DE19825270A1 - Verfahren zur Verminderung der Gleisbelastungen bei festen Fahrbahnen im Übergangsbereich des Brückenüberbaus zum Erdkörper - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung befaßt sich mit der Vermeidung von Schlägen auf die Feste Fahrbahn, die durch Abheben der Schiene von der Unterlagplatte beim Überfahren durch einen Zug im Übergangsbereich einer Brücke zum Erdkör­ per entstehen.

Solche Schläge entstehen dadurch, daß ein Brückenüberbau beim Befahren durch den Zug sich leicht nach unten durchbiegt. Dadurch entsteht an der Kontaktzone Brücke/Erdkörper ein Knick, dem die Schienen folgen wollen (s. die übertrieben gezeichnete Fig. 1). Durch die Steifigkeit der Schiene ent­ steht nun aber kein Knick in der Schiene, sondern die Schienen versuchen den Knick zu mildern, indem sie sich in der Umgebung des Knicks von der Fahrbahn abheben. Die Größe der Durchbiegung der Brücke führt zu einem Abheben der Schienen auf dem Erdkörper unter dem Widerlager. Dabei hebt die Schiene von ihrer Unterlagplatte ab, oder es findet sogar, im Falle von Schwellen auf Schotter, ein Anheben der Schwellen statt. Das Zurückfallen der Schienen auf die Unterlagplatten erzeugt dann die schlagenden Gerau­ sche beim Überfahren durch den Zug und führt zu einer Zerstörung der Kon­ struktion.

Stand der Technik

Es wird versucht, die Schiene derart stark an die Unterlagplatte zu pressen, daß kein Abheben mehr erfolgen kann. Gleichzeitig wird die effektive Masse der Schwellen vergrößert, z. B. durch feste Verbindung mit der darunterlie­ genden Betontragplatte.

Nachteil dieses Systems sind die enormen Kräfte, die dabei auf diese relativ starren Verbindungen zwischen Schiene und Unterlagplatte bzw. Schienen­ befestigung und Tragplatte einwirken und allmählich zu einer Zerstörung der Verbindung führen können.

Zumal wird der Knick zwischen Brücke und Erdkörper stärker und führt zu spürbaren, wenn auch kaum hörbaren Stößen auf die Achslager.

In der DE 196 05 791 A1 wird eine Vorrichtung für die gesamte Strecke von Festen Fahrbahnen angegeben, mit Hilfe derer die starken Kräfte auf die Verbindung zwischen Schwellen und Tragplatte vermieden werden sollen, die beim Laufen der Abhebewelle einer Schiene über die Befestigungspunkte auftreten. Hierzu sieht diese Erfindung vor, die Federcharakteristik von Unter­ lagplatte und die Schienen niederdrückenden Elementen dergestalt zu ver­ ändern, daß beim Durchlaufen der Abhebewelle eine Entkopplung von Schiene und Unterlagplatte eintritt.

Die Abhebewellen am Übergang zwischen Brücke und Erdkörper sind deut­ lich größer als Abhebewellen auf gewöhnlichen Streckenabschnitten, so daß die Schläge beim Überfahren dort deutlich stärker sind.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, einem Zug ein achslagerschonenderes und ruhigeres Überfahren der Kontaktzone zwischen Brücke und Erdkörper zu ermöglichen und den Oberbau dort geringer zu belasten. Weiterhin soll erreicht werden, den Überstand zwischen Auflageachse auf dem Widerlager und Ende des Brückenüberbaus in der schon bisher ver­ wendeten Größe belassen zu können, da eine theoretisch sinnvolle Verkür­ zung desselben praktische Probleme bedingt.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Mittel gelöst.

Hierzu wird die Elastizität der Unterlagplatten und darauf abgestimmt die An­ preßkraft durch die schienenniederdrückenden Elemente im Übergangsbe­ reich Brücke/Erdkörper (und nur dort!) dergestalt verändert, daß die Schiene beim Durchlaufen der starken Abhebewelle nicht mehr von der Schiene ab­ hebt, also kein Luftspalt entsteht.

Dies läßt sich auf verschiedene Weisen erreichen:

a.) deutlich weichere Unterlagplatten in diesem Bereich verglichen mit den Unterlagplatten auf den normalen Streckenabschnitten, auf denen keine solch extremen Änderungen in der Nachgiebigkeit des Untergrundes eintre­ ten.

b.) Verwendung von Unterlagplatten, die im vorgespannten Zustand (d. h. durch die schienenniederdrückenden Elemente etwas komprimiert) bi- multi- oder gar nichtlineares Verhalten haben und ausgehend von diesem Gleich­ gewichtszustand für abwärts gerichtete Kräfte (Achslast) wenig komprimier­ bar sind, bei schon relativ geringe aufwärtsgerichteten Kräften jedoch sich bereits um größere Strecken ausdehnen.

(Der vorgespannte Zustand ist besonders günstig als Ruhesystem zu wählen und als Gleichgewichtszustand zu definieren, da alle Kräfte und Gegenkräfte zusammen Null ergeben. Ansonsten ergäben sich nämlich beschleunigte Bewegungen.)
Ausgehend von diesem Gleichgewichtszustand werden Kompressionen der Unterlagplatte als negative Wege dargestellt, Ausdehnungen als positive. Entsprechend werden nach untengerichtete Kräfte (Komprimieren) als nega­ tiv, nach oben gerichtete (Ausdehnen) als positiv dargestellt.

Die Fig. 2 stellt schematisch eine Möglichkeit eines Kraftverformungsverhalten einer solchen Unterlagplatte aus dem Gleichgewichtszustand heraus dar, in diesem Beispiel ein lineares Verhalten.

