EP1621670A2 - Verfahren zur Herstellung eines Schienenfahrwegs und Schienenfahrweg - Google Patents
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- E01B25/305—Rails or supporting constructions
Definitions
- the invention relates to a track for rail vehicles, especially for iron and magnetic levitation and a method for its preparation according to the preamble of claim 1.
- Railways of the type according to the invention are known for railways as slab track and for magnetic levitation as a ground floor driveway.
- the rails consist of functional plane carriers which are essentially composed of the functional levels of side guide rail, sliding strip and stator arrangement.
- the classic ballast track in railways is basically the ideal structure for the static-dynamic loads from rail traffic and the local constraints.
- the track grid of rails and sleepers, together with the permanently redeployable ballast, is an investment-cost-effective composite elastics composite vault with large mass.
- the ability of the ballast to relocate allows the structure to withstand even extreme loads caused by heavy loads, vibrations and centrifugal forces as well as constraints due to thermal cycles and deformations of the substructure. This advantage of the rearrangement is at the same time his biggest disadvantage, since the rearrangement of crushed grains is summarily always associated with deformations of an order that are not compatible with a required positional accuracy of the rails in the long run.
- the superstructure originally consisted of a polystyrene foam concrete slab, which is concreted on a relatively thin hydraulically bound upper soil layer of the substructure, a concrete reinforced concrete support slab and concreted on this concrete layer by means of spindles accurately aligned track grid of concrete sleepers and rails, by filling the gaps between base layer and thresholds is combined with filled concrete up to the upper edge of the sleepers to the monolithic structure of the superstructure. If one adds the upper hydraulically bound support layer of the substructure to the monolithic structure, the result is a track structure with high rigidity, vaults and mass, as is desirable for the formation of a rail track with respect to consistently high positional accuracy of the track and high resistance to vibration load by rail.
- a disadvantage of this design are the high investment costs and the cost and time-consuming production and maintenance of rail travel.
- both plates are approximately the same thickness or comparably stiff, the joint will be close to the neutral fiber during plate bending and thus close to the thrust flux maximum.
- the flexural rigidity of a monolithic plate strip is known to be 4 times larger than the two the same superimposed unconnected plates with the same total thickness.
- the desired or existing monolithic structure of this slab track can then fail locally by breaking the possibly already biased by forced voltages composite joint, which is difficult to detect by the hidden location of the damaged area in practice. Progressive failure of the composite joint due to the zipper effect leads to the loss of the serviceability of the structure of the slab track and can be rehabilitated only with great expense and time. Also disadvantageous and problematic is the joint between the inside of the trough and the filling concrete. Due to temperature differences between trough and filled concrete opens and closes the gap in the area of the trough sidewalls. Penetrating water continues to penetrate below the filled concrete into areas with damaged composite joints.
- a problem to be solved in the production and maintenance of slab tracks is compliance with the tolerances with regard to the track position.
- compliance with the height tolerances is a constructional challenge and thus a process-determining condition. It is currently to be observed a height deviation of ⁇ 2 mm from the target arrow height on 5 m lane length or for 8 rail support points in series with a control distance of ⁇ 65 cm. In extreme cases, however, in compliance with the Condition a much larger height difference alone for two consecutive rail support points and thus give an undesirable ripple in the structure of the rail travel.
- the position and height tolerances for the functional levels to be adhered to in the case of magnetic levitation railways are even smaller than those for fixed carriageways. For example, the maximum offset of two abutted rail support structures is currently limited to 1.0 mm. The height and position alignment of the rail construction is therefore even more important in the production of a track for maglev trains than in the production of a slab track.
- the support structure consists of a plastic concrete and this compacted by pounding, shaking, rolling or milling and is to be formed custom-made for direct Auflagerung the threshold.
- Track securing takes place by arranging transverse force blocks of the same bulk material.
- a casewise height correction of the threshold layer should be done as known adversely by Aufspindelung and underfilling with flowable material.
- the invention is therefore based on the object, compared to the prior art investment and entertainment costs improved overall solution for design and manufacture of a slab track or a ground floor driveway for magnetic levitation indicate that avoids the disadvantages of unsecured joints in particular and a dimensionally accurate and both manual as also highly automated production and maintenance, in particular waiving a costly dowel made possible.
- a known support structure made of cast-in-place concrete, asphalt or a combination of both directly on the antifreeze layer of the substructure or on a hydraulically bound support layer of low thickness.
