz begehrt für eine Feste Fahrbahn, deren Fahrbahnplatten in eine Vielzahl von durch Querfugen getrennte Längenabschnitte 2 gegliedert ist, die an einer Stelle ihrer Teillängen L2 längsfest mit dem Brückentragwerk verbunden sind, sodass bei unterschiedlichen temperaturbedingten Dehnungen oder Stauchungen der Fahrbahnplatten und Brückenquerschnitte sich die gegensinnigen Relativverschiebungen auf beiden Seiten der Querfugen ausbilden. Zwischen den Längenabschnitten der Fahrbahnplatten 2, die auf den mit dem Brückentragwerk längs- und querfest verbundenen Tragplatten 4 liegen, und den Tragplatten 4 befindet sich eine Trennschicht 5, die unter Anderem die sehr kleinen Relativverschiebungen zwischen den Längenabschnitten der Fahrbahnplatten 2 und dem Brückenbauwerk dauerhaft zulässt. Die Festpunktkonstruktionen 6 innerhalb der Abschnittslängen L2 entstehen gemäß den 5 bis 8 durch eine Verzahnung von Teilen der Querschnitte der Längenabschnitte der Fahrbahnplatten 3 mit den Tragplatten 4. Alternativ zu dieser Lösung ist die Anordnung einer stählernen oder massiven Festhaltekonstruktion 6 beidseits der Querschnitte der Fahrbahnplatten möglich. Hierbei wird eine an den senkrechten Längsrändern der Fahrbahnplatten auskragende und mit den Längenabschnitten der Fahrbahnplatten 2 biegefest verbundene Konstruktion in eine Konstruktion eingebettet, die ihrerseits ausserhalb der Querschnitte der Längenabschnitte der Fahrbahnplatten 2 fest mit der Tragplatte 4 und dem Brückentragwerk verbunden ist. Die 9–12 zeigen schematisch diese Lösung.
Anspruch 1 geht davon aus, dass auch bei gleichen Temperaturausdehnungskoeffizienten und Wärmeleitfähigkeiten der Baustoffe die temperaturbedingten Dehnungen und Stauchungen des Brückentragwerks sich zeitlich versetzt langsamer einstellen als die temperaturbedingten Dehnungen und Stauchungen der Fahrbahnplatten. Diese Voraussetzungen sind bei massiven Brücken erfüllt. Dort stellen sich die temperaturbedingten Längenänderungen der Fahrbahnplatten auf Grund ihrer kleineren Querschnittsabmesseungen schneller ein als in den Querschnittsflächen des Brückentragwerks, dessen Querschnittsdicken größer sind und dessen Querschnitte den Temperaturunterschieden mit größerer Trägheit folgen.
Bedingung für die Entfaltung der erfindungsgemäßen Wirkungen sind die gegensinnigen Relativverschiebungen an den beiden Querfugenufern benachbarter Längenabschnitte der Fahrbahnplatten 2. Sie stellen sich bereits unmittelbar nach dem Vorzeichenwechsel des Temperaturgradienten bei sehr kleinen Unterschieden zwischen den temperaturbedingten Dehnungen oder Stauchungen in den Fahrbahnplatten und Brückenquerschnitten ein. Sobald an den Enden der benachbarten Längenabschnitte der Fahrbahnplatten 2 der Reibungswiderstand der Schienenbefestigung überwunden ist, bilden sich zunächst über die ganze Brückenlänge die Schienenlängskräfte der 2 aus. Für die Ausbildung der Schienenlängskräfte der 3 sind bei der Wahl kleiner Abschnittslängen L2 Temperaturunterschiede in den Querschnitten der Fahrbahnplatten und Brückentragwerken von 1 bis 2°C notwendig. Für die Entfaltung eines wesentlichen Anteils der erfindungsgemäßen Wirkungen genügen aber die sich unmittelbar nach dem Temperaturwechsel zunächst einstellenden Schienenlängskräfte der 2.
Bei Stahlbrücken sind die oben genannten Voraussetzungen eines zeitlichen Versatzes der temperaturbedingten Dehnungen und Stauchungen in den Querschnitten der Fahrbahnplatten und den Querschnitten den Brückentragwerks nicht mehr zuverlässig erfüllt. In Anspruch 2 wird Schutz begehrt für eine wärmeisolierende Beschichtung der äusseren Oberflächen der Fahrbahnplatten, die sicherstellt, dass die temperaturbedingten Dehnungen und Stauchungen der Fahrbahnplatten sich zeitlich versetzt langsamer einstellen als in den Querschnitten des stählernen Brückentragwerks.
Da darüber hinaus Kombinationen von Brückentragwerken und Festen Fahrbahnen möglich sind, bei denen ein ausreichender zeitlicher Versatz der temperaturbedingten Dehnungen und Stauchungen der Fahrbahnplatten und des Brückentragwerks nicht gewährleistet ist, wird in Anspruch 3 für zusätzliche stoffliche Merkmale der Baustoffe der Fahrbahnplatten Schutz begehrt.
Bei Brückentragwerken mit Festen Fahrbahnen nach Anspruch 1 haben die erfindungsgemäßen Wirkungen, die zu den Schienenlängskraftflächen führen, die in den 2 und 3 dargestellt sind, folgende Ursachen:
Weil die Längenabschnitte der Fahrbahnplatten auf Grund ihrer kleineren Querschnittsabmessungen und geringeren Massen auch beim Einsatz von Baustoffen mit gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten und Wärmeleitfähigkeiten für Brücke und Fahrbahnplattenabschnitte gemäß Anspruch 1 schneller auf Temperaturänderungen reagieren als massive Brückentragwerke, sind die durch Temperaturänderungen erzeugten Dehnungen und Stauchungen der Fahrbahnplattenabschnitte in einer 1. Zeitphase nach der Richtungsumkehr des Temperaturgradienten größer und in einer 2. Zeitphase kleiner als die durch Temperaturänderungen erzeugten Dehnungen und Stauchungen des Brückentragwerks. Beim Einsatz von Baustoffen mit höheren Wärmeleitfähigkeiten oder mit höheren Wärmeleitfähigkeiten und Wärmeausdehnungskoeffizienten für die Fahrbahnplattenabschnitte nach Anspruch 3 stellen sich die gleichen erfindungsgemäßen Wirkungen ausgeprägter ein. Die Anordnung der Festpunkte der Fahrbahnplattenabschnitte in der Mitte ihrer Abschnittslängen L2 erzeugt nach jeder Richtungsumkehr des Temperaturgradienten bereits bei sehr kleinen Temperaturänderungen an den Enden benachbarter Fahrbahnplattenabschnitte gegensinnige Relativverschiebungen zwischen den Schienen und den Längenabschnitten der Fahrbahnplatten, die eine Überwindung des Durchschubwiderstandes erzwingen. Die Relativverschiebungen und die Überwindung des Durchschubwiderstandes beginnen an den Enden der Fahrbahnplattenabschnitte, sobald der Temperaturgradient sein Vorzeichen gewechselt hat. Die gegensinnigen Relativverschiebungen auf den beiden Seiten der Querfugen benachbarter Längenabschnitte der Fahrbahnplatten wechseln zudem ihr Vorzeichen, sobald während einer gleichsinnigen Temperaturänderung die durch Temperaturänderungen erzeugten Unterschiede der Dehnungen oder Stauchungen im Brückentragwerk und den Fahrbahnplatten ihr Vorzeichen wechseln.
Die Beanspruchungsphase in Festen Fahrbahnen nach dem Stand der Technik, in der Schienen, Feste Fahrbahn und Brückentragwerk in der Anfangsphase einer Temperaturänderung zunächst einen homogenen Verbundquerschnitt bilden, ist dafür verantwortlich, dass sich über den Auflagerfugen der Brücketragwerke aus Kontinuitätsgründen mit den Temperaturänderungen und der Brückenlänge größer werdende Schienenlängskräfte einstellen. Für diese Beanspruchungsphase ist bei den erfindungsgemäß gestalteten Fahrbahnplatten an Stelle der ganzen Brückenlänge L1 die Abschnittslänge L2 der Fahrbahnplatten der maßgebende Parameter. Bei den zu wählenden Abschnittslängen L2 ist bereits bei unterschiedlichen Dehnumgen und Stauchungen in den Querschnitten der Fahrbahnplatten und dem Brückentragwerk nach Temperaturunterschieden zwischen den Querschnitten der Fahrbahnplatten und dem Brückentragwerk von weniger als 2°C der Durchschubwiderstand auf der ganzen Länge überwunden. Gegensinnige Relativverschiebungen zwischen den Schienen und den Fahrbahnplattenabschnitten finden dann auf der ganzen Länge L2 aller Fahrbahnplattenabschnitte und damit auf der ganzen Länge L1 des Brückentragwerk statt. Nur diese gegensinnigen Differenzen zwischen den temperaturbedingten Dehnungen oder Stauchungen von Fahrbahnplatten und Brückentragwerk können Schienenlängskräfte erzeugen.
