DE3710188A1

DE3710188A1 - Clamped superstructure

Info

Publication number: DE3710188A1
Application number: DE19873710188
Authority: DE
Inventors: Achim Wirth; Armin Wirth; Rainer Wirth
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-03-27
Filing date: 1987-03-27
Publication date: 1988-10-13

Abstract

The construction of the known "permanent way" superstructure forms is possible up to now only with the aid of elaborate construction methods. The dynamic loads on rails and vehicles as well as the environmental impact owing to structure-borne noise and airborne noise are very high in the case of these superstructure forms. The clamped superstructure for "permanent ways" is to make it possible to be able to mount superstructure constructions precisely by machine, without problems and in a very short time, and also to be able to correct, in a very short time and likewise mechanically and without problems, the track-position errors occurring in the event of ground subsidence. In the clamped superstructure, the sleeper (1) is resiliently bedded at the top and bottom, outside the supporting region of the rails (2), by shock-absorbing composite elements (3, 4) and is clamped or pre-clamped by means of a clamping-steel element (7) to the travel-way slab (6) via an anchor plate (5) located at the top, in such a way that the transverse-and longitudinal-displacement resistance owing to the thus actuated friction pressure is at least doubly ensured with respect to the maximum-occurring horizontal forces. This clamped superstructure is to a large extent environmentally friendly and permits higher traffic loads and high-speed travelling in mixed operation, while substantially reducing the dynamic loads for superstructure, substructure and vehicle. <IMAGE>

Description

Die Erfindung "Spannoberbau" bezieht sich auf einen Gleisober bau für schienengebundene Fahrzeuge, insbesondere Eisenbahnen mit durch Schienen und Querschwellen gebildeten Gleisrahmen, die auf einer Betonplatte kraftschlüssig mit einer bestimmten bzw. errechneten Vorspannkraft, jedoch elastisch verlegt sind.The invention "tensioning superstructure" relates to a track top construction for rail vehicles, especially railways with through Rails and cross sleepers formed track frames on a Concrete slab non-positively with a specific or calculated Preload force, but are laid elastically.

Mit den insbesondere bei den Eisenbahnen steigenden Fahrgeschwindigkeiten werden ständig höhere Anforderungen an die Sicherheit des Gleisoberbaus gestellt, die unter Berücksichtigung der darüberrollenden Betriebslast bis heute überwiegend über eine Verbesserung der Schienenbefestigung an den Querschwellen zu erreichen versucht wird. Die Belastungen der Schienen und damit die Schienenspannungen, vor allem die zulässigen Spannungen des Betriebsfestigkeitsnachweises, werden in kritischen Temperaturbereichen erheblich überschritten und entsprechen aufgrund der mit der Geschwindigkeitserhöhung progressiv steigenden Schienenbelastung nicht mehr den "Allgemein anerkannten Regeln der Technik". Unvermeidbare Zwangspunkte, wie Kreuzungen aller Art, unterschiedliche Bodensetzungen, Übergänge, Brücke-Damm, Weichenanschlüsse, Weichenverbindungen usw. tragen zusätzlich zu einer Erhöhung der Schienenspannungen und zur erhöhten Belastung des Oberbaues bei. Schienenbrüche in den ver schiedensten Formen, Ausbrüche an der Fahrkante der Schiene und erhöhte Riffelbildung sind die Folge. Überbeanspruchung des Schienenmaterials aus der Verkehrslast sind sehr häufig durch Ausbrüche in Form von Shelling zu beklagen.With the increasing driving speeds, especially in the railways are constantly increasing demands on the safety of the track superstructure provided, taking into account the operating load rolling over it until today mainly about an improvement of the rail fastening an attempt is made to reach the cross thresholds. The burdens of Rails and thus the rail voltages, especially the permissible ones Stresses in the operational strength check are critical Temperature ranges significantly exceeded and correspond due to the with the speed increase progressively increasing rail load no longer the "generally accepted rules of technology". Inevitable Compulsory points, such as intersections of all kinds, different types of soil, Crossings, bridge-dam, switch connections, switch connections etc. contribute to an increase in the rail tension and increased load on the superstructure. Rail breaks in the ver various forms, breakouts on the edge of the rail and increased The formation of corrugations is the result. Overuse of the rail material Traffic loads are very common due to outbreaks in the form of shelling complain.

Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, einen insbesondere für den Schnellverkehr und für höhere darüberrollende Betriebslasten geeigneten Gleisoberbau "Feste Fahrbahn" für schienengebundene Fahrzeuge, insbesondere Eisenbahnen, zur Verfügung zu stellen, der mit ver gleichsweise geringeren Errichtungs- und Unterhaltungskosten eine höhere Sicherheit ergibt.The invention is therefore based on the object, in particular for fast traffic and for higher operating loads rolling over it suitable track superstructure "slab track" for rail-bound vehicles, especially railways, to provide the ver equally lower construction and maintenance costs a higher one Security results.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Gleisoberbau der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß ein elastisch günstig wirkendes Verbundsytem aus Schienen, Querschwellen und Widerstandsträgern (aus Schienen, sog. Beischienen oder anderen Profilen) zusätzlich eine elastische Federwirkung erhält. Diese elastische Federwirkung wird einerseits dadurch erreicht, daß unter die Schwelle und auf die Schwelle elastische, stoßdämpfende Monoelemente oder besser Verbundelemente mit Zwischenlagen aus Stahl (wie z. B. gem. DIN 4141) oder aus hochfesten Kunststoffplatten und elastischen Federelementen, abwechelnd in sich fest verbunden, und dergleichen gelegt werden, die mit der Betonplatte und der Schwelle dazwischen mittels hochfesten Spannstählen (z. B. Gewi-Stahl) mit Schraubverbindung und Ankerplatten zusammengespannt werden, so daß sich die Schwelle bei Verkehrsbelastung elastisch nach unten und nach oben bewegen kann, wobei in jedem Fall die Spannkraft den Gleis verschiebewiderstand, sowohl längs als auch quer, durch den Sohl reibungswiderstand bei zweifacher Sicherheit garantiert. Hierbei kann zusätzlich die elastische Einfederung durch die Spannkraft des Spannstahles bei Berücksichtigung des elastischen Gesamtsystems einschließlich der Schienenfahrzeuge und des Untergrundes entsprechend gesteuert bzw. eingestellt werden; ist z. B. die Spannkraft größer als die statische Radlast, so werden auch die zusätzlichen erhöhten dynamischen Radlasten durch das Spannsystem gedämpft bzw. herausgefiltert und entsprechend abgefedert. This object is achieved according to the invention with a track superstructure mentioned type in that an elastically favorable acting Composite system consisting of rails, cross sleepers and resistance carriers (from Rails, so-called side rails or other profiles) additionally one receives elastic spring action. This elastic spring action will achieved on the one hand that under the threshold and on the threshold elastic, shock-absorbing mono elements or better composite elements with Intermediate layers made of steel (e.g. according to DIN 4141) or made of high-strength Plastic plates and elastic spring elements, alternating in themselves firmly connected, and the like can be placed with the concrete slab and the threshold in between using high-strength prestressing steel (e.g. Gewi steel) can be clamped together with screw connection and anchor plates, so that the threshold moves elastically downwards and downwards under traffic load can move above, in any case the tension force the track resistance to displacement, both lengthways and crossways, through the sole Guaranteed friction resistance with double security. Here can additionally the elastic deflection due to the tension of the Prestressing steel taking into account the overall elastic system including the rail vehicles and the surface accordingly be controlled or set; is z. B. the clamping force greater than that static wheel load, so are the additional increased dynamic Wheel loads damped or filtered out by the clamping system and cushioned accordingly.