- Such a concrete support structure can be produced using cost-effective and easy-to-process concrete types in economic sliding formwork with a height accuracy of about ⁇ 4 mm without finishing the hardened concrete surface.
- An asphalt or asphalt concrete support layer should be constructed such that the sole pressures under the rail support structures, depending on the stress distribution in the support layer, are sufficiently far from the strain effective stress levels in the known temperature-sensitive asphalt base course.
- a compensating layer of a mixture of a Kornhaufwerk and a thermoplastic binder is disposed between the support structure and rail support structure.
- a material suitable for the leveling layer has become known from DE 102 09 873, but there only for the transmission of compressive and shear forces.
- a very precise height adjustment in the sense of the characterizing part of claim 1 can be carried out with the aid of a material combination described there.
- the layer thickness of such a grain aggregate is small compared to the surface extent and does not exceed a certain size factor compared to the grain sizes of the layer, the layer thickness can be reduced by supplying mechanical compaction work as a function of the plastic flow properties of the material in very small steps out.
- the achievable accuracy is dependent, inter alia, on the size scale of the Kornhauftechnikkomplexes.
- the smaller the body and the initial layer thickness the more precisely the layer thickness can be varied in absolute terms and the more precisely the height adjustment can be made for a bearing support of the rail support structures.
- the final layer thickness must not fall below a value dependent on the largest grain diameter for reasons of a composite load-bearing capacity which is desired according to the invention.
- sheets, nets or membranes can be arranged as reinforcing layers, as in known reinforced elastomer bridge bearings, in order to fulfill the aforementioned geometric boundary conditions at least partially.
- thermoplastic binder according to the invention has the task to hold together the Kornhaufwerk dauerbeweglich and to maintain the position of the individual grains to each other largely and secure when the height adjustment is completed.
- a welcome and inventively used side effect of the always associated with heat generation and high compressive stresses compression process is the adhesive adhesion of the leveling layer to the support structure.
- temporal and procedural decoupling of the application of the compensating layer with height adjustment is made possible by arranging the rail support structures with lateral adjustment.
- the compensation layer according to the invention is also advantageous with respect to the storage properties of the rail support structures.
- a compensation layer according to the invention is advantageously suitable for mounting the rail support structures of a Transrapid track.
- the height adjustment is finally carried out with the required accuracy.
- machines designed for this purpose can drive on the supporting structure and use it as a fixed measuring and working level.
- Each rail support point can thereby be individually measured and leveled according to the invention by order and processing the compensation layer so that even with inclined Fahrwetagee the required position and orientation of the arranged rail support structure is guaranteed.
- the latent existing height differences between adjacent rail support points are advantageously avoided according to the prior art and achieved a better Fahrweg Quilt Quiltheit.
- the rail support structures can be applied to the support structure and adjusted virtually any page.
- the rail support structure may consist of a known construction made of concrete, steel or cast material, such as rail fastening on concrete sleepers or support point bearing on concrete slabs application finds.
- Known steel sleepers and ribbed plates are possible as rail support structures as well as single or double block sleepers, slabs, gratings or in general trusses made of concrete. Wood or plastic sleepers would be unusual for rail travel according to the invention, but in principle suitable.
- the compaction of the compensation layer and final height adjustment takes place indirectly via the rail support structure.
- the surfaces of the compensating layers form this shape faithfully and non-positively to the contour of the contact surfaces with support and rail support structure and thus indirectly forms an intimate shape composite between the support structure and rail support structure.
- a welcome and inventively used side effect of the deformation process associated with heat generation or local voltage differences is the adhesive attachment of the supporting or rail support structure to the compensating layer according to the invention.
- This process is permanently reversible, so that at interpolation points, where lost in extreme cases due to short-term overloading of the molding or adhesive bond locally, this is advantageous self-healing after some train crossings and temperature cycles again.
- the inventive combination of form and adhesive bond in the leveling layer has the additional advantage that small and short-term shear stresses are transmitted purely elastic over the adhesive bond, large and long-term shear stresses on the highly elastic grain skeleton of the compensation layer permanently and almost without plastic distortion and related changes in position ,
- the supporting effect of the compensating layer as a composite joint allows expansion of the invention, the advantageous use of tie rods for fastening the rail support structures - especially in the form of ribbed plates or the like - on the support structure, unlike dowels no lateral non-positive shape bond between rail support structure and support structure must effect and such Base fixtures are therefore more cost effective in investment and entertainment.