Solange beidseits der Querfugen der Fahrbahnplattenabschnitte unter den Schienen gegensinnige Relativverschiebungen stattfinden, haben die mit zunehmenden Temperaturunterschieden und Abständen vom Bewegungsruhepunkt des Brückentragwerks größer werdenden temperaturbedingten Relativverschiebungen zwischen dem Brückentragwerk und den Schienen keinen Einfluss auf die Höhe der Schienenlängskräfte. Aus dem Coulomb'schen Reibungsgesetz kann abgeleitet werden, dass die größer werdenden temperaturbedingten Relativverschiebungen zwischen dem Brückentragwerk und den Schienen trotzdem stattfinden können.
Solange in der ersten Zeitphase die durch Temperaturänderungen erzeugten Dehnungen und Stauchungen des Brückentragwerks vom Betrag her kleiner sind als die durch Temperaturänderungen erzeugten Dehnungen und Stauchungen der Fahrbahnplattenabschnitte, entstehen über den Querfugen der Fahrbahnplattenabschnitte in den Schienen im Sommer Druckkräfte und im Winter Zugkräfte. Sobald in der zweiten Zeitphase die durch Temperaturänderungen erzeugten Dehnungen und Stauchungen des Brückentragwerks vom Betrag her größer sind als die durch Temperaturänderungen erzeugten Dehnungen und Stauchungen der Fahrbahnplattenabschnitte, entstehen über den Querfugen der Fahrbahnplattenabschnitte in den Schienen im Sommer Zugkräfte und im Winter Druckkräfte.
Ohne den Bezug auf die Zeitphasen 1 und 2 gilt: Solange die durch Temperaturänderungen erzeugten Dehnungen und Stauchungen des Brückentragwerks größer oder kleiner sind als die durch Temperaturänderungen erzeugten Dehnungen und Stauchungen der Fahrbahnplattenabschnitte, bilden sich nach Überwindung des Durchschubwiderstandes auf der ganzen Länge L2 aller Fahrbahnplattenabschnitte die Schienenlängskraftflächen der 3 aus. Zur Erfüllung der Kontinuitäts- und Gleichgewichtsbedingungen des lückenlos verschweissten Gleises haben die positiven und negativen Längskraftflächen der 3 gleiche Flächengrößen.
Diese Wirkungen und Schlussfolgerungen ergeben sich aus den Kraft – Weg – Beziehungen des Reibungsverbundes zwischen den Schienen und ihrer Befestigung in den Schienenstützpunkten sowie aus der Erkenntnis, dass die Beanspruchungsphase, die bei Festen Fahrbahnen nach dem Stand der Technik über den Auflagerfugen der Brückentragwerke die großen Schienenlängskräfte erzeugt, durch die Gliederung der Fahrbahn in zahlreiche Längenabschnitte und deren erfindungsgemäßen Lagerungsbedingungen dort nur sehr kleine Schienenlängskräfte erzeugt.
Für die Kraft-Weg-Beziehungen des Reibungsverbunds zwischen Schienen und Fahrbahnplattenabschnitten gilt das Coulomb'sche Reibungsgesetz. Die Kraft-Weg-Beziehungen, die sich aus dem Reibungsverbund ableiten lassen,, begründen und erklären die erfindungsgemäßen Wirkungen. Die Reibungskräfte an den Schienenstützpunkten haben an den Enden der Fahrbahnplattenabschnitten bereits nach sehr kleinen Relativverschiebungen ihre Größtwerte. Die Höhe der Reibungskräfte ist daher unabhängig von der Höhe der mit dem Abstand zwischen dem Bewegungsruhrpunkt des Brückentragwerks und dem beweglichen Brückenende größer werdenden Relativverschiebung zwischen den Schienen und dem Brückentragwerk. Maßgebend sind nur die Differenzen der Relativverschiebungen zwischen dem Brückentragwerk und den Fahrbahnplattenabschnitten. Wenn sich zwischen der 1. und 2. Zeitphase einer größeren gleichsinnigen Temperaturänderung das Vorzeichen der Differenzen der Relativverschiebungen zwischen dem Brückentragwerk und den Fahrbahnplattenabschnitten umkehrt und nach einer Richtungsumkehr des Temperaturgradienten, kehrt sich auch die Richtung der Reibungskräfte um. Die Reibungskräfte umgekehrter Richtung an den Schienenstützpunkten haben an den Enden der Fahrbahnplattenabschnitten ebenfalls bereits nach sehr kleinen Relativverschiebungen umgekehrter Richtung zwischen den Schienen und Fahrbahnplattenabschnitten ihre Größtwerte.
Die Schienen eines Gleises sind mit einem Durchschubwiderstand von 30 KN/m längsfest mit ihren Schienenstützpunkten verbunden. Der Durchschubwiderstand bestimmt die Höhe der Reibungskräfte zwischen den Schienen und den Schienenstützpunkten auf den Fahrbahnplattenabschnitten. In den kurzen Zeitphasen, in denen bei jedem Vorzeichenwechsel der Relativverschiebungen zwischen den Schienen und den Längenabschnitten der Fahrbahnplatten beidseits ihrer Querfugen die Schienenlängskraftflächen der 3 ihr Vorzeichen wechseln, entstehen wiederum gemäß 2 zusätzliche temperaturbedingte Schienenlängskräfte über den Auflagerfugen der Brückentragwerke, die sich den temperaturbedingten Zwängungskräften der lückenlos verschweissten Schienen gleichsinnig überlagern. Ursache dafür sind Relativverschiebungen zwischen den Schienen und dem Brückentragwerk am Brückenende, die zur Erfüllung der Kontinuitätsbedingungen der unverschieblich gelagerten Schienen notwendig werden, bevor auf den vollen Abschnittslängen L2 der Durchschubwiderstand wiederum überwunden ist. Diese Schienenlängskräfte werden zudem nach der Überwindung des Durchschubwiderstandes auf den ganzen Abschnittslängen L2 wieder abgebaut.
Für eine optimale Erfüllung der Aufgabenstellung ist die Wahl der Länge L2 der Fahrbahnplattenabschnitte ein wesentlicher Parameter. Bei einer Länge L2 von 10 m wird der Durchschubwiderstand bei Temperaturunterschieden zwischen den Querschnitten der Fahrbahnplatten und dem Brückentragwerk von mehr als 1,95°C auf der vollen Abschnittslänge L2 überwunden.
Für eine größtmögliche Reduktion der zusätzlichen temperaturbedingten Schienenlängskräfte sind kleine Abschnittslängen L2 vorteilhaft. Für eine möglichst einfache und zuverlässige Gestaltung der Trennschicht 5 zwischen der Oberfläche der Tragplatten 4 und den Fahrbahnplattenabschnitten 2 ist es vorteilhaft, eine Länge L2 der Fahrbahnplattenabschnitte zu wählen, bei der die größtmöglichen Relativverschiebungen zwischen den Tragplatten 4 und den Fahrbahnplattenabschnitten 2 von den elastischen Schubverformungen eines aus Gründen des Schallschutzes oder aus anderen Gründen notwendigen elastisch verformbaren Fugenmaterials, z. B. einer Elastomerbahn ausreichender Dicke, aufgenommen werden können. Die Querfugen zwischen den Teilquerschnitten der Längenabschnitte der Festen Fahrbahn 3 werden über der horizontalen Breite der Tragplatte 4 durch einen geeigneten Fugenverguss dauerhaft abgedichtet.
Bei Patentanspruch 1 werden die erfindungsgemäßen Wirkungen dadurch verursacht, dass sich die temperaturbedingten Längenänderungen des Brückentragwerks wegen der größeren Querschnittsdicken und einer besseren Isolierung der Brückenquerschnitte zeitlich versetzt langsamer einstellen als die temperaturbedingten Längenänderungen der Fahrbahnplattenabschnitte. Diese Voraussetzungen sind bei massiven Brückentragwerken auch bei gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten und Wärmeleitfähigkeiten der Baustoffe der Brücken und der Fahrbahnplattenabschnitte erfüllt. Da Kombinationen von Baustoffen und Querschnitten der Brückentragwerke und der Fahrbahnplattenabschnitte möglich sind, bei denen ein ausreichender zeitlicher Versatz der temperaturbedingten Dehnungen und Stauchungen der Fahrbahnplattenabschnitte und des Brückentragwerks nicht gewährleistet ist, wird in Patentanspruch 3 Schutz begehrt für zusätzliche Merkmale der Baustoffe der Fahrbahnplatten.
