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Befestigung für Brückenbalken auf Trägern von Stahlbrücken
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Befestigung für Brückenbalken
auf Trägern von Stahlbrücken, mit mindestens einem den Brückenbalken am Träger befestigenden
Bolzen.
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Bei Gleisanlagen werden die Schienen von sogenannten Schwellen getragen,
die in bekannter Weise aus Holz, Kunststoff, Beton oder Stahl bestehen. Beim Einsatz
auf Stahlbrücken werden diese Schwellen in der Fachwelt als Brückenbalken bezeichnet.
Im folgenden wird daher ausschließlich der Begriff Brückenbalken verwendet.
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Die von rollenden Schienenfahrzeugen-ausgeübten Vertikal-, Horizontal-
und Schienenlängskräfte müssen über die Schienen und Befestigungsteile in die Brückenbalken
und über diese in die Träger der Brücke eingeleitet werden. Je kraftschlüssiger
die Verbindungen zwischen Schiene und Schwelle sowie Schwelle und Stahlbr.ückentraer
sind, desto gleichmäßiger werden die auf tretenden Kräfte übertragen und desto geringer
werden die obere Schwellendeckfläche (Rippenplattenauflager) und die auf dem Brückenträger
aufliegende untere Schwellendeckfläche beansprucht.
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In bezug auf die Vertikalkräfte müssen dabei nicht nur die aus dem
Gewicht der Schienenfahrzeuge resultierenden, nach unten aerichteten Schienendurchbiegekräfte,
sondern auch die sogenannten AbbebekrE£te aus der Schiene bericksidict werden, die
das sogenannte "Pumpen" der Schwellen hervorrufen. Nach neuesten Forschungsberichten
können diese Abhebekräfte aufgrund der Durchbiegung der Schiene zwischen zwei Brückenbalken
in den benachbarten Brückenbalken bis zu 4 kN betragen. Aufgrund des Wechsels zwischen
den nach unten gerichteten Druckkräften und den nach oben gerichteten Abhebekräften
entstehen über zwei bis drei Brückenbalken hinweg sogenannte "Abhebewellen", die
das erwähnte "Pumpen" der Brückenbalken erzeugen. Insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten
der Schienenfahrzeuge erfolgt das Anheben und Absenken der Brückenbalken schlagartig
in schnellem Wechsel, wodurch die starre Verbindung zwischen den Brückenbalken und
ihren Trägern nach kurzer Gebrauchsdauer lose wird und die nachfolgenden Probleme
entstehen. Die lose Verbindung Brückenbalken - Träger bedeutet nicht nur einen erhöhten
Verschleiß der unteren Schwellendeckfläche, sondern infolge der erhöhten Relativbewegungen
der Einzelteile wird indirekt auch die obere Schwellendeckfläche (Rippenplattenauflager)
stärker beansprucht.
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Die Befestigung der Brückenbalken auf den Trägern erfolgt bei Brücken
mit geringer Belastung durch n-genannte Schwellenschrauben, die neben den Brückenträgern
senkrecht von unten in die Brückenbalken soweit eingedreht werden, bis die Schraubenköpfe
an dem Träger bzw. dessen Gurt anliegen.
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Bei mittlerer oder starker Belastung werden auf die Oberseite der
Brückenträger Winkeleisen derart aufgeschweißt, daß die Brückenbalken mit ihren
in Schienenlängsrichtung vorderen oder hinteren Seitenflächen an dem vertikal hochstehenden
Schenkel der Winkeleisen anliegen. Die Verbindung zwischen den Winkeleisen und dem
Brückenbalken erfolgt durch eine Verschraubung, deren Bolzen sich durch eine horizontale
Bohrung im Brückenbalken und eine Langlochbohrung im senkrechten Schenkel des Winkeleisens
hindurchers treckt.
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Beide beschriehene starre Befestiguisarten haben den Nachteil,. daß
sich die Verspannung der Befestigungsmittel infolge des oben geschilderten Wechsels
zwischen nach unten gerichteten- Druckkräften und nach oben gerichteten Abhebekräften
löst und somit nach kurzer Gebrauchsdauer die erforderliche kraftschlüssige Verbindung
zwischen den Brückenbalken und den Trägern nicht mehr gegeben ist. Die Folge sind
die oben erwähnten Pumperscheinungen der Brückenbalken, deren Auflagefläche auf
den Trägern in zunehmendem Maße, insbesondere bei Holzschwellen, mechanisch verschleißt
und auch die Beanspruchung der oberen Schwellendeckfläche (Rippenplattenauflager)
negativ beeinflußt.