- the leveling layer constructively the location of the rail support structure on the support structure.
- the compensation layer can be applied as a stack of prefabricated thin material plates.
- the panel moldings may be slightly larger in surface area than the later contact surface with the rail support structure to maintain freedom for lateral attitude adjustment of the rail support structure.
- the individual plates can advantageously also be composed of different material mixtures, for. As thinner plates of fine-grained hard angular quartz sand to be placed on contact surfaces with steel components or thicker plates from cheaper medium sand for greater height compensation or arrangement on contact surfaces with asphalt, rough concrete or plastic components.
- the plates are enriched in the edge regions, in contrast to the plate core areas with thermoplastic binder.
- This improves on the one hand the constructive adhesive bond between the plates and the adjacent component surfaces and advantageously reduces the near-edge compression stress peaks to avoid chipping material in the rail support structures, because the statically effective grain skeleton is compliant and reduced by the reduced by means of binder direct grain-to-grain contact begins to flow over a set ratio and degree of compaction defined voltage level.
- a stiff, highly elastic grain support framework is generally advantageous for a good frictional joint effect.
- the invention enjoys the great advantage that the production of the leveling layer is not bound to time-dependent solidification processes by setting or curing.
- the leveling layer is due to the wearing properties of the material used Application and height adjustment virtually instantaneously loadable. This is z. B. in the case of local repair measures of slab tracks possible to make a positional adjustment under the locally raised track grid and immediately sell the track rust on the possibly new equalizing cushion.
- it is not necessary to actively adjust the height. This is done automatically and largely height-appropriate under the dynamic load fewer train crossings, if the layer thickness of the compensation pad is selected appropriately. In practice, for various reasons, it is hardly economically possible to generally or permanently avoid soil deformations.
- the molding compound according to the invention advantageous roughnesses of the component surfaces are sufficient in the most economical production of support structure and rail support structures automatically resulting contact surfaces fully.
- quartz sand for compensating layer according to the invention the hard pointed sand grains permanently imprint even in smooth ground steel surfaces.
- apparently smooth concrete surfaces have an at least different stiff surface structure of hard aggregate grains and softer filled with binder depressions, intervene in the sand grains positive and positive.
- a good frictional molding compound is also formed between the inventive compensation layer and a plastic surface, for. B. a known Schwellenhleohlung.
- the leveling layer in the sum of the individual equalizing cushions under the rail support structures represents a composite permanent joint which is suitable for combining the monolithic supporting structure with a rail support structure suitably designed to form a reliably effective composite structure.
- the rail support structures in Fahrwewearee by means of stiffening elements frictionally to couple to a shear-stiff pressure disk.
- the invention provides, between the trained as sleepers or plate-like structures rail support structures prefabricated intermediate elements pressure-tight and shear resistant to order.
- a pressure and shear stiff disk according to the invention is formed, on the other hand simultaneously the rail support structures to improve the composite effect due to increase the voltage level in the compensation layer permanently loaded with weight and thus increases the reliability of the rail support structures.
- Schienenfahrwegkonstrutation as composite structure shear gap is secured in the leveling layer between thrust washer and support structure.
- the power transmission between rail support structures and intermediate elements via contact pressure or composite on the flanks of the wedge-shaped intermediate elements.
- a uniform contact pressure is geometrically guaranteed even if thresholds are not parallel to each other due to cornering.
- the curve inside end of the intermediate element is then slightly higher than the curve outside.
- In an advantageous embodiment of the invention is arranged between the contact surfaces of the same material as in the compensating layer according to the invention between the support structure and rail support structures. This uneven normal voltage distributions can be compensated in slightly twisted to each other lying contact surfaces due to crest and sink course of the roadway.
- pane construction according to the invention protects the surface of the asphalt layer from heat and UV radiation.
- gravel or other precast elements can be arranged on the sides of the track.
- Fig. 1 shows the railroad track according to the invention in two variants indicated for the respective vehicle type.
- a halfway for a Transrapid maglev is shown.
- the rails 1 are shown summarized in the representation of the known individual functional levels.
- the rail support structure 2 carries the rails 1 at their Kragplattenenden. It can be shown in FIG. 6 and 7 z. B. be designed as a cross sleeper, perforated plate or dissolved plate construction.