Die Intensität des zeitlichen Versatzes und der Größenunterschiede der temperaturbedingten Längenänderungen des Brückentragwerks gegenüber denen der Fahrbahnplatten kann gemäß Patentanspruch 3 durch die Verwendung von Baustoffen für die Fahrbahnplatten erhöht werden, deren Wärmeleitfähigkeit oder deren Wärmeausdehnungskoeffizient oder deren Wärmeleitfähigkeit und Wärmeausdehnungskoeffizient größer oder deren Wärmeleitfähigkeit oder deren Wärmeleitfähigkeit und Wärmeausdehnungskoeffizient kleiner sind als für den Baustoff des Brückentragwerks. Die gewünschte Vergrößerung oder Verkleinerung der Wärmeleitfähigkeit oder des Wärmeausdehnungskoeffizienten oder der Wärmeleitfähigkeit und des Wärmeausdehnungskoeffizienten der Baustoffe für die Fahrbahnplatten kann durch die gezielte Auswahl der Eigenschaften der Längsbewehrung und der Zuschlagstoffe des Betons – einschließlich der Möglichkeit, den Zuschlagstoffen Fasern aus Edelstahl, Kunststoffen oder Glas beizufügen – erreicht werden.
Die Intensität des zeitlichen Versatzes und der durch diesen zeitlichen Versatz erzeugten Größenunterschiede der temperaturbedingten Dehnungen und Stauchungen des Brückentragwerks gegenüber denen der Fahrbahnplatten ist aber bei Massivbrücken ohne die zusätzlichen Merkmale des Patentanspruch 3 immer groß genug, um die erfindungsgemäßen Wirkungen zu erzeugen.
Eine hinreichende Verzögerung der temperaturbedingten Längenänderungen der Längenabschnitte der Festen Fahrbahn gegenüber den temperaturbedingten Längenänderungen eines stählernen Brückentragwerks oder eines Brückentragwerks in Verbundbauweise kann gemäß Anspruch 2 durch eine wärmedämmende Beschichtung der äusseren Oberflächen der Fahrbahnplattenabschnitte erzielt werden ohne den Wärmeausdehnungskoeffizienten und die Wärmeleitfähigkeit der Baustoffe der Fahrbahnplattenabschnitte gemäß Anspruch 3 zu verändern.
Eine besonders vorteilhafte Ausprägung erfindungsgemäßer Merkmale ist folgendes Ausführungsbeispiel: wenn gemäß Anspruch 3 der Wärmeausdehnungskoeffizient der Fahrbahnplattenabschnitte durch die Beimischung von Glasfasern im Frischbeton und die Wahl von Glasfaserstäben als Längsbewehrung verkleinert wird und zusätzlich gemäß Anspruch 2 die äusseren Oberflächen der Fahrbahnplattenabschnitte eine wärmedämmende Beschichtung erhalten, sind die temperaturbedingten Dehnungen und Stauchungen der Fahrbahnplattenabschnitte immer zuverlässig kleiner als die temperaturbedingten Dehnungen und Stauchungen von Massivbrücken, stählernen Brücken und Stahlverbundbrücken. Es entfällt zudem die zweite Zeitphase, in der sich während einer gleichsinnigen Temperaturänderung die Richtung der Relativverschiebungen beidseits der Querfugen der Fahrbahnplattenabschnitte umkehrt. Ausserdem bilden sich nach dem Beginn einer Umkehr des Temperaturgradienten bis zur Überwindung der Reibung der Schienenstützpunkte auf den vollen Abschnittslängen L2 über der Auflagerfuge am beweglichen Ende des Brückentragwerks zusätzliche Schienenlängskräfte gemäß 2, deren Vorzeichen dem der temperturbedingten Eigenspannungen des lückenlos verschweissten Gleises entgegengesetzt ist. Die bis zur Überwindung der Reibung der Schienenstützpunkte auf den vollen Abschnittslängen L2 am Ende des Brückentragwerks vorübergehend sich einstellenden zusätzlichen Schienenlängskräfte verringern somit die sicherheitsrelevanten Schienenlängskräfte am Brückenende.
Die Gestaltung der Fahrbahnplatten und ihr Verbund mit dem Brückentragwerk gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 verhindert die lineare Zunahme der Schienenlängskräfte zwischen dem maßgebenden Bewegungsruhepunkt und den Enden des Brückentragwerks. Sie kann aber die lineare Zunahme der Relativverschiebungen des Brückentragwerks unter den Schienen zwischen dem maßgebenden Bewegungsruhepunkt und den Enden des Brückentragwerks nicht verhindern. Größere Verschiebungen der Schienenstützpunkte können die Dauerhaftigkeit der Schienenbefestigungsmittel beeinträchtigen. Um dies auszuschließen, werden gemäß Anspruch 4 an den beweglichen Brückenenden längerer Brückentragwerke zur Vermeidung unzulässig großer temperaturbedingter Relativverschiebungen zwischen den Schienen und ihren Stützpunkten auf einem Teil der Länge L1 an den Enden längerer Brückentragwerke Längenabschnitte der Festen Fahrbahn angeordnet, der auf ihrer ganzen Teillänge längsbeweglich auf der Brückenoberfläche liegen. Auch diese Längenabschnitte der Festen Fahrbahn sind so mit dem Brückentragwerk verbunden, dass horizontale Kräfte, die normal zur Brückenlängsrichtung wirken, in die Brückentragwerke übertragen werden. Das Brückentragwerk kann unter den Längenabschnitten der Fahrbahnplatten, die keinen Festpunkt haben, gleiten, ohne Relativverschiebungen zwischen den Schienen und ihren Stützpunkten zu erzeugen. Die Anordnung von längsbeweglichen Längenabschnitten der Fahrbahnplatten an den beweglichen Enden des Brückentragwerks gemäß Anspruch 4, die keinen Festpunkt haben, führt beim Lastfall auf dem Brückentragwerk bremsender und anfahrender Züge über den Querfugen dieser Längenabschnitte zu höheren Schienenlängskräften. Um die Sicherheit der Gleiskonstruktion nicht zu gefährden, dürfen die durch Temperaturänderungen und den Lastfall Bremsen und Anfahren entstehenden zusätzlichen Schienenlängskräfte über den Querfugen der Fahrbahnplatten nur zu zusätzlichen Schienenspannungen von höchstens 92 N/mm² führen.
Neben den Bauarten der Festen Fahrbahn, bei denen die Schienenstützpunkte und Schienen so mit dem Brückentragwerk verbunden sind, dass die unvermeidlichen Relativverschiebungen zwischen den lückenlos verschweissten und daher unverschieblich gelagerten Schienen und dem Brückentragwerk ausschließlich durch Verschiebungen der Schienenstützpunkte stattfinden, gibt es zahlreiche weitere Bauarten der Festen Fahrbahn, deren Gleiskonstruktion so auf Tragplatten oder auf dem Brückentragwerk aufliegen und mit ihnen verbunden ist, dass die unvermeidlichen Relativverschiebungen zwischen Schienen und Brückentragwerk durch Verformungen oder Verschiebungen innerhalb oder unter der Gleiskonstruktion stattfinden können, ohne dass die Reibungskräfte in den Schienenstützpunkten überwunden werden müssen, die durch die Größe der Klemmkräfte bestimmt werden, mit denen die Schienen durch Schienenbefestigungsmittel in den Schienenstützpunkten festgehalten werden. Um vorzeitigen Verschleiss durch Verschiebungen und Verformungen in der Gleiskonstruktion auszuschließen, können diese Bauarten der Festen Fahrbahn nach dem Stand der Technik nur auf sehr kurzen Brücken eingesetzt werden.
Patentanspruch 5 beschreibt eine technische Lösung für die Gestaltung einer Festen Fahrbahn und ihren Verbund mit dem Brückentragwerk, die den Einsatz aller Bauarten der Festen Fahrbahn auch auf längeren einteiligen Brückentragwerken und der Anordnung mehrerer dieser längeren einteiligen Brückentragwerken bis zu sehr großen Brückenlängen erlaubt. Anspruch 5 beschreibt eine Gliederung der Fahrbahnkonstruktion in Längenabschnitte, deren Lagerung auf den Brückentragwerken und deren Verbund mit den Brückentragwerken durch neben der Fahrbahnkonstruktion angeordnete Stahlträger für einfeldrige oder über mehrere Felder durchlaufender einteiliger Eisenbahnbrückentragwerke sowie für mehrere hintereinander angeordnete einfeldrige oder über mehrere Felder durchlaufende einteilige Eisenbahnbrückentragwerke mit durchgehend verschweissten Schienen geeignet ist, deren Gliederung in Längenabschnitte, deren Lagerung auf den Brückentragwerken und deren Verbund mit den Brückentragwerken folgende Merkmale haben:
Die Festen Fahrbahnen bestehen auf der Länge L1 zwischen den Auflagern an den beiden Enden einteiliger Brückentragwerke, oder, wenn zwischen den Widerlagern und dem Brückentragwerk und zwischen hintereinander angeordneten einteiligen Brückentragwerken Übergangskonstruktionen angeordnet werden, zwischen den Enden dieser Übergangskonstruktionen aus zahlreichen durch Querfugen getrennten längsbeweglich auf einer Tragplatte aufliegenden Längenabschnitten der Fahrbahnplatten, deren Längen L4 einem über die Länge L1 der Brückentragwerke gleichen Bruchteil der Länge L1 der Brückentragwerke entsprechen.