Andererseits kann dieses elastische Verhalten der Schwelle auch über die mögliche Durchbiegung einer entsprechend dimensionierten Schwelle aus einem hierfür geeigneten Stahlprofil oder einem anderen elastischen Material erreicht werden. Hier gibt es die Möglichkeit über einen Einfeldträger, Zweifeldträger, Einfeldträger mit belasteten Kragarmen mittels Spannstählen und Zweifeldträger mit belasteten Kragarmen ebenfalls mittels Spannstählen die elastische Verbundwirkung des Gesamtsystems zu optimieren. Die Schwelle ist hierbei an allen Auflagerpunkten fest mit der Bodenplatte über Distanzplatten und gering elastische Zwischenlagen fest verankert, so daß jegliche Bewegungen und Verschiebungen außerhalb des elastischen Bereiches unterbunden werden.On the other hand, this elastic behavior of the threshold can also be controlled by the possible deflection of an appropriately dimensioned threshold a suitable steel profile or another elastic Material can be achieved. Here there is the possibility of one Single span beams, double span beams, single span beams with loaded cantilever arms using prestressing steel and two-span girders with loaded cantilever arms the elastic composite effect of the Optimize the entire system. The threshold is here at all Support points firmly with the base plate over spacer plates and low elastic intermediate layers firmly anchored so that any movements and Shifts outside the elastic range can be prevented.

Der Vorteil auch dieser Konstruktionen besteht vor allem darin, daß Hochgeschwindigkeitsfahrten unter Einhaltung der zulässigen Schienenspannungen und erforderlichen Sicherheiten möglich sind, aber auch darin, daß diese Konstruktionen ebenfalls problemlos und in kürzester Zeit exakt maschinell oder von Hand montiert werden können und aber auch bei eventuellen Bodensetzungen und den daraus sich einstellenden Gleislagefehlern die ursprüngliche Gleislage, ebenfalls in kürzester Zeit, wieder hergestellt werden kann. Aneinandergereihte Bodenplattenfertigteile können bei Fehlern im Fugenbereich ebenfalls problemlos und schnell wieder gerichtet werden. Bei diesem Baukastenverbundsystem ist es möglich, in kürzester Zeit und mit einem wesentlich geringen Kostenaufwand als dies bisher der Fall ist, Streckengleise zu bauen bzw. maschinell zu montieren und zu unterhalten.The main advantage of these constructions is that High-speed journeys in compliance with the permissible rail tensions and necessary collateral are possible, but also in that these constructions are also easy and exact in the shortest possible time can be assembled mechanically or by hand and also at possible settlements and the resulting ones Track position errors the original track position, also in the shortest Time to be restored. Lined up Prefabricated floor slabs can also be used if there are faults in the joint area can be straightened easily and quickly. With this Modular system, it is possible in a very short time and with one much lower cost than has been the case so far, To build track lines or to assemble and maintain them mechanically.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben. Es zeigtTwo embodiments of the invention are schematic in the drawing are shown and are described in more detail below. It shows

Fig. 1 einen Querschnitt eines Spannoberbaues - Gleisober bau "Feste Fahrbahn" - mit einer Stahlbetonschwelle im Längsschnitt, Fig. 1 shows a cross section of a clamping superstructure - railway track construction "slab track" - with a reinforced concrete threshold in longitudinal section;

Fig. 2 einen Teilausschnitt eines Längsschnittes eines Spannober baues - Gleisoberbau "Feste Fahrbahn" - mit einer Stahlbetonschwelle im Querschnitt, Fig. 2 is a partial section of a longitudinal section of a clamping shell construction - Track superstructure "slab track" - with a reinforced concrete sleeper in cross-section,

Fig. 3 wie Fig. 1, jedoch mit einer Stahlschwelle, Fig. 3 as in FIG. 1, but with a steel sleeper,

Fig. 4 wie Fig. 2, jedoch mit einer Stahlschwelle nach Fig. 3. FIG. 4 to FIG. 2, but with a steel sleeper according to FIG. 3.