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Dadurch wird die genaue Gleislage verändert, so daß kostenaufwendige
Unterhaltungsarbeiten notwendig werden und nicht zuletzt ein vorzeitiaei .ausbau
er Brückenbalken unverr.eic'bar ist.
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Zwar kann durch ein Nachspannen der Befestigungsmittel die Verbindung
zwischen den Brückenbalken und den Trägern wieder verbessert werden. Ein derartiges
Nachspannen ist jedoch sehr aufwendig und bringt darüber hinaus nur kurzzeitig einen
gewisser Erfolg, da sich die starren Befestigungsmittel aufgrund der oben beschriebenen
Erscheinungen erneut lösen und sich somit in die Brückenbalken einarbeiten. Die
notwendige dauerhafte Verspannung in vertikaler Richtung kann durch die horizontale
starre Verschraubung nicht erreicht werden.
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Das Nachlassen der festen Verbindung zwischen den Brückenbalken und
den Trägern führt darüber hinaus zu einer Erhöhung der Geräuschentwicklung, da das
sogenannte "Pumpen", also das Anheben undAbsenken- der Brückenbalken bei höheren
Geschwindigkeiten der Schienenfahrzeuge in schneller Folge schlagartig erfolgt.
Dies führt insbesondere bei Brückenkonstruktionen mit Kastenträgern zu einer für
die Umwelt unzumutbaren Geräuschbelästigung.
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Probleme bereitet bei diesen starren Befestigungsarten auch die gegenüber
dem an die Brücke anschließenden Schotterbett unterschiedliche Biegelinie der Schienen.
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Probleme bereitet ferner der.
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Feuchtigkeitsstau im Auflagebereich zwischen den Brückenbalken und
den Trägern, der besonders bei nicht kraftschlüssiger Brückenbalkenbefestigung verstärkt
auftritt und besonders bei Holzbrückenbalken den mechanischen Verschleiß unterstützt.
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Bei einer weiteren bekannten Befestigung, der sogenannten längsbeweglichen
Brtickenbalkenlagerung, liegen die Brückenbalken im Bereich jedes Kreuzungspunktes
mit den Brückenträgern in sogenannten Schwellenschuhen, die mit den Brückenbalken
über Schraubenbolzen in horizontaler Richtung verschraubt sind. Der Schwellenschuh
liegt bei derartigen Konstruktionen auf einer Zentrierleiste auf, die auf dem
Brückeger
aufcaeschweißt ist. Auch bei dieser bekannten Befestigung t ein mechanischer Verschleiß
der Unterseite der Brückenbalken im Bereich des Schwellenschuhes und des Schwellenschuhes
selbst dauerhaft nicht zu vermeiden. Auch ist die Konstruktion sehr aufwendig und
deshalb teuer.
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Darüber hinaus ist ein Umrüsten einer Brücke auf eine längsbewegliche
Brückenbalkenlagerung sehr kostspielig und nicht immer durchführhar.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine technisch einfach
aufgebaute und deshalb billig herzustellende neuartige spannungshaltende Befestigung
für Brückenbalken auf Trägern von Stahlbrücken zu schaffen, die sicherstellt, daß
die Fahrgeräusche möglichst weitgehend gedämpft werden, eine der Biegelinie der
Schiene im Schottergleis vergleichbare Biegelinie erreicht wird und die Brückenbalken
im Bereich der Auflage weitgehend gegen Zerstörung geschützt werden.
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Diese Aufgabe wird bei einer Befestigung der eingangs genannten Art
erfindungsaemäß dadurch gelöst, daß an dem Brückenbalken eine Balkenträgerplatte
befestigt ist, die mittels mindestens einer Federanordnung auf eine elastische Schicht
gespannt ist, die zwischen der BalkentrGgerplatte und dem Träger der Stahlbrücke
angeordnet ist.
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Durch die erfindungsgemäßen Merkmale ist eine Befestigung für Brückenbalken
auf Trägern von Stahlbrücken geschaffen, mit der unter Beibehaltung der Biegelinie
der Schienen wie im anschließenden Schotterbett bei weitgehender Schonung der Brückenbalken
im Bereich der Auf lager eine hervorragende Dämpfung der Fahrgeräusche erzielt wird.