Jeder durch Querfugen von seinen Nachbarn getrennter Längenabschnitt der Fahrbahnplatten 3 ist an seinen beiden Rändern in der Mitte seiner Länge L4 in Brückenlängsrichtung längsfest mit einem biegesteifen, druck- und zugfesten Träger 7 verbunden, der neben den Fahrbahnplatten 3 fugenlos über die ganze Brückenlänge bis in den Längenbereich der Widerlager oder über die ganze Brückenlänge und die Widerlager bis zu bewehrten Endspornen hinter den Widerlagern angeordnet wird, die die Fahrbahnkonstruktion des Längenbereichs der Brücke von der Fahrbahnkonstruktion der freien Strecke trennen.
Die biegesteifen, druck- und zugfesten Träger 7 sind gemeinsam mit den längsbeweglich auf den Tragplatten aufliegenden Längenabschnitten der Festen Fahrbahn 3 nur im Bewegungsruhepunkt jedes einteiligen Brückentragwerke längsfest mit den Brückentragwerken, bei mehreren hintereinander angeordneten einteiligen Brückentragwerken zusätzlich längsfest mit den Pfeilern zwischen den hintereinander angeordneten einteiligen Brückentragwerken und im Längenbereich der Widerlager längsfest mit den Widerlagern sowie bei einer Anordnung der biegesteifen, druck- und zugfesten Träger 7 bis zu den Endspornen hinter den Widerlagern zusätzlich längsfest mit den Endspornen verbunden. Alle Längenabschnitte der Fahrbahnplatten 3 sind durch Verzahnung ihrer Querschnitte mit der Tragplatte 4 so mit dem Brückentragwerk verbunden, dass horizontale Kräfte, die normal zur Gleisachse wirken, in das Brückentragwerk übertragen werden. Zwischen den Oberflächen der Fahrbahnplatten 3, die den Tragplatten 4 zugewandt sind, und den Oberflächen der Tragplatten 4, die den Fahrbahnplatten 3 zugewandt sind, befindet sich eine Gleitschicht 8, die so gestaltet ist, dass sie die Relativverschiebungen zwischen dem Brückentragwerk und den Fahrbahnplatten 3 dauerhaft ermöglicht. Die Längenabschnitte der Festen Fahrbahn 3, die durchgehend verschweissten Schienen und die biegesteifen, druck- und zugfesten Träger 7 beidseits der Festen Fahrbahn bilden eine Verbundkonstruktion mit folgenden Eigenschaften: Wenn davon ausgegangen wird, dass die biegesteifen, druck- und zugfesten Träger 7 zwischen den Endwiderlagern oder zwischen den Endspornen hinter den Endwiderlagern ebenso wie die lückenlos verschweissten Schienen annähernd unverschieblich mit den Widerlagern oder annähernd unverschieblich mit den Widerlagern und Endspornen hinter den Widerlagern verbunden sind, bilden sich auf Grund der temperaturbedingten Dehnungen oder Stauchungen in den biegesteifen, druck- und zugfesten Träger 7 fast ebenso hohe Zwängungsspannungen wie in den durchgehend verschweissten Schienen. Die tatsächlichen temperaturbedingten Zwängungsspannungen in den biegesteifen, druck- und zugfesten Trägern 7 werden von der Höhe der Längskraftsteifigkeit der Widerlager bestimmt. Sie sind bei ohne zusätzlichen baulichen Aufwand erzielbaren Längskraftsteifigkeiten der Widerlager immer deutlich kleiner als die Zwängungsspannungen in den lückenlos verschweissten Schienen. Bei der Wahl von ausreichend großen Querschnittsflächen und hochfesten Stählen für die biegesteifen, druck- und zugfesten Träger 7 mit ausreichend hohen Streckgrenzen können sich die vier Stahlträger einer zweigleisigen Brücke daher ebenso wie die Schienen an der Übertragung der Brems- und Anfahrkräfte so beteiligen, dass die Längskräfte in den Schienen bei der Übertragung der Brems- und Anfahrlasten auch bei beliebig langen Brücken die kritische Höhe nicht erreichen.
In Abhängigkeit von der Höhe der Längskraftsteifigkeit der Widerlager entstehen bei Temperaturänderungen horizontale Verschiebungen der Widerlager und der Festpunkte der biegesteifen, druck- und zugfesten Träger 7, die unmittelbar hinter den Enden des Brückentragwerks auf den Widerlagern angeordnet werden. Die Verkleinerung der Querschnitte der biegesteifen, druck- und zugfesten Träger 7 in den Längenabschnitten zwischen dem Festpunkt auf dem Widerlager und den Endspornen erlaubt die Erzeugung von Zwängungsbedingungen der Träger 7 und der Längenabschnitte der Fahrbahnplatten 3, die denen der Festen Fahrbahn auf der freien Strecke entsprechen. Die Längen der biegesteifen, druck- und zugfesten Träger 7 zwischen dem Festpunkt auf dem Widerlager und dem Endsporn sowie die Querschnittsflächen dieser Träger können so gestaltet werden, dass in den biegesteifen, druck- und zugfesten Trägern 7 dieses Längenabschnittes temperaturbedingte Zwängungskräfte entstehen, die ebenso groß sind wie in der Festen Fahrbahn der freien Strecke. Diese Anforderung ist dann erfüllt, wenn die temperaturbedingten Längenänderungen der biegesteifen, druck- und zugfesten Träger 7 dieses Längenabschnittes der temperaturbedingten Verschiebung des Widerlagers entsprechen. Eine Abstufung der Querschnittsflächen der biegesteifen, druck- und zugfesten Träger 7 in den Längenabschnitten zwischen dem Festpunkt auf dem Widerlager und den Endspornen an beiden Enden der Brücke und eine zug – und druckfeste Verbindung der biegesteifen, druck- und zugfesten Träger 7 mit den bewehrten Endspornen ist daher geeignet, im Längenbereich der Brücke in der Festen Fahrbahn horizontale elastische Eigenschaften zu erzeugen, die denen der freien Strecke entsprechen. Unterschiedliche Abstufungen der Querschnittsflächen der biegesteifen, druck- und zugfesten Träger 7 und Längen zwischen dem Festpunkt auf dem Widerlager und dem Endsporn sind in Abhängigkeit von der Längskraftsteifigkeit des Widerlagers in der Lage, die sehr unterschiedlichen elastischen Eigenschaften einer Festen Fahrbahn der freien Strecke mit Betontragplatten oder Asphalttragplatten zu erzeugen. Unabhängig von der Erfüllung dieses Ziels können die Querschnitte der biegesteifen, druck- und zugfesten Träger 7 zwischen den beiden Endwiderlagern und die Längskraftsteifigkeiten der Endwiderlager so bemessen werden, dass die Schienen bei der Übertragung der Brems- und Anfahrkräfte über den Auflagerfugen der Brückentragwerke ausreichend entlastet werden.
Durch die längsfeste Verbindung der biegesteifen, druck- und zugfesten Träger 7 mit den Widerlagern, den Brückentragwerken an ihren Bewegungsruhepunkten und mit den Pfeilern zwischen mehreren hintereinander angeordneten einteiligen Brückentragwerken, wenn sich auf ihnen feste Brückenlager befinden, werden die horizontalen Längskraftsteifigkeiten der Unterbauten der Brücke bei der Übertragung der Brems- und Anfahrkräfte aktiviert.
Die Gliederung der Festen Fahrbahn in Längenabschnitte vermeidet temperaturbedingte Zwängungsspannungen in den Querschnitten der Festen Fahrbahn. Die Abschnittslänge L4 wird so gewählt, dass die Gleiskonstruktion die temperaturbedingten Bewegungen der Längenabschnitte der Fahrbahnplatten unter den unverschieblich gelagerten Schienen dauerhaft ohne Beeinträchtigung ihrer Funktionen aufnehmen kann und die Knicksicherheit der biegesteifen, druck- und zugfesten Träger 7 gewährleistet ist.