Der in Fig. 1 und 2 im Querschnitt bzw. Längsschnitt gezeigte Spann oberbau - Gleisoberbau "Feste Fahrbahn" - zeigt die beiden Fahrschienen 1 und 2 eines Stammgleises, links und rechts daneben die Widerstandsträger aus den Schienenprofilen 3, 4, 5 und 6, die mittels nicht näher gezeigten Schienenbefestigungen an der Querschwelle 7 befestigt sind. Unter der Querschwelle liegen im Bereich der beiden Fahrschienen die elastischen, stoßdämpfenden Federelemente bzw. Zwischenlagen 8, die über zwei auf den äußeren Bereichen der Schwelle liegenden Mehrschicht-Federelementen bzw. Zwischenlagen 9 mittels Ankerplatten 10, Spannstählen 11, Ankermuttern 12 und Kontermuttern 13 mit der Fahrbahntafel 14 über einen Ankerkanal bzw. Ankerlöcher und Bohrungben 15 zusammengespannt sind. The clamping superstructure shown in Fig. 1 and 2 in cross section or longitudinal section - track superstructure "fixed carriageway" - shows the two rails 1 and 2 of a main track, left and right next to them the resistance beams from the rail profiles 3, 4, 5 and 6 , the are fastened to the cross sleeper 7 by means of rail fastenings, not shown. The elastic, shock-absorbing spring elements or intermediate layers 8 , which lie over two multilayer spring elements or intermediate layers 9 lying on the outer regions of the threshold, by means of anchor plates 10 , prestressing steel 11 , anchor nuts 12 and lock nuts 13 with the Roadway panel 14 are clamped together via an anchor channel or anchor holes and bores 15 .

Dieser Spannoberbau mit elastischem Verbundsystem kann dabei auch die in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigte alternative Ausbildung haben. Der Querschnitt zeigt - wie in Fig. 1 und 2 - die beiden Fahrschienen 16 und 17 eines Stammgleises, links und rechts daneben die Widerstandsträger - hier aus IPB-Profilen 18, 19, 20 und 21 -, die mit nicht näher gezeigten üblichen Schienenbefestigungen, jedoch an einer entsprechend auf elastische Durchbiegung dimensionierten Querschwelle 22 aus einem Stahlträgerprofil befestigt sind. Distanzbleche 23, soweit erforderlich, entsprechend elastische Zwischenlagen 24 - unter der Schwelle als Schwellenauflager dienend - und auf der Schwelle mit ebenfalls elastischen Zwischenlagen 24 liegende Ankerplatten 25 werden mit Spannstählen 26 und Ankerschrauben 27 über Federring 28 mit der Fahrbahntafel 30 über sechs Ankerkanäle bzw. Ankerbohrungen 29 in der Mitte der Schwelle und außen mit je 2 Ankern zusammengespannt.This chip superstructure with elastic composite system can also have the alternative configuration shown in Fig. 3 and Fig. 4. The cross-section shows - as in FIGS. 1 and 2 - the two tracks 16 and 17 of a main track, to the left and right next to them the resistance beams - here made of IPB profiles 18, 19, 20 and 21 - with the usual rail fastenings, not shown, however, are fastened to a crossbar 22 made of a steel girder section and appropriately dimensioned for elastic deflection. Spacer plates 23 , if necessary, correspondingly elastic intermediate layers 24 - serving as a sleeper support below the threshold - and anchor plates 25 lying on the threshold with likewise elastic intermediate layers 24 are made with prestressing steel 26 and anchor bolts 27 via spring washer 28 with the carriageway panel 30 via six anchor channels or anchor holes 29 clamped together in the middle of the threshold and outside with 2 anchors each.

