DE19538712A1 - Eisenbahnschwelle aus Spannbeton sowie unter Verwendung dieser Schwelle hergestellter Eisenbahnoberbau - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Eisenbahnschwelle aus Spannbeton, insbesondere zur Verwendung in einem Gleisrost aus Schienen und Schwellen, die als spurhaltendes Element in eine in Längs- und Querrichtung bewehrte Fahrbahnplatte teilweise einbetoniert sind, einen unter Verwendung solcher Schwellen hergestellten Eisenbahnoberbau sowie ein Verfahren zum Herstellen desselben.

Als Alternative zum Schotteroberbau sind Bauarten bekannt, bei denen der Gleisrost auf eine Tragplatte aufgelegt oder teilweise in diese eingebettet ist. Zu den Bauarten mit eingebettetem Gleisrost gehört die sogenannte "Feste Fahrbahn/Bauart Rheda", die im wesentlichen aus einer bewehrten Fahrbahnplatte aus Ortbeton besteht, in welche die Spannbetonschwellen als spurhaltendes Element integriert sind (DE-Z "Der Eisenbahningenieur", 46, 1995, Heft 5, S. 298 bis 306). Zur Herstellung dieses Oberbaus wird ein vorgefertigter Gleisrost aus Schienen und Schwellen mittels Spindeln in vertikaler und horizontaler Richtung ausgerichtet und ausbetoniert.

Das Konzept der Spannbetonschwellen als Bestandteil der Fahrbahnplatte sorgt dafür, daß die in den Schwellen verankerten Schienenbefestigungen nicht von Rissen der Fahrbahnplatte betroffen werden, wie dies bei anderen bekannten Bauweisen der Fall ist, bei denen die Schienen unmittelbar in einer Tragplatte aus Stahlbeton verankert sind; vielmehr erfolgt die freie Rißbildung der Fahrbahnplatte durch fein verteilte und damit unschädliche Risse längs der Flanken der Schwellen.

Die Bewehrung der Fahrbahnplatte aus Ortbeton besteht aus horizontale Durchgangslöcher in den Schwellen durchsetzenden Längsstäben und Querstäben. Diese Fahrbahnplatte überträgt die auf das Gleis einwirkenden Vertikal- und Horizontalkräfte auf die darunter angeordnete Tragplatte bzw. einen Betontrog, die bzw. der im Tunnel unbewehrt ausgeführt werden kann, auf Erdplanum aber aus Stahlbeton mit kreuzweiser Bewehrung besteht.

So wirksam die Verankerung der Schwellen in der Fahrbahnplatte mittels der diese durchsetzenden Bewehrungsstäbe auch ist, so sehr verteuert diese Ausführung doch die Herstellung des Oberbaus insgesamt. Dies zeigt sich einerseits schon bei der Herstellung der Schwellen, wo zur Bildung der Durchgangslöcher entsprechende Schalungskörper in die Schalungsformen eingebaut werden müssen, andererseits aber auch bei der Montage des Gleisrostes, weil die Längsbewehrungsstäbe jeweils durch die Durchgangslöcher hindurchgefädelt werden müssen. Schließlich ist beim Betonieren der Fahrbahnplatte erhebliche Sorgfalt aufzuwenden, damit die Durchgangslöcher satt mit Ortbeton ausgefüllt werden, um den notwendigen Korrosionsschutz der Längsstäbe zu gewährleisten. Aus diesem Grunde werden die Durchgangslöcher mit konischen Mündungen ausgeführt, die das Hineinfließen des Betons begünstigen, aber wieder den Aufwand vergrößern.

