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Eisenbahnoberbau mit vereinigten Lang- und Querschwellen aus Stahlbeton
Für den Langschwellenoberbau aus vorgefertigten Betonteilen ist als Stand der Technik
die USA.-Patentschrift I 2S6 orr anzuführen. Nach dieser werden in der Länge zusammens.etzbare
Langschwellen aus bewehrtem Beton durch ebenfalls vorgefertigte, bewehrte quer liegende
Glieder aus Beton verbunden; diese Querglieder dienen nur als Querverband und -aussteifung,
während die Längsschwellen die Fahrschienen abstützen und von ihnen mittelbar belastet
werden.
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Durch die in der vorgenannten Patentschrift beschriebene Ausführung
wird jedoch kein für die Fahrzeugbelastung monolithisch wirkendes Gleis erreicht.
Es ergeben sich sowohl für die Fahrschiene als auch für die Stahlbeton-Schwellenkörper
viele Stoßstellen, deren ungünstige Auswirkungen auf den Fahrzeuglauf, das Gleis,
die Fahrzeuge usw. hinlänglich bekannt sind. Zudem werden mit der aus wirtschaftlichen
Gründen geforderten Einführung größerer Geschwindigkeiten die Schwierigkeiten durch
diese Stoßauswirkungen nur größer werden.
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Die vorliegende Erfindung erreicht praktisch die Ausschaltung der
Stöße und die wesentliche Herabsetzung der Gleisdurchbiegungen, indem folgende Voraussetzungen
geschaffen werden: r. Die Stoßstellen der Betonfertigteile haben den gleichen Tragquerschnitt,
die gleiche Ausführung und damit die gleichen elastischen Eigenschaften wie alle
übrigen parallelen Querschnitte der Betonfertigteile; sie sind in der Lage, die
auftretenden Biegemomente und Kräfte des praktisch unendlich
langen,
elastisch gebetteten Stabes aufzunehmen, und ergeben dadurch einen monolithischen
Unterbau für die durchgehend aufliegende Fahrschiene.
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Der Spannbetonkörper und die Fahrschiene werden durch biegesteifen
Verbund zu einem einheitlich wirkenden Tragkörper für die Fahrzeugbelastung, wodurch
eine Erhöhung der Biegesteifigkeit und damit bessere Lastverteilung auf das Schotterbett
erfolgt.
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3. Erhöhung der Biegesteifigkeit der Betonkörper durch Mitwirkung
der ansonst bei Stahlbetontragwerken auf Zug beanspruchten Zone mittels Vorspannung.
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Der Aufbau des aus der Zeichnung ersichtlichen Gleises geschieht an
Ort und Stelle aus leicht transportablen Fertigteilen cr und b, die im stationären
oder im Baustellenbetonwerk aus Beton bester Güte zur Einhaltung geringster Toleranzen
in festen Formen erzeugt werden und leicht für verschiedene Verwendungszwecke genormt
werden können. Die notwendigen geraden Bewehrungskanäle c erfordern keine verlorenen
Blechrohre und können mit Betonwandungen ausgeführt werden.
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Für das leichte und genaue Einbringen der Fahrschiene d ist eine stählerne
Führungsschiene e vorgesehen, durch die der biegungssteife Verbund zwischen Betonkörper
a und Fahrschiene d ermöglicht und die deshalb schon bei der Fertigteilherstellung
fest einbetoniert wird. Der biegesteife Verbund wird durch Dübelglieder erreicht
und gesichert, die die Übertragung der Schubkräfte in bester und zweckmäßiger Weise
ermöglichen.
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Die Fertigteile ca und b werden zur Bildung eines Trägers auf dem
entsprechend vorbereiteten und in der richtigen Höhenlage liegenden Schotterbett
j verlegt, und der mittig zu den Bewehrungskanälen c liegende Teil f der Stoßfuge
(Abb. 2) wird mit gutem Zementmörtel sach- und fachgemäß verfüllt, wobei die Bewehrungskanäle
c durch .geeignete Maßnahmen (Einschieben von Stahlrohren usw.) freizuhalten bzw.
auf die gewünschte Länge durchgehend auszubilden sind.
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Die Spannbewehrung der Fertigteile b wird hierauf eingezogen und mit
der vorgeschriebenen Zugkraft gespannt; anschließend folgt derselbe Vorgang in den
Längsteilen a. Dadurch ist die Schaffung eines monolithischen Körpers auf die größte
Länge der Spannbewehrung, die jeweils von den Werken geliefert werden kann, ermöglicht.
