DE3832505A1 - Eisenbahnschwelle aus spannbeton (kennwort: gelenkschwelle) - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Eisenbahnschwelle aus Spannbeton gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eisenbahnschwellen mit einer mehr oder weniger ausgeprägten Einschnürung des Mittelteils sind vor allem bei Ausführung in Stahlbeton in großer Zahl bekannt. Der Vorteil einer solchen Form des Schwellenkörpers liegt vor allem darin, daß durch geeignete Formgebung die stützenden Auflagerkräfte der Schotterbettung auf den Bereich um die Schienenachse konzentriert werden. Hieraus ergibt sich eine Verringerung der Biegemomente, insbesondere in dem schlankeren Mittelteil der Schwelle, die zu einem geringeren Bewehrungsbedarf und damit zu einer größeren Wirtschaftlichkeit führt. Nachteilig sind die durch die Einschnürung bedingte aufwendigere Herstellung der Bewehrung und die Bildung von Rissen im Schwellenkörper unter schwingender Belastung, wodurch die praktische Bedeutung derartiger Schwellen stark gemindert wurde.

Bei Spannbetonschwellen hat der Schwellenkörper meist prismatische Form. Die im Vergleich zu einem Schwellenkörper mit mittiger Einschnürung höheren Biegemomente werden dabei zu Gunsten einer einfachen geradlinigen Führung der Spannbewehrung in Kauf genommen. Eine ausgeprägte Querschnittsverringerung im Mittelteil des Schwellenkörpers ist bei Spannbetonschwellen nicht möglich, da die Lage der einzelnen Spannelemente durch die notwendige gleichmäßige Verteilung der Endverankerungen über die Querschnittsflächen der Schwellenenden von vornherein festgelegt ist.

Neben derartigen sogenannten Monoblockschwellen, bei denen der Schwellenkörper aus einem Stück besteht, gibt es auch Schwellen aus Stahlbeton oder Spannbeton, bei denen die Auflagerkörper im schlankeren Mittelteil voneinander oder das schlankere Mittelteil von den beiden Auflagerkörpern durch Querfugen getrennt ist, in denen zwar längsverlaufende Druckkräfte, aber keine Biegemomente übertragen werden können. Der Vorteil einer solchen mehrteiligen, durch Gelenke verbundenen Schwelle liegt darin, daß die Beanspruchung der einzelnen Teile abnimmt und eine unerwünschte Rißbildung des Betons weitgehend vermieden wird.

Bei einer bekannten Schwelle dieser Art ist nicht nur das schlankere Mittelteil von den beiden Auflagerkörpern, sondern sind auch die Auflagerkörper selbst unterhalb der Schienenauflager durch Querfugen getrennt, in denen als kraftübertragende Elemente Zwischenlagen aus elastischem Material, wie Kautschuk, Kunststoff oder dergleichen angeordnet sind (DE-AS 10 96 396). Diese Zwischenlagen werden von der Bewehrung durchsetzt, mittels deren die Schwellenteile, wie auch die Gelenkfugen selbst unter eine Druckvorspannung gesetzt werden können.

Bei dieser bekannten Schwelle sind diese Zwischenlagen über die gesamte Fläche gleichmäßig dick. Da die Zwischenlagen je nach der Steifigkeit des Materials zusammengedrückt werden, hat dies zur Folge, daß die Vorspannung im Fugenbereich erheblich absinken kann. Weiterhin wird das Material bei Gelenkverdrehungen nur an den Rändern hoch beansprucht, im mittleren Bereich jedoch nicht ausgenutzt. Schließlich verringern die Kosten der Gelenkteile aus hochwertigem Material zusätzlich die Wirtschaftlichkeit dieses Schwellentyps.