Überlegungen, die Schwellen unter Vermeidung der Durchgangslöcher nur durch die aus der trapezförmigen Querschnittsform des Schwellenkörpers folgende schwalbenschwanzförmige Verzahnung mit der Fahrbahnplatte aus Ortbeton zu verbinden und deren Längs- und Querbewehrung unterhalb der Schwellen anzuordnen, führen deshalb nicht zu einem befriedigenden Ergebnis, weil der im Bereich der Schwellenflanken liegende Ortbeton nicht von Bewehrung durchsetzt ist und daher unter der Wirkung der Hubkräfte aus der Abhebewelle vor belastenden Achsen zum Ausbrechen neigt.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung der vorteilhaften Eigenschaften der "Festen Fahrbahn/Bauart Rheda", nämlich Sicherstellung der Spurweite und Schienenneigung in allen Montage- und Betriebszuständen durch Verwendung von Spannbetonschwellen sowie wirksame Verankerung der Schwellen in der Fahrbahnplatte eine Möglichkeit zu schaffen, um die Herstellung zu erleichtern und wirtschaftlicher zu gestalten.

Der Lösung dieser Aufgabe dient eine Eisenbahnschwelle aus Spannbeton mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Ein unter Verwendung solcher Eisenbahnschwellen hergestellter Eisenbahnoberbau ist Gegenstand des Patentanspruchs 9, ein Verfahren zu seiner Herstellung Gegenstand des Patentanspruchs 11.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ansatzpunkt für die erfindungsgemäße Lösung des Problems ist der Einbau der Bewehrung des Ortbetons der Fahrbahnplatte. Bewehrung und Ortbeton bewirken gemeinsam, daß die Spannbetonschwellen als integrale Bestandteile in die Fahrbahnplatte einbezogen und dadurch gegen Verschiebung, insbesondere in vertikaler Richtung, infolge von Hubkräften der Abhebewelle vor belastenden Achsen gesichert sind. Der Grundgedanke der Erfindung besteht deshalb darin, anstelle der Durchgangslöcher im Schwellenkörper von der Schwellenunterseite ausgehende Ausnehmungen vorzusehen, in welchen die Stahlstäbe der Längsbewehrung der Fahrbahnplatte verlaufen. Die Längsstäbe können so vor dem Verlegen und Justieren des Gleisrostes auf die Tragplatte aufgelegt und danach von unten her in die Ausnehmungen der Schwellen eingeführt und in diesen in einer möglichst hohen Position, nämlich im Scheitelpunkt, durch Anordnung entsprechender Abstandhalter zur Tragplatte hin gesichert werden. Die Neigung der Seitenflächen der Schwellen bei trapezförmigem Querschnitt sorgt so dafür, daß die Schwellen nicht nur schwalbenschwanzförmig mit dem Ortbeton verzahnt sind; infolge der Höhe der Ausnehmungen greift diese Verzahnung auch unter die Bewehrungslage der Fahrbahnplatte. So reicht das Gewicht der Fahrbahnplatte mit den darin eingebundenen Schwellen aus, um der Abhebewelle zu widerstehen und Verschiebungen auszuschließen.

Während eine Spannbetonschwelle dieser Art auch im üblichen Betontrog der "Bauart Rheda" eingesetzt werden kann, bei der die Justierung mittels Spindeln in vertikaler Richtung gegen die Oberfläche der Tragplatte und in horizontaler Richtung unter seitlicher Abstützung gegen die seitlichen Aufkantungen des Betontrogs erfolgt, ermöglicht die Erfindung auch die Kombination mit einer anderen Form der Spindelanordnung, wobei durch Wegfall der seitlichen Aufkantungen eine "Feste Fahrbahn" geringerer Gesamtbreite erreicht wird. Dies wird dadurch ermöglicht, daß die Schwelle, den Schwellenenden benachbart, in den oder außerhalb der Schienenauflagerbereiche weitere von der Schwellenunterseite ausgehende Ausnehmungen erhält, mittels deren sie zur Montage des Gleisrostes über aus der Tragplatte aufragende Längssockel gesetzt werden kann. Die Justierung des Gleisrostes kann dann gegenüber diesen Längssockeln erfolgen, und zwar in vertikaler Richtung mittels die Schwellenköpfe in vertikaler Richtung durchsetzender Spindelvorrichtungen, die gegen die Deckfläche der Längssockel wirken, und in horizontaler Richtung mittels die Schwellenköpfe in horizontaler Richtung durchsetzender Spindelvorrichtungen, die gegen die äußeren Flanken der Längssockel wirken.