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Durch die Spannkräfte werden die Längsglieder a- geringfügig kreisbogenförmig
in der Symmetrieebene des Querschnittes verbogen, da durch die außermittige Lage
der Spannbewehrung im Stabquerschnitt Biegemomente. hervorgerufen werden. Eine kreisbogenförmige
Aufbiegung der aus mehreren Längsteilen a zusammengesetzten Langschwelle wird im
Interesse einer geraden, sicheren Schienenführung durch die Einschaltung von Gelenken
in den Stoßfugen hintangehalten. Durch entsprechende Ausbildung der Fertigteilenden
werden die Stoßfugenquerschnitte mittig zur Spannbewehrung angeordnet, so daß sie
durch die Vorspannkraft nur mittig auf Druck beansprucht werden. Gleichzeitig kann
durch entsprechende Formgebung der Fertigteile in der Längsrichtung nach dem Spannen
der Längsbewehrung die gerade Stabachse erreicht werden, also ein seitliches Ausbiegen
vermieden werden.
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Der restliche Teil g der Stoßfugen, der eine keilartige Ausbildung
aufweist (Abb. 2), wird nach dem Spannen der Bewehrung mit gutem Zementmörtel ausgefüllt
und verdichtet, während die Bewehrungskanäle c mit entsprechendem Mörtel dicht verpreßt
werden.
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Die Stoßflächen der Führungsschienen e müssen derart zubearbeitet
und abgelängt sein, daß für die Fahrbeanspruchung ein genügend dichter Kraftschluß
herbeigeführt wird.
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Für die Gleis- und Niveaubögen ist ein Mindesthalbmesser von 3oo bzw.
5ooo m einzuhalten; diese Bögen erfordern eigene Fertigteile mit der gewünschten
Achsenführung und Formgebung; eine Abstellung der Fertigung auf einheitliche Abmessungen
ist hier leicht durchzuführen.
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Die Längsteile a werden gruppenweise - hintereinanderliegend durch
die Spannbewehrung zusammengefaßt. Zwischen den Gruppen bleibt ein Raum für das
Anbringen der Spannpressen. In diesen Raum wird dann ein Spannlückengleisteil, dessen
Längsteile ä bereits fix und fertig vorgespannt eingesetzt werden, eingebracht,
sobald die beiden zu verbindenden Gleisteile bis auf die Fahrschienenverlegung fertiggestellt
sind.
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Der vorgespannte Betonfertigteil h umfaßt und unterfängt die beiden
Langschwellenenden und die Längsteile a' des Spannlückengleisteils und ermöglicht
eine Verschiebung dieser in seiner bzw. ihrer Längsachse auf ihm. So werden durch
ihn große Durchbiegungen an den Langschwellenenden vermieden, was wesentlich zu
einer ruhigen Bewegung der Fahrzeuge beiträgt, abgesehen von den weiteren Maßnahmen
der Fahrschienenausbildung, die dem gleichen Zwecke dienen.
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Die Spannlücken.ausbildung gibt gleichzeitig in der vorgesehenen Weise
die Möglichkeit, zwei Dehnfugen f' für die Längsschwellen zu schaffen, die mit einer
Dehnfuge der Fahrschiene zusammenfallen. Die Fahrschienen-Dehnfugen-Ausbildung kann
dabei in verschiedener Weise erfolgen, wesentlich ist nur, .daß die Fahrschiene
d nicht mit der Führungsschiene e des Fertigteiles ci biegesteif verbunden
wird, sondern in der letzteren gleiten kann. Die Breite der Dehnfugen ist den gegebenen
Verhältnissen entsprechend zu wählen.
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Führt man die Fahrschiene d durchgehend geschweißt aus, so wird es
ratsam sein, die Dehnfugen f analog den Stoßfugen mit den Teilen f
und g,
wie bereits beschrieben, auszubilden und vor der Fahrschienenverlegung wieder auszuschalten,
um ein monolithisches Ganzes zu erhalten; das gleiche .gilt dann für die Dehnfugen
f" zwischen den Fertigteilen h und b.