- the rail support structure 2 is connected in a positionally correct manner to the support structure 3 via the compensation layer 4 according to the invention.
- the supporting structure 3 is made of concrete or another solid building material.
- a halfway of a slab track according to the invention is shown.
- the rail support structure 2 is formed according to FIGS. 4 and 5 as a continuous or substructured cross sleeper or as an individual support.
- the rails 1 are indirectly connected via rail support structure 2 and on the compensating layer 4 according to the invention in a positionally correct manner with the supporting structure 3.
- the support structure 3 consists of a known asphalt or Ort laterrag für.
- Fig. 2 shows schematically the embodiment of a single support point of a rail 1 on the support layer 3 of a slab track.
- the rail support structure 2 may be a known ribbed plate, the contact surface with the leveling layer 4i for a good mold bond z. B. may also have a fine waffle structure.
- the compensation layer 4 consists here of a stack of the compensation layers 4i, 4k, and 4l, wherein additionally a reinforcement intermediate layer 5 is arranged between the compensation layers 4i and 4k.
- the individual compensation layers 4i, 4k, and 4l can differ both in thickness and dimensions as well as in the material composition.
- the individual compensation layers are configured as prefabricated plates.
- the rail support structure 2 can be fixed with anchors 6 on the support structure 3 or biased against the surface of the support structure 3. Because of the shear composite effect the leveling layer 4 are no dowels to secure the lateral displacement resistance required.
- Fig. 3 shows an inventively designed compensating layer plate 4 in plan.
- the plate edges 4b may be enriched with the thermoplastic binder relative to the core portion 4a. This results in a better adhesion of individual compensation layers in a stack with each other in the edge regions 4b or a correspondingly better local adhesion to the rail support structures 2, the support structure 3 or the reinforcement layers 5. If the edge regions 4b have a higher plastic stability, stress peaks at the component edges are easier degraded or the durability of extending beyond the components areas of the compensation layers is improved. Likewise, the drainage or sealing properties of the leveling layer can be controlled thereby. Because of the low volume requirement of the thermoplastic binder according to the invention, high-quality plastic can be used for this as a whole.
- the rails 1 are arranged on rail support structures 2 in the form of sleepers and individual supports.
- the rail support structures 2 are leveled and leveled over compensation layers 4 on the support structure 3 of the track and elastically secured in position over the composite effect of the compensation layer.
- intermediate elements 7 are superimposed in the threshold compartments on the rail support structures 2 with wedging action.
- the intermediate element 7 is supported as a vault pressure plate at four points of the rail support structures and stiffens them out as a disk.
- the rail support structure is loaded with the weight of the intermediate element.
- intermediate element holes are shown arranged for attachment with anchors 6 or biasing against the support structure 3 or for receiving or Versetzwerk with engagement tools.
- the curved underside of the intermediate elements ensures unimpeded outflow of surface water.
- the open in this variant end faces of the intermediate elements 7 can be closed with a known gravel 9 constructive and permeable to water.
- the intermediate elements 7 can be made of aggregated concrete for sound absorption.
- the intermediate element 7 is permeable to sound and rain water.
- an enclosed space is created between the components, into which sound is conducted and absorbed.
- the room will automatically fill up with organic material over time, which serves to further absorb sound.
- the space can be advantageous already in the production of the track with fiber tangle, z. B. straw mats, are filled.
- the room can instead be automatically rinsed with rainwater or artificially cleaned in an analogous manner.
- the top of the intermediate element 7 is structured according to the principle known lattice barriers for cattle, so that wild and ungulates are prevented from crossing the track. Nevertheless, the thus configured intermediate element 7 can be traveled on rubber-tired vehicles.
- To the sides of the driveway toward the effect picture is complemented by appropriate design of the finished elements 10.
- composite layers 8 are arranged, which are similar in materials, construction or composite action of the compensating layer 4.
- the rails 1 are arranged on rail support structures 2 in the form of cantilevers.
- the rail support structures 2 are leveled and leveled over compensation layers 4 on the support structure 3 of the track and elastically connected to each other via the composite effect of the compensation layer 4.
- intermediate elements 7 are shown arranged in the joints of the rail support structures 2 with wedging action.
- the rail support structures 2 are configured as isotropically rigid steel or prestressed concrete slab structures or anisotropically rigid steel / plastic / concrete composite structures.
- the choice consists of different design variants of the rail support structures 2.