Da die erfindungsgemäße Schwelle im Montagezustand nur in geringem Umfang auf Biegung beansprucht wird, insbesondere dann, wenn die Ausnehmungen zur Auflagerung der Schwellen auf den Längssockeln sich unterhalb der Schienenauflagerbereiche befinden, und im Endzustand in der Fahrbahnplatte eingebettet ist, braucht sie nur eine geringe Biegesteifigkeit. Die Schwelle kann daher mit geringerer Bauhöhe als üblich ausgebildet und mit einer reduzierten Anzahl von Spannelementen in der Längsmittelebene vorgespannt werden. Die Längssockel auf der Tragplatte dienen bereits vor dem Ausrichten des Gleisrostes als Ablageflächen für die Schwellen, die damit in diesem Zwischenzustand in definierter Weise gelagert sind und keine unkontrollierte Biegebeanspruchung erhalten können.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Spannbetonschwelle nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Stirnansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Schwelle nach Fig. 1,

Fig. 4 einen Querschnitt in Schwellenmitte entlang der Linie IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 einen Regelquerschnitt durch einen erfindungsgemäßen Eisenbahnoberbau,

Fig. 6 einen Ausschnitt aus einem Längsschnitt durch den Eisenbahnoberbau entlang der Linie VI-VI in Fig. 5,

Fig. 7 die Einbettung eines Schwellenfußes samt Längsbewehrung in die Ortbetonplatte in größerem Maßstab und

Fig. 8 einen Schnitt durch einen Längssockel der Tragplatte und eine aufgelegte Schwelle mit Spindelvorrichtungen zur Justierung.

In den Fig. 1 bis 4 ist eine Ausführungsform einer Spannbetonschwelle 1 nach der Erfindung dargestellt. Der eigentliche Schwellenkörper 2 besteht aus zwei seitlichen Auflagekörpern 3, welche die Bereiche 4 für die Auflagerung der Schienen und die Anbringung der - der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten - Schienenbefestigungen tragen, und einem Mittelteil 5 mit etwas geringerem Querschnitt. Der Schwellenkörper 2 ist entweder mit einzelnen geraden Spanndrähten oder -litzen oder, wie dargestellt, einem haarnadelförmig gebogenen Spannstab 6 bewehrt, der an dem, in der Darstellung rechten, Schwellenende mittels Endverankerungen 7 verankert ist.

Der Schwellenkörper 2 weist von der Schwellenunterseite 8 ausgehend mehrere, im dargestellten Ausführungsbeispiel vier, vornehmlich in gleichen Abständen a voneinander liegende Ausnehmungen 9 auf, die etwa dreieckförmigen Querschnitt mit am Scheitel ausgerundeter Spitze haben. Bei einer Höhe des Schwellenkörpers 2 von 17 cm beträgt die Tiefe der Ausnehmungen 9 etwa 5 cm. Weitere, im Querschnitt etwa trapezförmige Ausnehmungen 10 vornehmlich gleicher Tiefe befinden sich an den Schwellenköpfen 11 unterhalb oder etwas außerhalb der Bereiche 4 für die Schienenauflagerung, aber noch im Abstand von den Stirnflächen 12 der Schwelle.

Im Bereich der Ausnehmungen 10 sind vertikale Spindelführungen 13 und horizontale Spindelführungen 14 vorgesehen. Die vertikalen Spindelführungen 13 liegen etwa mittig zu den Ausnehmungen 10, die horizontalen Spindelführungen 14 so, daß sie von den Schwellenstirnflächen 12 ausgehend ebenfalls in die Ausnehmungen 10 münden. Die Spindelführungen 13 und 14 sind zweckmäßig durch einbetonierte dünnwandige Hüllrohre mit Gewindeprofil gebildet, in die als Spindeln Gewindestäbe eingeschraubt werden können.