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Zum Schluß wird die stählerne Fahrschiene d vom rechteckigen Querschnitt
eingelegt und genau eingepaßt. Dabei besteht die Möglichkeit der Anordnung von Stößen
entsprechend den Fahrschienen
-Fertigungslängen oder Vielfachen
derselben mittels Stumpfschweißung. Zu beachten ist dabei, daß die Fahrschienen-Stoßanordnung
mit den Dehnfugen f', wie bereits beschrieben, abgestimmt wird. Ebenso ist es möglich,
die Fahrschiene durchgehend geschweißt, ohne Stoß, auszuführen.
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Abschließend werden die Fahrschienen d mit den Führungsschienen e
mit einem auf den Fahrschienen d selbstfahrenden elektrischen Schweißgerät biegesteif
mittels der Kehlnähte i von Schienenstoß zu Schienenstoß durchgehend verschweißt;
Dehnfugeneinzelheiten wurden bereits im vorstehenden erläutert.
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Nun wird das fertiggestellte Gleis bezüglich seiner Höhenlage gründlich
überprüft und nach Bedarf genauest ausgerichtet bzw. werden die Langschwellen fürsorglich
von Hand aus oder maschinell unterstopft.
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Für die Verkehrsbelastung wirken nunmehr Langschwelle a und Fahrschiene
d als einheitlicher Verbundquerschnitt, der wesentlich steifer als die beiden
losen Einzelteile zusammen ist. Das wirkt sich in jeder Hinsicht günstig aus. Zur
Aufnahme der zu befürchtenden Wärmespannungen ist noch. eine reichlicheReserve vorhanden,
abgesehen davon, daß durch die ziemlich große Grenzfläche zwischen Beton und Stahl
ein rascherer Temperatur- und Wärmeausgleich erfolgen kann. Der Beton dürfte eine
ziemlich gute Ableitung in das die Langschwellen an drei Seiten umgebende Schotterbett
erreichen.
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Das Schotterbett braucht nicht mehr in der ge-, samten Gleisbreite
durchgeführt werden, sondern es genügen zwei entsprechend breite Schotterbett-Längsbänder
j, die durch einen Mittelstreifen h
aus minderwertigem, körnigem, aber
wasserdurchlässigem Material verbunden werden. Dabei besteht die Möglichkeit, die
Schicht s zwischen den Langschwellen a durch Rüttelung und Stößeln derart zu verdichten
und an die Längswandungen zu pressen, daß eine Art Verspannung erreicht wird, durch
die die Übertragung der waagerechten Seitenkräfte erleichtert und die ruhige Gleislage
wesentlich gefördert wird.
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Dem letzteren Zwecke dient auch die Anordnung einer Hartsplittschicht
an der Unterseite der Fertigteile a und das Unterstopfen derselben mit ebensolchem
Splitt. Durch sie wird die Verschleißfestigkeit und werden die Reibungskräfte (besseres
Ineinandergreifen der Steinchen) erhöht; gleichzeitig wird dadurch auch dem .Eindringen
von Druckwasser, ausgelöst durch die Verkehrsbelastung, in die Auflagerflächen der
Langschwellen a und damit den Frosteinwirkungen vorgebeugt.
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Bemerkt muß noch werden, daß sich die Breite L gegenüber dem Querschwellenoberbau
unter den gleichen Voraussetzungen und Bedingungen um 5o cm kleiner ergibt, wodurch
eine wesentliche Ersparnis im Schotterbett gegeben ist.
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Das so ausgeführte Gleis bedarf nur kleiner Unterhaltung und bleibt
ohne Umbau während seiner ganzen Lebensdauer liegen. Ein Umbau bei bis zur Grenzhöhe
abgefahrener Fahrschiene d ist nicht nötig, da der abgefahrene Schienenteil durch
Aufschweißen eines entsprechenden Flachstahles m erneuert werden kann und so der
Fahrschiene d eine neue Verschleißschicht gegeben wird. Ein auf dem Gleis fahrendes,
selbsttätig arbeitendes elektrisches Schweißgerät verbürgt eine genaue, zweckentsprechend
saubere und dabei Kosten sparende Durchführung. Mit dieser Möglichkeit wird die
Wirtschaftlichkeit der gesamten Gleisanlage wesentlich erhöht.