Durch diese und ähnliche Gleisoberbauarten "Feste Fahrbahn", die ebenfalls auf dem Konstruktionsprinzip der elastischen Verbundwirkung mit entsprechend, je nach Erfordernis, dimensionierten elastischen, stoßdämpfenden Mono- oder Verbundelementen, die mit der Schwelle und der Fahrbahntafel mittels eines Spannstahles zusammengespannt werden, beruhen, stellen aufgrund ihrer optimalen elastischen Gesamtver bundwirkung für schienengebundene Fahrzeuge eine ideale Oberbauform der "Festen Fahrbahn" dar, die sehr hohen Belastungen standhält, das elastische Gesamtfeld berücksichtigt und deshalb für den Hochgeschwindigkeitsverkehr der Schnellfahrstrecken sehr geeignet ist.Through this and similar track types "Fixed carriageway", the also based on the construction principle of the elastic composite effect accordingly, depending on requirements, dimensioned elastic, shock-absorbing mono or composite elements with the threshold and the Lane is clamped together using a prestressing steel, are based on their optimal elastic total An effective superstructure for the rail effect for rail-bound vehicles "Slab track" that withstands very high loads, that elastic total field considered and therefore for the High-speed traffic of the high-speed routes is very suitable.

Dieser "Spannoberbau" kann in kürzester Zeit erstellt werden. Ein wesentlicher Vorteil liegt aber vor allem darin, daß dieser "Spannoberbau" in bezug auf die dynamische Belastung bzw. auf die jeweilige Höchstgeschwindigkeit, aber auch auf die jeweiligen Untergrundverhältnisse und deren unterschiedlichen Setzungen und auf die damit zu erwartenden Gleislagefehler in der Höhe abgestimmt und, wenn erforderlich, in kürzester Zeit auch wieder korrigiert werden kann. Wird die Schwelle der Fig. 1 und 2 beispielsweise auf die elastischen Verbundelemente mit einer erforderlichen Vorspannkraft von 125 KN je Seite gespannt bzw. gepreßt, so werden Schienenbelastungen von über 125 KN, also größer dieser Vorspannkraft, die aus der zusätzlichen dynamischen Belastung herrühren, herausgefiltert und zusätzlich entsprechend abgedämpft, soweit dies nicht durch die üblichen Zwischenlagen in einem kleinen Bereich entsprechend geschieht. Die Toleranzen der Durchmesser für die Spannkanäle können entsprechend groß sein, so daß horizontale Verschiebungskorrekturen von 1 cm oder bei entsprechender Ausbildung, z. B. Langlochkanäle in Schwellenlängsrichtung, sogar über mehrere Zentimeter möglich sind. Auch Höhenfehler können ebenso schnell in beliebiger Höhe durch Zwischenlagen aus Blechen, Betonplatten und auch durch schnell erhärtenden Kunststoffmörtel oder durch anderes geeignetes Material ausgeglichen werden. This "tensioning superstructure" can be created in a very short time. A major advantage lies in the fact that this "tensioning superstructure" is matched in terms of the dynamic load or the respective maximum speed, but also to the respective subsurface conditions and their different settlements and the expected track position errors in height and, if necessary, can be corrected again in the shortest possible time. If the threshold of FIGS. 1 and 2, for example, is tensioned or pressed onto the elastic composite elements with a required pretensioning force of 125 KN per side, then rail loads of over 125 KN, that is to say greater this pretensioning force, which result from the additional dynamic load, are filtered out and additionally dampened accordingly, unless this is done accordingly by the usual intermediate layers in a small area. The tolerances of the diameter for the clamping channels can be correspondingly large, so that horizontal displacement corrections of 1 cm or with the appropriate training, for. B. slot channels in the longitudinal direction of the threshold, even over several centimeters are possible. Height errors can also be compensated for at any height just as quickly by means of intermediate layers of sheet metal, concrete slabs and also by quickly hardening plastic mortar or by other suitable material.