Bei größeren, unvorhergesehenen Gelenkverdrehungen können sich solche Gelenkfugen auch öffnen, so daß die Bewehrungselemente von Korrosion bedroht sind. Ein Schutz der Bewehrungselemente durch Verzinken oder Aufbringen von Anstrichen ist aufwendig und demgemäß teuer. Als nachteilig wird auch angesehen, daß die Bewehrungselemente zusätzlich hohe Wechselspannungen aus der Verkehrsbelastung aufnehmen müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung der vorteilhaften statischen Eigenschaften dieses Schwellentyps eine Möglichkeit zu schaffen, um die Tragfähigkeit der Zwischenlage über die gesamte Fläche gleichmäßig zu nutzen und den Materialaufwand zu verringern. Eine weitere Aufgabe besteht darin, die Bewehrungselemente ohne zusätzliche Aufwendungen dauerhaft gegen Korrosion zu schützen und die hohen Wechselspannungen in den Bewehrungselementen bei unplanmäßigem Öffnen der Gelenkfuge abzumindern.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Vorteil der Erfindung wird zunächst darin gesehen, daß durch den Einsatz einer Gelenkplatte, deren Dicke in dem am stärksten belasteten Bereich um die Spannelemente herum verringert ist, der Materialaufwand gesenkt sowie die elastische und plastische Zusammendrückung der Gelenkplatte verringert werden, so daß auch im Gelenkbereich die Vorspannung erhalten bleibt. Außerdem gelingt es hierdurch, die Beanspruchung des Materials an den Rändern und im mittleren Bereich der Gelenkplatte in etwa gleich zu halten, so daß das Material besser ausgenutzt wird.

Durch die die Spannelemente im Bereich der Gelenkfuge umgebenden rohrförmigen Hülsen aus Kunststoff werden diese zuverlässig gegen aggressive Flüssigkeiten oder Gase geschützt, die bei einem unplanmäßigen Öffnen der Gelenkfuge bis zur Querschnittsmitte eindringen könnten. Durch Verwendung eines stark verformbaren Kunststoffs für die rohrförmigen Hülsen kann im Bereich der Hülsen kein Verbund zwischen den Spannelementen und dem Schwellenkörper entstehen, so daß sich die Spannelemente im Bereich der Hülse ungehindert verformen können. Die bei großer Gelenkverdrehung in den Spannelementen auftretenden Verformungen und Spannungen werden dadurch über eine größere Länge verteilt, so daß die Spannungen in den Bereich zulässiger Werte absinken.

Zweckmäßig für die Handhabung dieser Teile vor allem beim Einbau in eine Schalungsform bei der Herstellung der Schwelle ist es, wenn die Hülsen mit der Gelenkplatte zu einem Form- und Einbauteil verbunden sind; dies kann durch eine Klemmverbindung insbesondere mit einer Rastung, besonders vorteilhaft aber durch eine monolithische Verbindung durch gleichzeitige Herstellung geschehen. Um ein einteiliges Formteil nicht auf die schon zuvor eingebauten Spannelemente auffädeln zu müssen, sondern es auch nach deren Verlegen z.B. auf einem langen Spannbett noch einbauen zu können, kann es durch eine horizontale, durch die Hülsen verlaufende Fuge in zwei Teile unterteilt werden.

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

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Seitenansicht einer Spannbetonschwelle mit einer in der Mittelachse angeordneten Gelenkfuge,

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf die Schwelle,

Fig. 3 eine Ansicht eines Schwellenendes entlang der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 einen Querschnitt in Schwellenmitte entlang der Linie IV-IV in Fig. 2,

Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung der Gelenkfuge in der Schwellenmittelachse und

Fig. 6 einen Querschnitt entlang der Linie VI-VI in Fig. 5 unter Weglassung des Betons.

In den Fig. 1 bis 4 ist in mehr schematischer Darstellung eine Ausführungsform für die Gestaltung des Schwellenkörpers und die Führung der Spannbewehrung dargestellt. Der Schwellenkörper 1 besteht aus zwei vergleichsweise breiten seitlichen Auflagerkörpern 2, 2′, welche die - der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellte - Schienenbefestigung tragen, und einem Mittelteil 3 mit niedrigem breitem Querschnitt. Der Schwellenkörper 1 ist in der Mittelachse M in einer Gelenkfuge 4 unterteilt. Zwischen den Fugenflächen der dadurch entstandenen Teile des Schwellenkörpers 1 ist eine Gelenkplatte 5 aus einem Kunststoff entsprechender Festigkeit angeordnet.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Schwelle handelt es sich um eine Schwelle mit Mittelgelenk. In analoger Weise können auch Schwellen mit zwei oder mehr Gelenken ausgebildet werden.