Die Fig. 3 stellt demgegenüber schematisch die Kennlinie im Falle eines nichtlinearen Verhaltens dar. Wie man sieht, ist die Unterlagplatte in der La­ ge, sich bei nur geringer Änderung der einwirkenden Kraft über große Wege auszudehnen und somit stets Kontakt zur Schiene zu halten.

Fig. 4 zeigt schematisch und nicht maßstäblich den einfachsten Fall einer sehr weichen Unterlagplatte mit linearem Verhalten, wie sie im Übergangsbe­ reich Brücke /Erdkörper eingesetzt werden kann im Vergleich zu einer Unter­ lagplatte, wie sie auf dem Rest der Strecke verwendet wird (gestrichelte Kennlinie).

Kennlinien der geforderten Art lassen sich auf unterschiedliche Weisen errei­ chen:

a.) Es ist möglich, herkömmliche homogene Unterlagplatten mit einem zwei­ ten elastischen Element, z. B. einer zusätzlichen weicheren Unterlagplatte oder einer weichen gebogenen Federstahlunterlage zu kombinieren.

b.) Es ist auch möglich, eine Unterlagplatte aus mehreren unterschiedlichen Materialschichten herzustellen oder aus nur einem Material, welches aber durch luftgefüllte Hohlräume oder Vertiefungen strukturiert ist.

Diese Methoden zur Kennlinienbeeinflussung sind an sich (für lineares oder bilineares Kraftverhalten) bekannt, nicht jedoch die Anwendung solcher und darüberhinaus auch noch-besonders weicher Systeme nur im Übergangsbe­ reich von Brücken zum Erdkörper.

Die Kennlinien der Unterlagplatten können im Übergangsbereich von Schie­ nenbefestigung zu Schienenbefestigung in Richtung der Kontaktzone Brüc­ ke/Erdkörper in kleinen Schritten verändert werden, um eine optimale Anpas­ sung zu ermöglichen. Einfacher und billiger ist allerdings die Verwendung von nur zwei unterschiedlichen Unterlagsystemen, ein erstes weiches für den Übergangsbereich Brücke/Erdkörper (dieser erstreckt sich über größenordnungsmäßig 20 Meter) und ein zweites härteres für den Rest der Strecke.

Im Gegensatz zur verbreiteten Ansicht, die harte Unterlagsysteme mit einer Federziffer größer als 18 bis 20 kN/mm fordert, um eine vorzeitige Schädi­ gung bei wiederholter Lasteinwirkung zu vermeiden, ist dabei die Beständig­ keit dieser weichen Unterlagsysteme nur von der Qualität der verwendeten Materialien abhängig.

Bezugszeichenliste

1

Erdkörper

2

Widerlager

3

Tragplatte

4

Schiene

5

Brückenüberbau mit Tragplatte bei Belastung der Brücke durch den Zug

6

Schwelle

7

Abhebung

Claims (8)

1. Elastisches Schienenbefestigungssystem, welches einem Zug ein ruhige­ res und achslagerschonenderes Überfahren des Übergangsbereiches Brücke/Erdkörper ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß hierfür im Übergangsbereich dämpfende Unterlagsysteme unter der Schiene verwendet werden, die weicher sind, als auf den angrenzenden Streckenabschnitten und daß sie so weich sind, daß sie ein Abheben der Schiene vom Unterlagsystem verhindern.

2. Elastisches Schienenbefestigungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Unterlagsystem verwendet wird, wel­ ches im vorgespannten Gleichgewichtszustand ein einfach lineares Kraft­ verformungsverhalten aufweist.

3. Elastisches Schienenbefestigungssystem nach mindestens einem der An­ sprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Unterlagsystem verwendet wird, wel­ ches im vorgespannten Gleichgewichtszustand ein bilineares Kraftverfor­ mungsverhalten aufweist, mit großem Kraftaufwand für schon geringe Kompressionen, aber geringem für Ausdehnungen.

4. Elastisches Schienenbefestigungssystem nach mindestens einem der An­ sprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Unterlagsystem verwendet wird, wel­ ches im vorgespannten Gleichgewichtszustand ein multilineares oder nichtlineares Kraftverformungsverhalten aufweist, mit großem Kraftauf­ wand für schon geringe Kompressionen, aber geringem für Ausdehnun­ gen.

5. Elastisches Schienenbefestigungssystem nach mindestens einem der An­ sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kennlinie der verwendeten Unter­ lagsysteme, in Richtung Kontaktzone Brücke/Erdkörper von Schienenbe­ festigung zu Schienenbefestigung fortschreitend, in kleinen Schritten än­ dert.

6. Elastisches Schienenbefestigungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die weichsten Kennlinien diejenigen Unter­ lagsysteme aufweisen, die unmittelbar vor und hinter der Fuge zwischen Brückenüberbau und Widerlager liegen.

7. Elastisches Schienenbefestigungssystem nach mindestens einem der An­ sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das gewünschte Kraftverformungsverhalten der Unterlagsysteme durch Zusammenschalten mehrerer in sich homoge­ ner aber unterschiedlich weicher Unterlagplatten oder Blattfedern oder Kombinationen derselben erfolgt.

8. Elastisches Schienenbefestigungssystem nach mindestens einem der An­ sprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß den Teil der Kennlinie der verwendeten Unterlagsysteme, welcher die Ausdehnung des Unterlagsystems beim Durchlaufen der Abhebewelle beschreibt, an den Punkten der Schienen, die die größten Amplituden ausführen, ein um etwa 20 oder mehr Prozent, bevorzugt 30 oder mehr Prozent, weicheres Verhalten kennzeichnet, wie in den an den Übergangsbereich angrenzenden Streckenabschnitten.