Die Fugenufer aller Querfugen zwischen den Längenabschnitte der Fahrbahnplatten werden durch Fugenbänder miteinander verbunden.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, für die Übergangskonstruktionen eine Lösung zu finden, die die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Anspruch 6 beschreibt eine Übergangskonstruktion, die geeignet ist, die beschriebenen Nachteile zu vermeiden.
Die Übergangskonstruktionen zwischen den Widerlagern und den Enden der einteiligen Brückentragwerke sowie zwischen hintereinander angeordneten einteiligen Brückentragwerken sind für jedes über die Brückentragwerke geführtes Gleis Tragwerke, deren Lager an den Enden der Tragwerke beweglich sind und Relativverschiebungen zwischen den Gleisen der Brückentragwerke und den Übergangskonstruktionen erzwingen, die weder die Gradiente noch die Trassierung der Gleise im Längenbereich der Übergangskonstruktionen und den Übergängen zu den Brückentragwerken oder Widerlagern störend beeinflussen. Die Auflager an den Enden der Tragwerke der Übergangskonstruktionen werden so angeordnet, dass sie sich auch bei den kleinstmöglichen temperaturbedingten Längenänderungen der Brückentragwerke auf den Brückentragwerken innerhalb des ersten Brückenfeldes befinden. Die mit der planmässigen Gradiente und Trasse der Gleise verträglichen Relativverschiebungen zwischen den Gleisen an den Enden der Brückentragwerke und den Übergangskonstruktionen werden durch Gestaltung der Freiheitsgrade der Lager und durch eine kraftschlüssige Verbindung der Endquerschnitte der Tragwerke der Übergangskonstruktionen mit je einem längsbeweglich ohne einen Festpunkt gelagerten Längenabschnitt der Festen Fahrbahn erzwungen. Die Querschnitte der mit den Übergangskonstruktionen zug-, druck- und querkraftfest verbundenen Längenabschnitte der Festen Fahrbahn und der Tragplatten, auf denen sie aufliegen, sind identisch mit den Querschnitten der Längenabschnitte L2 und ihrer Tragplatten der Patentansprüche 1 bis 4 und der Längenabschnitte L4 und ihrer Tragplatten des Patentanspruch 5. Die unvermeidlichen temperaturbedingten Relativverschiebungen zwischen den Gleisen auf den Übergangskonstruktionen und dem sich anschließenden Brücken- und Widerlagerbereich führen auch bei gekrümmten Gleistrassen auf den Brückentragwerken und Brückenlängsachsen, die der Gleiskrümmung auf der Brücke folgen sowie bei geneigten Gleisgradienten im Längenbereich der Brücken anders als bei den Übergangskonstruktionen nach dem Stand der Technik zu keinen Störungen der Gleislage und Gleishöhe. Die kraftschlüssige Verbindung der Übergangskonstruktionen mit einem Längenabschnitt der Fahrbahnplatten, der längsbeweglich auf der Tragplatte des Brückentragwerks aufliegt, verhindert zudem die Aktivierung des Durchschubwiderstandes der Schienenbefestigung, die bei jeder Biegeverformung des Brückentragwerks durch Verkehrslasten stattfindet.
Die längsbeweglich mit den Enden der Tragwerke der Übergangskonstruktionen verbundenen Längenabschnitte der Fahrbahnplatten werden an ihren Querfugen mit den Endquerschnitten der Übergangskonstruktion durch Verbindungskonstruktionen an den senkrechten Rändern der Querfugen so verbunden, dass die auftretenden Querkräfte und Längskräfte zischen den Übergangskonstruktionen und den Längenabschnitten der Fahrbahnplatten übertragen werden.
Als Bauhöhe steht für die Tragwerke der Übergangskonstruktionen und ihre Lagerkonstruktionen die Höhe zwischen der Brückenoberfläche und der Schienenoberkante zur Verfügung. Sie beträgt bei einer Gestaltung der Trag- und Fahrbahnplatten gemäß den 9 oder 13 mindestens 90 cm. Dieses Maß ist geeignet, ausreichend biegesteife Tragwerke der Übergangskonstruktion zu gestalten. Ausserdem erlaubt das lichte Raumprofil eines Gleises Konstruktionshöhen der Randquerschnitte der Tragwerke der Übergangskonstruktionen über die Schienenoberkante hinaus.
Zwischen den Oberflächen der Fahrbahnplatten, die den Tragplatten zugewandt sind, und den Oberflächen der Tragplatten, die den Fahrbahnplatten zugewandt sind, befindet sich eine Gleitschicht, die so gestaltet ist, dass sie die Relativverschiebungen zwischen dem Brückentragwerk und den Fahrbahnplatten dauerhaft ermöglicht. Diese Gleitschicht kann zum Beispiel aus zwei äusseren Elastomerbahnen bestehen, zwischen denen zwei Metallfolien angeordnet sind.
Ausführungsbeispiel
Für eine 180 m lange einteilige Eisenbahnbrücke, deren Fahrbahnkonstruktionen die Merkmale des Anspruchs 1 haben sollen, werden die erfindungsgemäßen Wirkungen auf die kritischen Schienenlängsspannungen über der Auflagerfuge der beweglichen Brückenenden ermittelt und den kritischen Schienenlängsspannungen einer ebenso langen Eisenbahnbrücke gegenübergestellt, auf der nach dem Stand der Technik eine Feste Fahrbahn der Bauart Rheda verlegt ist. Das feste Lager der Brücke soll sich in der Tragwerksmitte befinden. Statt der nach den Regeln der DBAG geforderten Mindeststeifigkeit der Unterbauten der Brücke von K = 8000 KN/cm soll die Mindeststeifigkeit des Ausführungsbeispiels bei der Übertragung horizontaler Lasten nur K = 1000 KN/cm betragen. Die durch Querfugen getrennten Längenabschnitte der Fahrbahnplatten sollen eine Länge L2 = 10 m haben. Die Längenabschnitte sollen in der Mitte ihrer Abschnittslängen L2 längsfest mit dem Brückentragwerk verbunden sein. Unabdingbare Voraussetzung für die erfindungsgemäßen Wirkungen sind während der vollständigen Zeitphasen gleichsinniger Temperaturänderungen größere oder kleinere temperaturbedingte Dehnungen oder Stauchungen in den Querschnitten der Fahrbahnplatten als in den Querschnitten des Brückentragwerks In Massivbrücken ist durch die größeren Querschnitte des Brückentragwerks gegenüber den Querschnitten der Fahrbahnplatten sowie durch eine verzögerte Übertragung der Temperaturunterschiede in die Querschnitte des Obergurts des Brückentragwerks sichergestellt, dass die temperaturbedingten Dehnungen oder Stauchungen in der 1. Zeitphase einer gleichsinnigen Temperaturänderung auch bei gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten und Wärmeleitfähigkeiten der Baustoffe der Fahrbahnplatten und des Brückentragwerks in den Fahrbahnplatten zuverlässig größer und in der 2. Zeitphase zuverlässig kleiner sind als in den Querschnitten des Brückentragwerks. Für die Entfaltung der erfindungsgemäßen Wirkungen genügen bereits sehr kleine Unterschiede zwischen den zeitgleichen temperaturbedingten Dehnungen oder Stauchungen der Querschnitte der Fahrbahnplatten und der Querschnitte des Brückentragwerks. In Stahlbrücken und Stahlverbundbrücken können diese Voraussetzungen durch Merkmale der Ansprüchhe 2 oder Merkmale der Ansprüche 2 und 3 erzielt werden.
Über den beweglichen Brückenenden entstehen durch die beschriebene Gliederung der Festen Fahrbahn in Längenabschnitte, die längsbeweglich auf der Oberfläche des Brückentragwerks aufliegen und nur in der Mitte der Längenabschnitte Längskräfte in das Brückentragwerk übertragen können, folgende Schienenlängsspannungen: Unmittelbar nach jeder Richtungsumkehr des Temperaturgradienten wird an beiden Fugenufern jeder Querfuge aller Längenabschnitte der Fahrbahn der Reibungswiderstand der Schienenbefestigung gegensinnig überwunden. Es bilden sich zunächst aus Kontinuitätsgründen, die sich aus der Unverschieblichkeit der lückenlos verschweissten Schienen ableiten lassen, über den beweglichen Enden des Brückentragwerks gemäß 2 maximale Schienenlängskräfte S, die zu Schienenlängspannungen von maximal circa 15 N/mm² führen können. Bei einer Abschnittslänge von L2 = 10 m ist nach einem Temperaturunterschied zwischen den Querschnitten der Fahrbahnplatten und des Brückentragwerks von 2°C der Reibungswiderstand der Schienenbefestigung auf den vollen Abschnittslängen L2 überwunden. Es bilden sich dann die Schienenlängskraftflächen der 3 aus. Die bis zur Überwindung der Reibung zwischen den Schienen und Fahrbahnplatten auf den vollen Abschnittslängen aus Kontinuitätsgründen über den beweglichen Brückenenden entstehenden Schienenlängsspannungen bilden sich mit der Ausbildung der Schienenlängskraftflächen der 3 zurück. Über den Auflagerfugen an den beweglichen Brückenenden und über sämtlichen Querfugen zwischen den Längenabschnitten L2 der Fahrbahn entstehen Schienenlängsspannungen von nur 4,9 N/mm², die sich den Zwängungsspannungen des lückenlos verschweissten Schienen gleichsinnig überlagern.