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Zwar ist es zur Dämpfung der Fahrgeräusche bereits bekannt, zwischen
den Brückenbalken und den Trägern von Stahlbrücken eine elastische Schicht einzusetzen
(vgl. DE-OS 29 26 658). Bei derartigen Konstruktionen liegt jedoch jedes Brückenbalkenende
unter Zwischenlage der elastischen Schicht in einem nach oben und zur Brückenbalkenmitte
hin offenen Stahltrog, der auf den Trägern der Stahlbrücke befestigt ist. Ein derartiger
Stahltrog ist jedoch technisch sehr aufwendig und deshalb teuer.Auch muß das Abheben
der Brückenbalken von der elastischen Schicht im Stahltrog durch zusätzliche niederhaltende
steife Übergreifer am Stahltrog vermieden werden, die diese bekannte Konstruktion
weiter komplizieren, wobei auch die Schwellen beim Abheben durch Anschlag an die
Übergreifer beschädigt werden können. Auch arbeiten sich diese übergreifer aufgrund
der hohen Flächenpressung nach kurzer Betriebszeit in die Brückenbalken-Deckfläche
ein.
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Aufgrund des erfindungsgemäßen Einsatzes einer Federanordnung ist
zwischen den Balkenträgerplatten und den Trägern der Stahlbrücken eine dauernd elastische
kraftschlüssige Befestigung geschaffen.
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Versuche haben gezeigt, daß durch diese dauernd kraftschlüssige elastische
Verspannung die für hochbelastete und schnell befahrene Gleise notwendige feste
Verbindung zwischen den Brückenbalken und den Trägern der Stahlbrücken sicher gehrlcistct
ist.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Befestigung
sind die Balkenträgerplatten jeweils an der Unterseite der Bruckenbalken angeordnet
und mit diesen über mindestens einen Bolzen verbunden.
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Bei einer besonders zweckmäßigen Version dieser Art sind etwa in der
Mitte der Balkenträgerplatte zwei Bolzen in Schienen längsrichtung im Abstand neteneinander
in vertikaler Ausrichtuiig angeordnet. Diese beiden Bolzen sind jeweils mit ihrem
einen Ende mit der Balkenträgerplatte fest verbunden und ragen durch vertikale Bohrungen
in den Brückenbalken hindurch. Die Bolzen tragen an ihrem freien Ende ein Außengewinde
für Spannmuttern, mit denen der Brücciibalken auf die Balkenträgerplatte gepreßt
wird. Eine derartige Ausgestaltung ist technisch robust und kostengünstig herstellbar.
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Eine weitere vorzugsweise Ausführung ist, die Bolzen auch durch zu
Lang löchern erweiterten Durchgangslöchern der auf dem Brückenbalken liegenden Schienenunterlagsplatte
zu erstrecken und diese mit den Spannmuttern unter Beifügung von hochspannenden
Federringen kraftschlüssig auf dem Brückenbalken zu pressen und somit eine ununterbrochene
Kraftschlüssigkeit zwischen Schiene und Stahlträger der Brücke zu schaffen. Zweckmäßig
ist es bei einer derartigen Ausgestaltung, daß zur Abstützung der Brückenbalken
in Schienenlängsrichtung auf der Balkenträgerplatte vor und hinter dem Balken Winkeleisen
oder Balkenführungsbleche angehracht sind.
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Bei einer vereinfachten Ausführungsform der Erfindung ist auf der
Balkenträgerplatte jeweils vor und hinter dem Brükkenbalken eine Winkelplatte festgeschweißt.
Jede Winkelplatte besitzt in ihrem vertikalen Schenkel eine Bohrung, die mit der
Bohrung der anderen Winkelplatte sowie einer waagrechten Bohrung in dem Brückenbalken
fluchtet. Zur Befestigung des Brückenbalkens an der Balkenträgerplatte erstreckt
sich der Bolzen bei diesem Ausführungsbeispiel durch die drei miteinander fluchtenden
Bohrungen hindurch.
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Um mit der Federanordnung auf die Balkenträgerplatte 2 inwirken zu
können, ist es zweckmäßig, daß diese in Schienenlängsrichtung gesehen jeweils mit
einem Abschnitt über die Vorder- und die Rückseite des Brückenbalkens hinausragt.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die Federanordnung
jeweils aus zwei elastischen Spannklemmen bekannter Bauart (DE-PS 1 261 151), die
sich auf den die Balkenbreite überragenden Abschnitten der Balkenträgerplatten abstützen.
Bei dieser Ausführungsform stützen die vom Brückenbalken abgewandten Teilabschnitte
der Spannklemme sich in jeweils auf dem Träger befestigten seitlichen Führungsplatten
ab.
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Diese Führungsplatten dienen bei diesem Ausführungsbeispiel zur Festlegung
der Lage des Brückenbalkens in Schienenlängsrichtung und zur Aufnahme der in dieser
Richtung wirkenden Kräfte.
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Bei Stahlbrücken ist es zweckmäßig, daß die seitlichen Führungsplatten
mit dem Träger oder einer auf diesem befestigten Zwischenplatte fest verbunden ist.