- Quarrying similar constructions require slightly higher investment and installation costs, but have advantages in temperature expansion behavior or repair effort.
- perforated plate constructions as rail support structure 2 can also be advantageous.
- Air permeable panel constructions also improve the vibration behavior of the support structure from aerodynamic pressure / suction vibration excitation. Dissolved plate constructions or trusses of rigid sleepers with reduced compressive stiffness in the longitudinal direction of travel are probably a bit more expensive to produce, but have a more favorable tempering behavior with respect to durability.
- Between rail support structures 2 and wedge-like intermediate elements 7 are to compensate for forced voltages, z. B.
- the intermediate elements are prestressed against the supporting structure with a defined and lasting preloading force.
- the rail support structures 2 are accordingly biased more or less as thrust washers. This results in a consistently shear stiff transverse stiffening of the track construction for a better durability and securing the overall structure.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrwegs für schienengebundene Fahrzeuge und einen Fahrweg, insbesondere für Eisen- und Magnetschwebebahnen.
Es wird vorgeschlagen, die Schienen (1) tragenden Schienenstützkonstruktionen (2) mittelbar über eine Ausgleichsschicht (4) auf der Tragkonstruktion (3) aufzulagem und festzulegen. Dazu wird die Ausgleichsschicht als überwiegend thermoplastmodifiziertes Sandhaufwerk, vorteilhaft in Form von Stapeln vorgefertigter Plattenformteile zwischen Tragkonstruktion und Schienenstützkonstruktion angeordnet und bis zum Erreichen der Solllage der Schienenstützkonstruktionen ggf. unter Wärmezuführung fixiert. Die durch Eigengewicht oder Anker gegen die Tragkonstruktion gespannten Schienenstützkonstruktionen werden über kraftschlüssigen Formverbund der druck- und schersteif verdichteten Ausgleichsschicht dauerhaft elastisch und lagesicher gehalten.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Fahrweg für schienengebundene Fahrzeuge, insbesondere für Eisen- und Magnetschwebebahnen und ein Verfahren zu seiner Herstellung entsprechend Oberbegriff Anspruch 1.
Schienenfahrwege der erfindungsgemäßen Art sind für Eisenbahnen als Feste Fahrbahn und für Magnetschwebebahnen als ebenerdiger Fahrweg bekannt. Bei Schienenfahrwegen für Magnetschwebebahnen bestehen die Schienen aus Funktionsebenenträgern, die im Wesentlichen aus den Funktionsebenen Seitenführschiene, Gleitleiste und Statoranordnung zusammengesetzt sind. - Der klassische Schotteroberbau bei Schienenfahrwegen ist im Grunde das ideale Tragwerk für die statisch-dynamischen Belastungen aus Schienenverkehr und die örtlichen Zwangsbeanspruchungen. Der Gleisrost aus Schienen und Querschwellen bildet zusammen mit dem dauerhaft umlagerungsfähigen Schotter ein investitionskostengünstiges elasto-plastisches Verbundgewölbetragwerk mit großer Masse. Die Umlagerungsfähigkeit des Schotters ermöglicht dem Tragwerk, selbst extremen Lasteinwirkungen aus schweren Lasten, Schwingungen und Fliehkräften sowie Zwangsbeanspruchungen aus Temperaturzyklen und Verformungen des Unterbaus schadlos zu widerstehen. Dieser Vorteil der Umlagerungsfähigkeit ist gleichzeitig sein größter Nachteil, da die Umlagerung von Schotterkörnern summarisch immer mit Verformungen in einer Größenordnung verbunden ist, die auf Dauer mit einer erforderlichen Lagegenauigkeit der Schienen nicht verträglich sind. Deshalb muss der klassische Schienenfahrweg in einwirkungsabhängigen Zeitintervallen durch Lagekorrektur des Schotters nachgearbeitet werden.