Der Schwellenkörper 1 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel mit Spannelementen 6 bewehrt, die über den größten Teil ihrer Länge gerade verlaufen und im Bereich der Mittelachse M in einer horizontalen Ebene H-H zusammengeführt sind (Fig. 4). Die Spannelemente 6 bestehen im Falle der Vorspannung mit sofortigem Verbund aus den üblichen Drähten, Stäben oder Litzen aus Stahl. Bei Vorspannung mit nachträglichem Verbund werden in die Schalungsformen zunächst die Spannkanäle erzeugende Matrizen eingebaut, die nach dem Betonieren gezogen werden. Nach dem Erhärten des Betons werden in die Spannkanäle die endgültigen Spannelemente eingesetzt.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der letztere Fall gezeigt. Jeweils zwei der Spannelemente 6 a und 6 b bzw. 6 c und 6 d sind an einem Ende durch ein gekrümmtes Teil 7 miteinander zu jeweils einem haarnadelförmigen Bewehrungselement verbunden. An den gegenüberliegenden Enden sind die Spannelemente in an sich bekannter Weise durch Verankerungskörper 8 spannbar verankert.

Für die Erfindung wesentlich ist, daß die Spannelemente 6 a bis 6 d im Bereich der Gelenkfuge 4 in einer horizontalen Ebene verlaufen. Im übrigen ist die Führung und Verankerung der Spannelemente unter Beachtung der konstruktiven Möglichkeiten beliebig.

Die Ausbildung der Gelenkfuge selbst ist in den Fig. 5 und 6 näher dargestellt. Die als Fugeneinlage in der Gelenkfuge 4 angeordnete Gelenkplatte 5 ist in ihrem äußeren Umriß dem Mittelquerschnitt der Schwelle angepaßt. Sie besitzt einen inneren, ebenfalls der Schwellenform und der Anordnung der Spannelemente folgenden, in der dargestellten Ausführungsform in der Ansicht trapezförmigen Bereich 10 mit konstanter Dicke. Zu den Rändern 11 der Gelenkplatte 5 hin nimmt ihre Dicke linear zu, so daß an den Rändern 11 umlaufend die gleiche Dicke vorhanden ist. Abhängig von den statischen Bedingungen und den Materialeigenschaften ist auch eine nichtlineare Veränderung der Plattendicke vorstellbar.

Die die Gelenkfuge 4 bildenden Teile der Schwelle haben eine der Kontur der Gelenkplatte 5 entsprechende Gestalt der Stirnflächen, so daß eine vollflächige Kraftübertragung gewährleistet ist. Diese Gestalt wird am einfachsten dadurch erreicht, daß die Gelenkplatte bereits beim Herstellen der Schwelle in die Schalungsform eingelegt wird.

Im Bereich der Gelenkfuge 4 sind die Spannelemente 6 von rohrförmigen Hülsen 12 aus Kunststoff umgeben. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind diese Hülsen 12 mit der Gelenkplatte 5 monolithisch zu einem einstückigen Formteil 9 verbunden, das kostengünstig hergestellt und auf einfache Weise eingebaut werden kann.

Der Innendurchmesser der Hülsen 12 wird so gewählt, daß die Spannelemente 6 vor dem Betonieren des Schwellenkörpers 1 durch die Hülsen 12 geführt werden können. Ein etwa später zwischen Hülse 12 und Spannelement 6 eindringender Beton, ja sogar ein zur Herstellung eines nachträglichen Verbundes injizierter Zementmörtel ist technisch ohne Bedeutung, da der stark verformbare Werkstoff der Hülsen 12 einen in diesem Bereich unerwünschten Verbund verhindert.

Die Hülsen 12 besitzen eine zur Hülsenmitte bzw. zu der Gelenkplatte 5 hin zunehmende Wanddicke. Zur Verankerung der Hülsen 12 im Beton sind an deren Enden umlaufende, ringförmige Verdickungen 13 vorgesehen, die zugleich auch das Vordringen von aggressiven Flüssigkeiten und Gasen behindern. Die zunehmende Wanddicke dient einerseits dazu, ein Gleiten der Hülse 12 im Beton zu erleichtern; bei einem Öffnen der Gelenkfuge werden die Hülsen 12 axial aus dem Beton herausgezogen und nur durch die Verdickungen 13 an ihren Enden darin gehalten. Andererseits wird hierdurch der bei einer Gelenkverdrehung auftretende Drehwinkel über die gesamte Länge der Hülse 12 als Krümmung der Spannelemente 6 verteilt. Eine solche Krümmung kann sich leichter einstellen, wenn das Material der Hülsen 12 sich im mittleren Bereich wegen der größeren Wanddicke stärker verformt. Die Wand der Hülsen 12 dient insoweit als Bettung für die Umlenkkräfte der Spannelemente 6. Je dicker die Wand ist, die man sich als federnde Unterlage vorstellen kann, desto größer ist auch die Zusammendrückung der Wand der Hülse rechtwinklig zu ihrer Achse.