Ein Verschieben der Schwelle ist bei entsprechend erforderlichem Anpreßdruck, bei dem die Verschiebewiderstände bei weitem höher liegen können als beim Schotteroberbau, auch unter hoher dynamischer Belastung, nicht mehr möglich. Reibflächenvorbereitung durch gleitfesten Anstrich oder durch Strahlen mit Strahlmitteln wie bei den hochfesten Schraubenverbindungen im Stahlbau sind auch beim Spannoberbau möglich, so daß die Seitenstabilität zur Aufnahme von hohen Seitenkräften optimal ausgestattet ist.Moving the threshold is necessary if necessary Contact pressure at which the displacement resistances are much higher than with ballast track, even under high dynamic loads, not possible anymore. Preparation of the friction surface by non-slip coating or by blasting with blasting media like the high-strength ones Bolted connections in steel construction are also possible with tensioned superstructure, so that the lateral stability is optimal for absorbing high lateral forces Is provided.

Durch die Beibehaltung des Schwellensystems und die daraus sich ergebenden sukzessiv engen Auflagerbereiche von 60 cm, sowie durch die optimal mechanisch einstellbaren elastischen Verbundfedersysteme, lassen sich Zwänge und somit Sprünge in der Dynamik hier völlig problemlos ausschalten. Eine dosiert harmonische Ausgewogenheit im Zusammenwirken Schienenfahrzeug und Oberbau wird durch diese Art der "Festen Fahrbahn" durch den "Spannoberbau" erreicht, was diesem Oberbau einen speziellen Vorzug für den Einbau auf Hochgeschwindigkeitsstrecken gibt. Selbstverständlich ist es auch möglich, allen Konstruktionselementen eine konstruktiv andere Ausbildung zu geben, um diese optimal problemlos einstellbare elastische Verbundwirkung zwischen den Schienen, Quer schwellen oder Platten und der Fahrbahntafel zu erhalten.By maintaining the threshold system and resulting from it resulting successively narrow support areas of 60 cm, as well as by the optimally mechanically adjustable elastic composite spring systems constraints and thus jumps in dynamics here without any problems turn off. A dosed harmonic balance in the interaction Rail vehicle and superstructure are achieved by the "tension superstructure", what this superstructure one special preference for installation on high-speed lines. Of course it is also possible to have one for all construction elements to give constructive other training in order to make this optimally problem-free adjustable elastic composite effect between the rails, crosswise swell or get slabs and the pavement panel.

Claims

1. Spannoberbau-Fixed carriageway (ballastless superstructure) with elastic composite system, characterized in that in the bearing area of the rails on the carriageway board (from in-situ concrete or precast concrete slab) under the threshold - that is, between the threshold and the carriageway panel - and on the threshold outside the Rails or on both sides of the rails or on both sides of the running and side rails or also in between, depending on the requirements, elastic, shock-absorbing mono-elements or composite elements, for example with solid multi-layer intermediate inserts alternately made of steel or high-strength plastic and elastic spring elements and the like in the required number and strength firmly connected in itself as a spring element, but in any case with the necessary and mutually coordinated elasticity or spring action, taking into account the respective elastic overall system including the rail vehicle and the ground, the traffic loads being mite in their dimensioning are to be included, are to be laid and these elements are clamped together by means of the maximum number of prestressing steels, anchor plates, spring washers, nuts and possibly lock nuts with the arithmetically required clamping force or the threshold with the carriageway panel (concrete slab) with an arithmetically determined compressive force delimits the permissible elastic range and the required transverse and longitudinal displacement resistance, is anchored, all of the above-mentioned structural elements of this so-called "clamping superstructure" being dimensioned according to static and dynamic requirements on the basis of the "generally recognized rules of technology".

2. Track superstructure-fixed carriageway according to claim 1, characterized records that under the area of the rails between the threshold and the pavement slab (made of in-situ concrete or precast concrete slabs) the elastic spring elements according to claim 1, a space in the required height is available, which in this area required elastic deflection of an elastic threshold Steel, concrete or other suitable material or even from one elastic plate made of steel, concrete or other suitable material guaranteed, the threshold or in the area of the rails Plate by appropriate preload of lateral cantilever arms or Neighboring fields with tension anchors one for elastic deflection can get required cant.