Die Ausbildung der Schienenlängskraftflächen der 3 setzt einen relativ großen Unterschied der zeitgleichen temperaturbedingten Dehnungen in Brückentragwerk und Fahrbahnplatten voraus, der für die Abschnittslänge L2 = 10 m und die stofflichen Bedingungen des Anspruchs 1 vielleicht nicht zuverlässig garantiert ist. Dies gefährdet aber nicht die Zielsetzung der Erfindung. Für die Zielsetzung der Erfindung ist die Ausbildung der Schienenlängskraftflächen der 3 zwar vorteilhaft aber nicht zwingend notwendig. Die Zielsetzung der Erfindung ist bereits erfüllt, sobald sich bei beliebig kleinen Unterschieden der zeitgleichen temperaturbedingten Dehnungen oder Stauchungen im Brückentragwerk und in den Fahrbahnplatten die Schienenlängskräfte der 2 einstellen. Diese Schienenlängskräfte entstehen mit garantierter Zuverlässigkeit. Für das Ausführungsbeispiel führen sie zu maximalen Schienenlängsspannungen von circa 15 N/mm².
Bei der Übertragung der Bremslasten bremsender Züge und der Anfahrlast anfahrender Züge entstehen bei einer Längskraftsteifigkeit der Unterbauten von k = 1000 KN/cm und der festen Lagerung des Brückentragwerks in der Tragwerksmitte über den Auflagerfugen der beweglichen Enden des Brückentragwerks Schienenlängsspannungen von etwa 60 N/mm². Die maximal mögliche zusätzliche Schienenlängsspannung, die sich den Zwängungsspannungen der lückenlos verschweissten Schienen gleichsinnig überlagern, liegt damit für das Ausführungsbeispiel zuverlässig unter der maximal nach dem Regelwerk der DBAG zulässigen zusätzlichen Schienenlängspannung von 92 N/mm². Sobald bei ausreichend großen Unterschieden der temperaturbedingten Dehnungen und Stauchungen von Brückentragwerk und Fahrbahnplatten die Reibungswiderstände auf den vollen Abschnittslängen L2 der ganzen Brückenlänge überwunden sind, ergibt sich über den beweglichen Brückenenden eine maximale Schienenlängsspannung von nur noch 60 + 4,9 = 64,9 N/mm². Das Ausführungsbeispiel belegt, dass die erfindungsgemäßen Merkmale auch wesentlich größere Brückenlängen als die im Beispiel gewählten 180 m bei den gleichen Längskraftsteifigkeiten der Unterbauten möglich machen.
Für dasselbe Brückentragwerk, auf dem eine Feste Fahrbahn nach dem Stand der Technik verlegt ist, ergeben sich bereits durch die temperaturbedingten Einwirkungen auch bei einer im Regelwerk der DBAG geforderten Längskraftsteifigkeit der Unterbauten von 8000 KN/cm über den beweglichen Brückenenden zusätzliche Schienenlängspannungen von circa 73 N/mm². Ein 180 m langes einteiliges Brückentragwerk, auf dem eine Feste Fahrbahn nach dem Stand der Technik mit durchgehend verschweissten Schienen verlegt ist, ist daher nicht ausführbar, weil die temperaturbedingten Bewegungen des Brückentragwerks und bremsende und anfahrende Züge auf der Brücke zu unzulässig hohen Schienenlängsspannungen über den Enden des Brückentragwerks führen würden. Auf Grund der maximal möglichen Temperaturveränderungen würde sich bei der Wahl einer Abschnittslänge L2 der Fahrbahnplatten von 10 m die Fugenbreite zwischen benachbarten Längenabschnitten um plus/minus 3,85 mm verändern, wenn die Überlagerung mit den zeitgleich stattfindenden Längenänderungen des Brückentragwerks nicht berücksichtigt wird. Mit der tatsächlich stattfindenden Überlagerung ergeben sich wesentlich kleinere tatsächliche Veränderungen der Fugenbreite. Beim Einsatz der in den Ansprüchen 1 bis 4 beschriebenen Maßnahmen würde eine wenige mm dicke Elastomerschicht in der Lage sein, die Relativverschiebungen zwischen den Fahrbahnplatten und den Tragplatten, die mit dem Brückentragwerk unverschieblich verbunden sind, zuverlässig und dauerhaft aufzunehmen. Ebenso würden sich zwei Kunstoff oder Metallfolien eignen, die zwischen 1,2 mm dicken Elastomerbahnen eingebettet sind.
Vorteile
Die erfindungsgemäße Gestaltung und Lagerung der Festen Fahrbahn auf Eisenbahnbrücken mit lückenlos verschweissten Schienen gemäß den Ansprüchen 1 bis 4 hat folgende Vorteile:
Bei einer Lagerung einteiliger Brückentragwerke auf festen und beweglichen Brückenlagern oder bei kürzeren Längen der Brückentragwerke bei einer Lagerung nur auf längsbeweglichen Brückenlagern bieten die wesentlich kleineren durch die temperaturbedingten Längenänderungen der Brücke ausgelösten Schienenlängsspannungen über den Auflagerfugen der Enden von einteiligen Brückentragwerken mit beweglichen Brückenlagern die Voraussetzung, größere Brückenlängen ohne Schienenauszüge zuzulassen. Die aufwändigen höhere Anforderungen an die Längskraftsteifigkeit der Pfeiler und Widerlager von Brücken, die zur Zeit im Vorschriftenwerk der DBAG ausschließlich zur Verringerung von Schienenlängsspannungen durch die temperaturbedingten Längenänderungen der Brücke und die Übertragung der Brems- und Anfahrlasten auf die Unterbauten der Brücken verlangt werden, können entfallen.
Weil die durch die temperaturbedingten Längenänderungen der Brücke ausgelösten Schienenlängsspannungen über den Auflagerfugen der beweglichen Brückenlager bei der Wahl von kleinen Abschnittslängen L2 auch bei größeren Längen der Brückentragwerke sehr klein sind, können die Schienen erheblich größere Brems- und Anfahrlasten übertragen, bevor die Schienenlängsspannungen über den Auflagerfugen die zulässige kritische Höhe erreichen.
Zur Erzielung der erfindungsgemäßen Wirkungen, die den gegensinnigen Relativverschiebungen an den beiden Fugenufern der Querfugen zwischen den Längenabschnitten L2 zu verdanken ist, genügen bereits die sehr kleinen gegensinnigen Relativverschiebungen, die notwendig sind, um an den ersten Schienenstützpunkten beidseits der Fugenufer die Reibungswiderstände der Schienenbefestigungsmittel zu überwinden.
Ein weiterer Vorteil der Gestaltung der Festen Fahrbahn nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ist es, dass auf den Einsatz besonderer Schienenbefestigungsmittel auf den Brücken verzichtet werden kann.
Die Gestaltung der Festen Fahrbahn und ihr Verbund mit den Brückentragwerken gemäß Anspruch 5 erlaubt den Einsatz aller Bauarten der Festen Fahrbahn auf beliebig langen Brücken.
Die Merkmale des Anspruchs 5 der Erfindung erlauben eine Bemessung der elastischen Eigenschaften der Festen Fahrbahn auf den Brückentragwerken, die maßgebend sind für die Ausbildung temperaturbedingter Längskräfte und die Übertragung der Brems- und Anfahrkräfte. Diese elastischen Eigenschaften der Festen Fahrbahn auf den Brückentragwerken können hierbei so bemessen werden, dass sie denen der Festen Fahrbahn der freien Strecke entsprechen. Die biegesteifen, druck- und zugfesten Träger 7 beidseits der Festen Fahrbahn übertragen zur Entlastung der Schienen einen hinreichend großen Anteil der Brems- und Anfahrkräfte. Die längsfeste Verbindung der biegesteifen, druck- und zugfesten Träger 7 mit den Widerlagern, den Pfeilern mit festen Brückenlagern und jedem einteiligen Brückentragwek im Bereich ihrer Bewegungsruhepunkte aktiviert bei der Übertragung der Brems- und Anfahrkräfte die Längskraftsteifigkeit beider Widerlager und aller Pfeiler mit festen Brückenlagern.