Ein unter Verwendung derart ausgebildeter Spannbetonschwellen hergestellter Eisenbahnoberbau ist in Fig. 5 im Querschnitt und in Fig. 6 im Längsschnitt dargestellt. Der Gleisrost 15 besteht aus zwei Schienen 16, die mittels üblicher Schienenbefestigungen mit den Schwellen 1 verbunden sind der Gleisrost 15 ist über die Schwellen 1 kraft- und formschlüssig in eine bewehrte Fahrbahnplatte 17 aus Ortbeton eingebettet, welche die auf das Gleis wirkenden Horizontal- und Vertikalkräfte auf eine Tragplatte 18 aus Stahlbeton überträgt. Die Tragplatte 18 liegt ihrerseits auf einer Tragschicht 19, z. B. einer hydraulisch gebundenen Kiestragschicht (HGT) auf einer Frostschutzschicht 20 auf. Die Tragplatte 18 weist zwei seitliche durchgehende Längssockel 21 auf, die schon bei der Herstellung der Tragplatte 18 mittels üblicher Deckenfertiger mit ausgeformt werden können.

Beim Verlegen des Gleisrostes 15 wird dieser zunächst grob so ausgerichtet, daß die Schwellen 1 mit den Ausnehmungen 10 über die Längssockel 21 gebracht und auf diese abgesetzt werden. Damit sind die Schwellen in diesem Zwischenzustand in definierter Weise gelagert und erhalten keine unkontrollierten Biegebeanspruchungen. Sodann wird der Gleisrost in vertikaler und horizontaler Richtung justiert. Hierzu dienen die in die Schwellenköpfe eingelassenen vertikalen Spindelvorrichtungen 13 und horizontalen Spindelvorrichtungen 14, die sich gegen die Deckfläche 22 bzw. die äußeren Flanken 23 der Längssockel 21 abstützen. Die Längssockel 21 bedürfen somit einer gewissen Mindesthöhe. Fig. 8 zeigt diese Situation in größerem Maßstab. Da an die Genauigkeit der Ausrichtung des Gleisrostes 15 sehr hohe Anforderungen gestellt werden, empfiehlt es sich, die Längssockel 21 an den Stellen, an denen die Spindelvorrichtungen 13 bzw. 14 angreifen, als Kantenschutz und zur besseren Gleitmöglichkeit mit winkelförmigen Schuhen 24 aus Metall abzudecken, die später mit einbetoniert werden, also verloren sind.

Bereits vor dem Verlegen des Gleisrostes 15 wurden auf die Oberfläche der Tragplatte 18 zwischen den Längssockeln 21 die Bewehrungsstäbe 25 für die Längsbewehrung der Fahrbahnplatte 17 aufgelegt. Nach dem Ausrichten des Gleisrostes 15 werden diese Bewehrungsstäbe 25 von unten her in die Ausnehmungen 9 an der Unterseite des Schwellenkörpers 2 geführt und möglichst unter Anlage am Scheitel derselben durch Einbau von Abstandhaltern gegenüber der Tragplatte 18 fixiert (Fig. 5). Im gleichen Zuge können auch die Stäbe 26 der Querbewehrung eingebaut werden (Fig. 6). Danach wird der Beton für die Fahrbahnplatte 17 eingebracht.

Da wegen der Ausnehmungen 9 und 10 in der Unterseite der Schwellen der dazwischenliegende Bereich des Schwellenkörpers 2 zur statischen Tragfähigkeit nichts beiträgt, besteht die Möglichkeit, durch Profilierung der Schwellenunterseite das Einbringen des Füllbetons zu erleichtern und so die Bauhöhe der Konstruktion zu reduzieren.

Die Verankerung der Schwellen 1 in der Fahrbahnplatte 17 zeigt Fig. 7 im Detail in größerem Maßstab. Hier ist erkennbar, wie durch die Neigung der Seitenflächen des Schwellenkörpers 2 von etwa 1 : 10 über den unterhalb des in der Ausnehmung 9 liegenden Bewehrungsstabes 25 liegenden Teil Delta b der Gesamtbreite b aus Abhebekräften eine vertikale Kraftkomponente P entsteht, die durch den im Beton der Fahrbahnplatte 17 verankerten Längsstab 25 aufgenommen wird. Diese Art der Verankerung von Abhebekräften reicht für die geringe Größenordnung dieser Kräfte aus; auch werden hierdurch Abplatzungen in den Anschlußbereichen der Fahrbahnplatte an die Schwelle wirksam vermieden.