Mit zunehmender Geschwindigkeit und Verkehrslast des Schienenverkehrs steigen Wartungs- und Instandsetzungsaufwendungen für Schienenfahrwege mit bekanntem Schotteroberbau nachteilig stark an. Durch Ausbildung der Schienenfahrwege für Eisenbahnen als Feste Fahrbahnen sollen diese Nachteile vermieden werden. Dazu wurden in der Vergangenheit verschiedene Bauarten von Festen Fahrbahnen entwickelt, die sich im wesentlichen durch die Art der Herstellung und die verwendeten Baustoffe unterscheiden. Für Magnetschwebebahnen wurden der speziellen Systemtechnik entsprechende Entwicklungen offenbart, je nach Trassenführung in aufgeständerter oder ebenerdiger Bauweise. - Gleichzeitig mit den Investitionskosten sollen aber auch die Unterhaltungsaufwendungen für einen Schienenfahrweg gering bleiben. Allen Entwicklungen gemeinsam ist deshalb das Streben nach kostengünstiger und schneller Herstellung, geringem Instandhaltungsaufwand, langer Nutzungsdauer, geringer Schadensanfälligkeit und beständig hoher Lagegenauigkeit der Schienen.
Frühe Konstruktion und Herstellungsverfahren einer Festen Fahrbahn ist die nach ihrem ersten Einbauort benannte Bauart Rheda. Der Oberbau bestand ursprünglich aus einer Polystyrolschaumbetonplatte, die auf eine relativ dünne hydraulisch gebundene obere Bodenschicht des Unterbaus betoniert wird, einer aufbetonierten durchgehend bewehrten Betontragplatte und auf dieser Betontragschicht mittels Spindeln lagegenau ausgerichtetem Gleisrost aus Betonschwellen und Schienen, der durch Verfüllen der Zwischenräume zwischen Tragschicht und Schwellen mit Füllbeton bis zur Oberkante der Schwellen zum monolithischen Tragwerk des Oberbaus vereint wird. Rechnet man die obere hydraulisch gebundene Tragschicht des Unterbaus zum monolithischen Tragwerk dazu, ergibt sich ein Fahrwegtragwerk mit großer Steifigkeit, Gewölbetragwirkung und Masse, wie es für die Ausbildung eines Schienenfahrweges bezüglich beständig hoher Lagegenauigkeit des Gleises und hohem Widerstand gegen Schwingungsbelastung durch den Schienenverkehr wünschenswert ist. Nachteilig bei dieser Bauart sind jedoch die hohen Investitionskosten und die kosten- und zeitintensive Herstellung und Instandhaltung des Schienenfahrweges. - Eine Weiterentwicklung der Bauart Rheda ist unter der Bezeichnung Rheda-Sengeberg bekannt geworden und besteht darin, dass die Betontragschicht als Ortbetontrog ausgebildet ist, um das seitliche Ausrichten des Gleisrostes zu erleichtern und dass auf die Polystyrolbetontragschicht zugunsten einer statt dessen dickeren hydraulisch gebundenen Tragschicht verzichtet wird, um wenigstens einen Verfahrensschritt und die erforderlichen Investitionskosten zu sparen. Nachteilig bei dieser Konstruktion bleibt das immer noch aufwändige Herstellungsverfahren.
Als nachteilig erweist sich auch die ungesicherte Verbundfuge zwischen hydraulisch gebundener Tragschicht und Betontragschicht. Aus der Betonbautechnik ist bekannt, dass das Betonieren einer frischen auf eine bereits ausgehärtete Betonplatte zu Verbundproblemen in einer ungesicherten Kontaktfuge zweier Platten führt. Wenn beide Platten zudem in etwa gleich dick oder vergleichbar steif sind, liegt die Fuge bei Plattenbiegung in der Nähe der neutralen Faser und damit nahe am Schubflussmaximum. Zudem ist die Biegesteifigkeit eines monolithischen Plattenstreifens bekanntlich 4-fach größer als die zweier gleicher übereinander liegender nicht verbundener Platten mit gleicher Gesamtdicke. Somit würde ein Verbundversagen in der neutralen Faser eine erhebliche Diskontinuität in der Tragwerksteifigkeit erzeugen, die auf Dauer grundsätzlich eine Quelle für weitergehende Bauwerksschäden oder Instandsetzungsbedarf darstellt. Die Problematik wird zusätzlich verschärft, wenn die obere Biegeplatte selbst Diskontinuitäten in ihren Trageigenschaften aufweist, wie dies z. B. bei längsgekoppelten Fertigteilplatten in den Stoßfugen immer der Fall ist.
Das angestrebte oder vorhandene monolithische Tragwerk dieser Festen Fahrbahnen kann dann örtlich durch Bruch der möglicherweise bereits durch Zwangsspannungen vorbelasteten Verbundfuge versagen, was durch die versteckte Lage der Schadensstelle in der Praxis schwierig zu detektieren ist. Fortschreitendes Versagen der Verbundfuge infolge Reißverschlusseffekt führt zum Verlust der Gebrauchstauglichkeit des Tragwerks der Festen Fahrbahn und ist nur mit hohem Kosten- und Zeitaufwand sanierbar.