Die Erfindung ermöglicht eine Vervielfachung der Länge von einteiligen Brückentragwerken ohne dass die Anordnung von Schienenauszügen erforderlich wird. Bei allen möglichen Längen einteiliger Brückentragwerke – auch bei der Anordnung mehrerer einteiliger Brückentragwerke hintereinander – kann auf die nach dem Stand der Technik erforderlichen höheren Anforderungen an die Längskraftsteifigkeit der Pfeiler und Widerlager verzichtet werden.
Die Erfindung wird anhand der 1–13 erläutert.
1 zeigt die Schienenlängskräfte in den lückenlos verschweissten Schienen einer Festen Fahrbahn nach dem Stand der Technik auf dem in 4 dargestellten vierfeldrigen einteiligen Brückentragwerk. Schienenlängskräfte, die sich in der ersten Zeitphase einer gleichsinnigen Temperaturveränderung einstellen, sind gestrichelt dargestellt.
2 zeigt die Schienenlängskräfte in den lückenlos verschweissten Schienen einer Festen Fahrbahn nach Patentanspruch 1 mit Teillängen L2 der Fahrbahnplatten auf dem in 4 dargestellten vierfeldrigen einteiligen Brückentragwerk, die sich in der ersten Zeitphase einer gleichsinnigen Temperaturveränderung einstellen.
3 zeigt die Schienenlängskräfte in den lückenlos verschweissten Schienen einer Festen Fahrbahn nach Patentanspruch 1 bis 4 mit Teillängen L2 der Fahrbahnplatten auf dem in 4 dargestellten vierfeldrigen einteiligen Brückentragwerk, die sich nach der Überwindung der Reibungswiderstände der Schienenbefestigung auf den ganzen Teillängen L2 einstellen.
4 zeigt die Ansicht von zwei Feldern eines vierfeldrigen einteiligen Brückentragwerks, dessen feste Brückenlager sich in der Mitte der Tragwerkslänge befinden. Die Feste Fahrbahn ist gemäß Anspruch 1 bis 4 in zahlreiche Längenabschnitte gegliedert, die längsbeweglich auf Tragplatten aufliegen. Jeder Längenabschnitt der Festen Fahrbahn ist in der Mitte seiner Teillänge L2 längsfest mit dem Brückentragwerk verbunden.
Die 5–8 zeigen den Längenabschnitt einer Festen Fahrbahn gemäß Anspruch 1–3 mit einer Teillänge L2 und einer Festpunktlonstruktion in der Mitte des Längenabschnitts L2. Die Festpunktkonstruktion ist in den Querschnitt der Festen Fahrbahn integriert.
5 ist der Schnitt normal zur Gleisachse durch einen Teil des Querschnitts eines Längenabschnitts der Festen Fahrbahn gemäß Patentanspruch 1–3 ausserhalb des Längenbereichs, der längsfest mit dem Brückentragwerk verbunden ist.
6 ist der Schnitt normal zur Gleisachse durch einen Teil des Querschnitts eines Längenabschnitts der Festen Fahrbahn gemäß Anspruch 1–3 im Längenbereich von L2, der längsfest mit dem Brückentragwerk verbunden ist.
7 ist die Draufsicht auf einen Längenabschnitt der Festen Fahrbahn gemäß Anspruch 1–3.
8 ist die Ansicht auf einen Längenabschnitt der Festen Fahrbahn gemäß Anspruch 1–3.
Die 9–12 zeigen den Längenabschnitt einer Festen Fahrbahn gemäß Patentanspruch 1–3 mit einer Teillänge L2 und einer Festpunktlonstruktion in der Mitte des Längenabschnitts L2. Die Festpunktkonstruktion ist ausserhalb des Querschnitts der Festen Fahrbahn angeordnet. Die Festpunktkonstruktion kann eine stählerne Konstruktion oder eine massive Konstruktion sein.
9 ist der Schnitt normal zur Gleisachse durch einen Teil des Querschnitts eines Längenabschnitts der Festen Fahrbahn gemäß Patentanspruch 1 ausserhalb des Längenbereichs, der längsfest mit dem Brückentragwerk verbunden ist.
10 ist der Schnitt normal zur Gleisachse durch den Querschnitt eines Längenabschnitts der Festen Fahrbahn gemäß Anspruch 1–3 im Längenbereich von L2, der längsfest mit dem Brückentragwerk verbunden ist.
11 ist die Draufsicht auf einen Längenabschnitt der Festen Fahrbahn gemäß Anspruch 1–3.
12 ist die Ansicht auf einen Längenabschnitt der Festen Fahrbahn gemäß Anspruch 1–3.
Die 13–15 zeigen die Gestaltung der Festen Fahrbahn gemäß Patentanspruch 5, die Gliederung der Festen Fahrbahn in Längenabschnitte mit Teillängen von L4, die Anordnung von stählernen U-Profilen als biegesteife, druck- und zugfeste Träger neben den Querschnitten der Längenabschnitte der Festen Fahrbahn und schematisch die kraftschlüssige Verbindung der stählernen U-Profilen mit den Querschnitten der Längenabschnitte der Festen Fahrbahn.
13 ist der Schnitt normal zur Gleisachse durch einen Teil des Querschnitts eines Längenabschnitts der Festen Fahrbahn gemäß Patentanspruch 5 ausserhalb des Längenbereichs, der längsfest mit dem Brückentragwerk verbunden ist.
14 zeigt einen gegenüber 13 veränderten Teilquerschnitt eines eines Längenabschnitts der Festen Fahrbahn gemäß Patentanspruch 5 ausserhalb des Längenbereichs, der längsfest mit dem Brückentragwerk verbunden ist.
15 ist die Draufsicht auf einen Längenabschnitt der Festen Fahrbahn gemäß Patentanspruch 5.
Bezugszeichenliste

1: Gleisachse
2: Längenabschnitt der Festen Fahrbahn
3: Teilquerschnitt eines Längenabschnitts der Festen Fahrbahn
4: Querschnitt durch die Tragplatte
5: Trennschicht zwischen Fester Fahrbahn und Tragplatte
6: Festpuntkonstruktion
7: biegesteifer, druck- und zugfester Träger
8: Gleitschicht zwischen Fester Fahrbahn und Tragplatte
9: zug- und druckfeste Verbindung zwischen den Längenabschnitten L4 der Festen Fahrbahn und den biegesteifen, druck- und zugfesten Trägern.

Claims

Fahrbahnkonstruktionen von Festen Fahrbahnen einfeldriger oder über mehrere Felder durchlaufender einteiliger Eisenbahnbrückentragwerke sowie mehrerer hintereinander angeordneter einfeldriger oder über mehrere Felder durchlaufender einteiliger Eisenbahnbrückentragwerke mit durchgehend verschweissten Schienen, deren Schienen so mit der Festen Fahrbahn und den Brückentragwerken verbunden sind, dass die unvermeidbaren Relativverschiebungen zwischen den unverschieblichen Schienen und den Brückentragwerken ausschließlich durch Verschiebungen der Schienenstützpunkte stattfinden, deren Verbindung zwischen den Widerlagern und Brückentragwerken sowie zwischen den hintereinander angeordneten Brückentragwerken durch Übergangskonstruktionen, deren Gliederung in Längenabschnitte, deren Lagerung auf den Brückentragwerken und deren Verbund mit den Brückentragwerken folgende Merkmale haben: • Die Festen Fahrbahnen bestehen auf der Länge L1 zwischen den Auflagern an den beiden Enden aller einteiligen Brückentragwerke, oder, wenn zwischen den Widerlagern und dem Brückentragwerk Übergangskonstruktionen angeordnet werden, zwischen den Enden dieser Übergangskonstruktionen aller einteiligen Brückentragwerken aus einer größeren Zahl von durch Querfugen getrennten Längenabschnitten (2), deren Längen L2 einem über die Länge L1 der Brückentragwerke gleichen oder variablen Bruchteil der Länge der Brückentragwerke entsprechen • Jeder durch Querfugen von seinen Nachbarn getrennter Längenabschnitt der Festen Fahrbahn (2) ist an einer Stelle seiner Länge L2 in Brückenlängsrichtung fest mit dem Brückentragwerk verbunden. Alle Längenabschnitte (2) liegen auf ihren Längen L2 längsbeweglich auf einer fest mit dem Brückentragwerk verbundenen Tragplatte (4) • Alle Längenabschnitte der Festen Fahrbahn (2) sind durch Verzahnung ihrer Querschnitte mit der Tragplatte (4) so mit dem Brückentragwerk verbunden, dass horizontale Kräfte, die normal zur Gleisachse (1) wirken, in das Brückentragwerk übertragen werden. • Zwischen den Oberflächen der Längenabschnitte der Festen Fahrbahn (2), die den Tragplatten (4) zugewandt sind, und den Oberflächen der Tragplatten (4), die den Längenabschnitte der Festen Fahrbahn (2) zugewandt sind, befindet sich eine Trennschicht (5), die so gestaltet ist, dass sie die Relativverschiebungen zwischen dem Brückentragwerk und den Längenabschnitte der Festen Fahrbahn (2) dauerhaft ermöglicht.