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Zusammenfassend sind nachfolgende Vorteile gegenüber dem Ouerschwellenoberbau
festzustellen: r. Einsparung sämtlichen Kleineisens des bisherigen Oberbaues, wie
Stoßlaschen, Schrauben, Klemmplatten, Schwellenschrauben, Federringe, Auflagerplatten
usw. sowie eines beträchtlichen Teiles an Stahlbedarf der bisherigen Fahrschienen.
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2. Der Betonbedarf je laufender Meter Gleis ist wesentlich geringer
als beim Spannbeton-Onerschwellenoberbau.
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3. Geringerer Bedarf an Schottermaterial bei besserer Lastverteilung
und geringeren Durchbiegungen infolge der größeren Biegesteifigkeit des Gleises
und seiner durchgehenden Auflagerung auf dem Schotterbett. Die Unterstopfung der
Längsschwellen kann sehr gut maschinell mit einem auf dem Gleis selbstfahrenden
Gerät durchgeführt werden.
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q.. Ruhigere Lage des Gleises infolge des erreichten monolithischen
Gleiskörpers, der die bessere und direkte Übertragung aller Seitenkräfte im Verein
mit der rauheren Betonauflagerfläche und der Vorspannung des- Materials in den einzelnen
»Rahmenfeldern«, die durch die Langschwellen a und die Querglieder b gebildet werden,
mittels Reibungskräften auf das Schotterbett ermöglicht. Zudem wird durch den kleineren
Höhenunterschied zwischen Fahrschienen-Oberkante und -der Auflagerfuge Betonkörper-Schotterbett
das lästige Biegemoment der Seitenkräfte wesentlich herabgesetzt (mindestens ein
Drittel seines Wertes beim Querschwellenoberbau).
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5. Gutes Wärmeleitvermögen der Längsschwellen a für die Ableitung
der durch Einstrahlung aufgenommenen Wärmemengen der Fahrschiene d in den Untergrund;
dadurch Herabsetzung der Temperaturspannungen und Ermöglichung einer durchgehend
geschweißten Fahrschiene.
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6. Ruhigere Fahrt der Fahrzeuge nicht nur auf Grund der ohne Stoß
durchgehenden Fahrschiene d, sondern auch auf Grund der geringeren relativen Durchbiegungen
der Längsschwellen a infolge größerer Biegesteifigkeit und gleichmäßigerer Druckverteilung
auf das Schotterbett.
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7. Geringere Unterhaltungskosten, da nur wenige Angriffsstellen für
Korrossionseinwirkungen vorhanden sind, die aber leicht zugänglich sind und unter
Kontrolle gehalten werden können. Geringere Überholungsarbeiten, da ruhigere Gleislage
g@esichert ist.
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B. Keine Gleisneuverlegung bzw. kein Gleisumbau und damit keine größeren
Investitionskosten,
wenn die Fahrschiene d bis zur Grenzhöhe abgefahren
ist, da durch Aufschweißung eines Flachstahles m auf einfache Weise eine neue Verschleißschicht
aufgebracht werden kann.
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9. Gute Gleislage in den Bögen; bei Bedarf sind in schweren Fällen
jederzeit Zusatzmaßnahmen für die weitere Gleisaussteifung möglich.
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io. Geringere Amortisationskosteri durch größere Lebensdauer, die
auf Grund der Ausführungen in den vorangegangenen Punkten 3. bis 6. auf mindestens
ioo Jahre geschätzt werden kann.
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ii. Die Fahrschienen-Bruchgefahr ist für diesen Gleisoberbau ganz
unwesentlich, da die Fahrschiene d biegesteif mit der Betonlängsschwelle
a verbunden ist und zudem in ihrer gesamten Länge auf der letzteren voll aufliegt
Als Nachteile können j e nach Voraussetzungen genannt werden: i. Der monolithische
Gleiskörper ist hinderlich bei Gleisverlegungen und Streckenabänderungen. 2. Diese
Gleisausführung ist nur in geraden Strecken und Krümmungen mit einem Halbmesser
von 300 m aufwärts möglich.
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3. Die Gleisherstellung während des Betriebes erfordert sehr genaue
Planung und Zusatzaufwendungen für die Ausführung von vorläufigen Vorspannungen
sowie Maßnahmen zur Schnellerhärtung des Zementmörtels zum Abdichten der Gelenkfugen,
Bewehrungskanäle usw. Bei der Möglichkeit von Betriebsumleitungen ist die Ausführung
wirtschaftlicher und rascher durchzuführen.