Fig. 6 zeigt eine Ansicht des Formteils 9 mit der Gelenkplatte 5 mit dem üblichen trapezförmigen Umriß, der sich aufgrund des Herstellungsverfahrens der Schwelle ergibt, und den Hülsen 12. Die Spannelemente 6 liegen in der horizontalen Schwerpunktachse der Gelenkplatte 5 und somit auch des Gelenks, um die Verformungen der Spannelemente 6 möglichst gering zu halten. Aus Gründen der Bewehrungsführung sind die Spannelemente 6 in Zweiergruppen zusammengefaßt. Abhängig von den technischen Erfordernissen sind aber auch gleichmäßig über die Schwerpunktachse verteilte Spannelemente 6 ausführbar.

In Fig. 6 ist weiterhin noch dargestellt, wie die Gelenkplatte 10 mit den Hülsen 12 durch eine horizontalverlaufende, die Hülsen axial teilende Fuge 14 in zwei Einbauteile 9′, 9′′ zerlegt werden kann. Damit wird es möglich, bei der Herstellung der Schwelle zunächst die Spannelemente 6 in die Schwellenform einzubauen, gegebenenfalls auch vorzuspannen und nachträglich das Formteil 9 in zwei Teilen 9′, 9′′ um die Spannelemente 6 herum zu montieren.

Claims (9)

1. Eisenbahnschwelle aus Spannbeton mit einem Schwellenkörper aus zwei die Schienenbefestigungen tragenden Auflagerkörpern und einem, einen geringeren Querschnitt aufweisenden Mittelteil und mit einer Bewehrung aus Spannelementen, wie Stahlstäben, -drähten und -litzen, deren Enden im wesentlichen gleichmäßig über die Querschnittsfläche der Schwellenenden verteilt sind, wobei im Bereich des Mittelteils mindestens eine ein Gelenk bildende Fuge vorgesehen ist, in der mindestens eine kraftübertragende und mit Durchbrechungen zum Hindurchführen der Spannelemente versehene Zwischenlage aus elastischem Material, z.B. Kunststoff, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlage als vorgefertigte, sich im wesentlichen über die gesamte Querschnittsfläche der Schwelle in der Gelenkfuge (4) erstreckende Gelenkplatte (5) ausgebildet ist, die an ihren Rändern (11) eine größere Dicke aufweist als in ihrem inneren Bereich (10), in dem sich die Durchbrechungen für die Hindurchführung der Spannelemente (6) befinden, und daß die mit der Gelenkplatte (5) in Wirkverbindung stehenden Fugenflächen der die Gelenkfuge (4) bildenden Schwellenteile zur vollflächigen Anlage an dieser eine der Kontur der Gelenkplatte (5) entsprechende Form aufweisen.

2. Eisenbahnschwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen in der horizontal verlaufenden Schwerachse der Gelenkplatte (5) angeordnet sind.

3. Eisenbahnschwelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannelemente (6) über jeweils einen beiderseits an die Gelenkfuge (4) angrenzenden Bereich von die Gelenkplatte (5) in den Durchbrechungen durchsetzenden rohrförmigen Hülsen (12) aus Kunststoff umgeben sind.

4. Eisenbahnschwelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (12) mittig zur Gelenkfuge (4) hin angeordnet sind.

5. Eisenbahnschwelle nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (12) eine zur Gelenkfuge (4) hin zunehmende Wanddicke aufweisen.

6. Eisenbahnschwelle nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (12) an den Enden mit ringförmigen Verdickungen (13) versehen sind.

7. Eisenbahnschwelle nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (12) mit der Gelenkplatte (5) klemmend verbindbar sind.

8. Eisenbahnschwelle nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (12) mit der Gelenkplatte (5) monolithisch verbunden sind und ein Formteil (9) bilden.

9. Eisenbahnschwelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil (9) durch eine querverlaufende, die Hülsen (12) axial teilende Fuge (14) in zwei Teile (9′, 9′′) unterteilt ist.