Fahrbahnkonstruktionen von Festen Fahrbahnen nach Anspruch 1 mit folgendem zusätzlichen Merkmal: • Die äusseren Oberflächen aller Längenabschnitte der Festen Fahrbahn (2) erhalten eine wärmedämmende Beschichtung.
Fahrbahnkonstruktionen von Festen Fahrbahnen nach Anspruch 1 oder 2 mit folgenden zusätzlichen Merkmalen: • Die Baustoffe für die Längenabschnitte der Festen Fahrbahnen (2) haben größere oder kleinere Wärmeleitfähigkeiten oder größere oder kleinere Wärmeausdehnungskoeffizienten oder größere Wärmeleitfähigkeiten und Wärmeausdehnungskoeffizienten oder kleinere Wärmeleitfähigkeiten und Wärmeausdehnungskoeffizienten als die Baustoffe der Brückentragwerke.
Fahrbahnkonstruktionen von Festen Fahrbahnen nach Anspruch 1 oder 2 oder 3 mit folgenden zusätzlichen Merkmalen: • Zur Vermeidung unzulässig großer temperaturbedingter Relativverschiebungen zwischen den Schienen und ihren Stützpunkten wird auf einem Teil der Länge L1 an den Enden längerer Brückentragwerke ein Längenabschnitt oder mehrere Längenabschnitte der Festen Fahrbahn (2) angeordnet, die auf ihren Teillängen längsbeweglich auf der Brückenoberfläche liegen und keinen Festpunkt haben. Auch diese Längenabschnitte der Festen Fahrbahn (2) sind so mit dem Brückentragwerk verbunden, dass horizontale Kräfte, die normal zur Brückenlängsrichtung wirken, in die Brückentragwerke übertragen werden. • Zwischen den Oberflächen der längsbeweglich ohne einen Festpunkt an den Enden einteiliger Brückentragwerke gelagerten Längenabschnitten der Festen Fahrbahn (2), die den Tragplatten (4) zugewandt sind, und den Oberflächen der Tragplatten (4), die diesen Längenabschnitte der Festen Fahrbahn (2) zugewandt sind, befindet sich eine Gleitschicht (8), die so gestaltet ist, dass sie die Relativverschiebungen zwischen dem Brückentragwerk und den Längenabschnitten der Festen Fahrbahn (2) dauerhaft ermöglicht.
Fahrbahnkonstruktionen aller Bauarten von Festen Fahrbahnen für einfeldrige oder über mehrere Felder durchlaufender einteiliger Eisenbahnbrückentragwerke sowie für mehrere hintereinander angeordnete einfeldrige oder über mehrere Felder durchlaufende einteilige Eisenbahnbrückentragwerke mit durchgehend verschweissten Schienen, deren Gliederung in Längenabschnitte, deren Lagerung auf den Brückentragwerken und deren Verbund mit den Brückentragwerken folgende Merkmale haben: • Die Festen Fahrbahnen bestehen auf der Länge L1 zwischen den Auflagern an den beiden Enden einteiliger Brückentragwerke, oder, wenn zwischen den Widerlagern und dem Brückentragwerk und zwischen hintereinander angeordneten einteiligen Brückentragwerken Übergangskonstruktionen angeordnet werden, zwischen den Enden dieser Übergangskonstruktionen aus zahlreichen durch Querfugen getrennten längsbeweglich auf einer Tragplatte (4) aufliegenden Längenabschnitten der Fahrbahnplatten (2), deren Längen L4 einem über die Länge L1 der Brückentragwerke gleichen Bruchteil der Länge L1 der Brückentragwerke entsprechen. • Jeder durch Querfugen von seinen Nachbarn getrennter Längenabschnitt der Fahrbahnplatten (2) ist an seinen beiden Rändern in der Mitte seiner Länge L4 in Brückenlängsrichtung längsfest mit einem biegesteifen, druck- und zugfesten Träger (7) verbunden, der neben den Längenabschnitten der Fahrbahnplatten (2) fugenlos über die ganze Brückenlänge bis in den Längenbereich der Widerlager oder über die ganze Brückenlänge und die Widerlager bis zu den Endspornen hinter den Widerlagern angeordnet wird. • Die biegesteifen, druck- und zugfesten Träger (7) sind ausserdem nur im Bewegungsruhepunkt der einteiligen Brückentragwerke längsfest mit den Brückentragwerken, bei mehreren hintereinander angeordneten einteiligen Brückentragwerken längsfest mit den Pfeilern zwischen den hintereinander angeordneten einteiligen Brückentragwerken und im Längenbereich der Widerlager längsfest mit den Widerlagern sowie bei einer Anordnung der biegesteifen, druck- und zugfesten Träger (7) bis zu den Endspornen hinter den Widerlagern zusätzlich längsfest mit den Endspornen verbunden. • Alle Längenabschnitte der Fahrbahnplatten (2) sind durch Verzahnung ihrer Querschnitte mit der Tragplatte (4) so mit dem Brückentragwerk verbunden, dass horizontale Kräfte, die normal zur Gleisachse (1) wirken, in das Brückentragwerk übertragen werden. • Zwischen den Oberflächen der Längenabschnitte der Fahrbahnplatten (2), die den Tragplatten (4) zugewandt sind, und den Oberflächen der Tragplatten (4), die den Längenabschnitten der Fahrbahnplatten (2) zugewandt sind, befindet sich eine Gleitschicht (8), die so gestaltet ist, dass sie die Relativverschiebungen zwischen dem Brückentragwerk und den Längenabschnitten der Fahrbahnplatten (2) dauerhaft ermöglicht.
Übergangskonstruktionen für Feste Fahrbahnen von Brückentragwerken der Patentansprüche 1 bis 5, die zwischen den Widerlagern und einteiligen Brückentragwerken und zwischen hintereinanderliegenden einteiligen Brückentragwerken angeordnet werden und folgende Merkmalen haben: • Die Übergangskonstruktionen zwischen den Widerlagern und den einteiligen Brückentragwerken sowie zwischen den hintereinander angeordneten einteiligen Brückentragwerken sind für jedes über die Brückentragwerke geführtes Gleis Tragwerke, deren beiden Auflager an den Enden der Tragwerke allseitig verträglich mit der Gleislage und Gleisgradiente beweglich sind und sich auf den Brückentragwerken innerhalb des ersten Brückenfeldes befinden, und deren Relativverschiebungen zwischen Brückentragwerk und Übergangskonstruktion durch eine querkraft-, zug- und druckfeste Verbindung der Endquerschnitte der Tragwerke der Übergangskonstruktionen mit einem längsbeweglich ohne einen Festpunkt gelagerten Längenabschnitt der Festen Fahrbahn erzwungen werden, • Die Querschnitte der querkraft-, zug- und druckfest mit den Übergangskonstruktionen verbundenen Längenabschnitte der Festen Fahrbahn und der Tragplatten, auf denen sie aufliegen, sind identisch mit den Querschnitten der Längenabschnitte L2 und ihrer Tragplatten der Patentansprüche 1 bis 4 und der Längenabschnitte L4 und ihrer Tragplatten des Patentanspruch 5. • Die längsbeweglich mit den Enden der Tragwerke der Übergangskonstruktionen verbundenen Längenabschnitte der Fahrbahnplatten werden an ihren Querfugen mit den Endquerschnitten der Übergangskonstruktion durch Verbindungskonstruktionen so verbunden, dass auf Grund der Festigkeit und Elastizitätsmodule der für die Verbindungskonstruktionen verwendeten Baustoffe, ihrer Querschnitte und ihrer Formgebung Kräfte in Brückenlängs- und Querrichtung zwischen den Übergangskonstruktionen und den Längenabschnitten der Fahrbahnplatten übertragen werden. • Zwischen den Oberflächen der Fahrbahnplatten, die den Tragplatten zugewandt sind, und den Oberflächen der Tragplatten, die den Fahrbahnplatten zugewandt sind, befindet sich eine Gleitschicht, die so gestaltet ist, dass sie die Relativverschiebungen zwischen dem Brückentragwerk und den Fahrbahnplatten dauerhaft ermöglicht.