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Vorteilhaft ist es, daß die seitlichen Führungsplatten jeweils zwei
Ansätze aufweisen, die die Balkentraaerplatten in Schienenquerrichtung auf einander
entgegengesetzten Seiten umgreifen. Dadurch wird durch die seitlichen Führungsplatten
die Lage der Brückenbalken nicht nur in Schienenlä.ngsrichtung, sondern auch in
Schienenguerrichtung fixiert und in dieser Richtung wirkende Kräfte aufgenommen.
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Die elastische Schicht zwischen der Balkenträgerpiatte und dem Träger
der Stahlbrücke kann aus den verschiedensten Materialien hera.estellt sein. Zweckmäßig
ist es, daß die elastische Schicht aus Gummi, Polyurethan, Korkgummi oder einem
anderen elastischen Werkstoff besteht, sofern diese Stoffe durch besondere Bearbeitunqsformen
hochelastisch ausgebildet werden können.
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Im folgenden ist zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verstadis
ein Ausßtührungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
näher beschrieben.
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Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Befestigung in einer Seitenansicht,
Fig. 2 zeigt die Befestigung gemäß Fig. 1 in einer Vorderansicht, und Fig. 3 zeigt
die Befestigung gemäß den Fig. 1 und 2 in einer Draufsicht.
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Die in den Figuren dargestellte Befestigung für einen Brückenbalken
1 auf einem Träger 2 einer Stahlbrücke umfaßt eine Balkenträgerplatte 3, die unter
Zwischenlage einer elastischen Schicht 4 auf der Oberseite des Trägers 2 angeordnet
ist.
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Die Balkenträgerplatte 3 besitzt etwa in ihrer Mitte zwei Bohrungen,
in die vertikal ausgerichtete Bolzen 5 im Abstand nebeneinander eingeschoben sind.
Die Bolzen 5 sind mit der Balkenträgerplatte 3 über Schweißnähte 6 verbunden.
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Die Bolzen 5 ragen durch vertikale Bohrungen 7 im Brückenbalken 1
hindurch und sind an ihrem oberen Ende mit einem Außengewinde ausgestattet, auf
das unter Zwischenschaltung von hoch spannenden Federringen 1 7 Spannmuttern 8 spurgemdß
aufgeschraubt sind.
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Wie aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht, ragen die Bolzen 5 im Bereich
ihres oberen Endes durch eine Schienenunterlagplatte 9 hindurch, auf der mittels
Spannklemmen 10 eine Schiene 11 in üblicher Weise befestigt ist. Die Bolzen 5
ersetzen
somit im vorliegenden Ausführungsbeispiel auf der Schienenaußenseite die zur Befestigung
der Schienenunterlagplatte 9 auf dem Brückenbalken 1 notwendigen Schwellenschrauben
12.
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Wie insbesondere aus Fig. 1 hervorgeht, ragt die Balkenträgerplatte
3 mit Abschnitten 3a über die Vorder- und die Rückseite des Brückenbalkens 1 hinaus.
Auf diesen Abschnitten 3a sind Anschlagflächen 13 in Form von Winkeleisen festgeschweißt.
Auf dem horizontalen Schenkel der Winkeleisen 13 ruhen Spannklemmen 14 auf, die
in seitlichen Führungsplatten 15 mit ihren Teilabschnitten 14a eingespannt sind.
Die seitlichen Führungsplatten sind auf dem Träger 2 der Stahlbrücke festgeschweißt.
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In Längsrichtung der Schienen 11 wirkende Kräfte beim Fahrbetrieb
werden somit über die Rippenplatte 9 und die Bolzen 5 in den Brückenbalken 1 eingeleitet.
Der Brückenbalken 1 wiederum stützt sich über die Bolzen 5 und die Winkeleisen 13
auf der Balkenträgerplatte 3 ab, welche die Kräfte über die elastische Zwischenschicht
4 und die seitlichen Führungsplatten 15 in den Träger 2 der Stahlbrücke einleiten.
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Wie aus Fig. 3 hervorgeht, sind die seitlichen Führungsplatten 15
mit Ansätzen 16 ausgestattet, welche die Balkentragerplatte 3 in Sehienenquerriehtung
auf einander entgegengesetzten Seiten umgreifen. Auf diese Weise können durch die
auf dem Träger festgeschweißten seitlichen Führungsplatten 15 über die Ansätze 16
auch quer zur Schienenlangsrichtung eingeleitete Kräfte abgetragen werden.
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Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Befestigung ist deren öhenverstellbarkeit.