Claims (12)

1. Eisenbahnschwelle aus Spannbeton mit einem monolithischen Schwellenkörper, insbesondere zur Verwendung in einem Gleisrost aus Schienen und Schwellen, die als spurhaltendes Element in eine in Längs- und Querrichtung bewehrte Fahrbahnplatte aus Ortbeton teilweise einbetoniert sind, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite (8) des Schwellenkörpers (2) vorwiegend im Bereich zwischen den Schienenauflagerbereichen (4) in Querrichtung der Schwelle durchgehende Aufnehmungen (9) vorgesehen sind.

2. Eisenbahnschwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (9) eine Höhe von etwa ein Viertel bis ein Drittel der Schwellenhöhe aufweisen.

3. Eisenbahnschwelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (9) etwa dreieckförmigen Querschnitt aufweisen.

4. Eisenbahnschwelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (9) im Scheitelbereich ausgerundet sind.

5. Eisenbahnschwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite (8) des Schwellenkörpers (2) an den Schwellenköpfen (11) in den oder außerhalb der Schienenauflagerbereiche (4) jeweils eine weitere, ebenfalls in Querrichtung der Schwelle durchgehende Ausnehmung (10) vorgesehen ist.

6. Eisenbahnschwelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (10) etwa trapezförmigen Querschnitt aufweisen.

7. Eisenbahnschwelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckflächen der Ausnehmungen (10) parallel zu der später auf der Schwelle zu montierenden Schiene verlaufen.

8. Eisenbahnschwelle nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Ausnehmungen (10) die Schwellenköpfe (11) in vertikaler Richtung und/oder die Schwellenköpfe (11) in horizontaler Richtung durchsetzende Spindelvorrichtungen (13 bzw. 14) vorgesehen sind.

9. Eisenbahnschwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite (8) des Schwellenkörpers (2) profiliert ist.

10. Eisenbahnoberbau mit einem auf einer durchgehenden Tragplatte (18) aus Stahlbeton aufgelagerten Gleisrost (15) aus Schienen und Spannbetonschwellen, die als spurhaltendes Element in eine in Längs- und Querrichtung bewehrte Fahrbahnplatte (17) aus Ortbeton teilweise eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die gemäß den Ansprüchen 1 bis 9 ausgebildeten Schwellen (1) einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen und daß die Bewehrungsstäbe (25) der Längsbewehrung der Fahrbahnplatte (17) in den an der Unterseite (8) der Schwellen vorgesehenen Ausnehmungen (9) verlaufen.

11. Eisenbahnoberbau nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragplatte (18) mit zwei über deren Oberfläche hinausragenden Längssockeln (21) versehen und der Gleisrost (15) so zu der Tragplatte (18) angeordnet ist, daß die Längssockel (21) in die trapezförmigen Ausnehmungen (10) an der Unterseite der Schwellen (1) hineinragen.

12. Verfahren zum Herstellen eines Eisenbahnoberbaus nach Anspruch 11, bei dem zuerst der Gleisrost (15) verlegt sowie in vertikaler und horizontaler Richtung justiert und schließlich der Ortbeton für die Fahrbahnplatte (17) eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Justierung in vertikaler Richtung mittels der die Schwellenköpfe (11) in vertikaler Richtung durchsetzenden Spindelvorrichtungen (13) gegenüber der Oberfläche der Längssockel (21) und die Justierung in horizontaler Richtung mittels der die Schwellenköpfe (11) in horizontaler Richtung durchsetzenden Spindelvorrichtungen (14) gegenüber den äußeren Flanken der Längssockel (21) erfolgt.