Ebenso nachteilig und problematisch ist die Fuge zwischen Troginnenseite und dem Füllbeton. Infolge Temperaturunterschiede zwischen Trog und Füllbeton öffnet und schließt sich die Fuge im Bereich der Trogseitenwände. Eindringendes Wasser dringt weiter unter den Füllbeton in Bereiche mit geschädigter Verbundfuge. Bei Verkehrsbelastung werden diese Wasserlinsen mit hohem Druck und hoher Geschwindigkeit ausgepresst, was zu Betonerosion und auf Dauer zu Verlust der Gebrauchsfähigkeit der Festen Fahrbahn führt. Als Gegenmaßnahme eingebaute Trogentwässerungen haben sich als nicht dauerhaft funktionsfähig erwiesen.
Bekannt gewordene Schäden an ausgeführten Festen Fahrbahnen mit in eine Ortbetontragschicht eingelagerte Betonschwellen zeigen, dass die vorgenannte Problematik der wasserführenden Verbundfuge auch für eingelagerte Betonschwellen gilt. Die Schäden bleiben zwar auf einzelne Schwellen begrenzt, treten dafür aber mit zeitlichem Abstand auf, sodass die erforderliche Sanierung insgesamt ähnlich aufwändig wie die Sanierung einer Trogkonstruktion ist. - Eine bei der Herstellung und Unterhaltung von Festen Fahrbahnen zu lösende Aufgabe ist die Einhaltung der Toleranzen bezüglich der Gleislage. Insbesondere die Einhaltung der Höhentoleranzen ist eine bautechnische Herausforderung und damit eine verfahrensbestimmende Bedingung. Einzuhalten ist gegenwärtig eine Höhenabweichung von ≤ 2 mm von der Sollpfeilhöhe auf 5 m Fahrbahnlänge bzw. für 8 Schienenstützpunkte in Serie mit einem Regelabstand von ≤ 65 cm. Im Extremfall kann sich jedoch unter Einhaltung der Bedingung ein weit größerer Höhenunterschied allein für zwei aufeinanderfolgende Schienenstützpunkte und damit eine ungewünschte Welligkeit in der Struktur des Schienenfahrweges ergeben.
Die bei Fahrwegen für Magnetschwebebahnen einzuhaltenden Lage- und Höhentoleranzen für die Funktionsebenen sind noch kleiner als die bei Festen Fahrbahnen. Zum Beispiel ist der maximale Versatz zweier gestoßener Schienenstützkonstruktionen gegenwärtig auf 1,0 mm begrenzt. Der Höhen- und Lageausrichtung der Schienenkonstruktion kommt deshalb bei der Herstellung eines Fahrweges für Magnetschwebebahnen noch größere Bedeutung zu als bei der Herstellung einer Festen Fahrbahn. - Es ist ein Schienenfahrweg bekannt geworden, bei dem ein Schwellenrost auf einer vorab hergestellten festen und planebenen Tragschicht über Spindeln höhenjustiert aufgelagert ist und die Betonschwellenfüße mit einer fließfähigen thermoplastischen Vergussmasse auf Bitumen- oder Kunststoffbasis auf der Tragschicht unterflossen und heiß aufgeklebt werden. Reine Thermoplaste haben jedoch grundsätzlich den Nachteil, dass sie unter andauernder mechanischer Spannungsbeanspruchung zum Fließen neigen, auch wenn Schmelz- oder Erweichungstemperatur nicht erreicht werden. Nachteilig ist dann eine zusätzliche Verdübelung der Fuge erforderlich. Jede Art von Knaggen-, Verzahnungs- oder Dübelkonstruktion ist jedoch in Herstellung oder Instandhaltung mehr oder weniger nachteilig und steht einer gesamtheitlich kostengünstigen Herstellung und Unterhaltung eines Fahrweges für spurgebundene Fahrzeuge entgegen.
Eine zur Lage- und Höhenjustierung erforderliche Aufspindelung ist grundsätzlich zeit- und kostenaufwändig und birgt erhebliche verfahrenstechnische Qualitätsrisiken.
Mit DE 198 08 867 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Festen Fahrbahn bekannt geworden, dessen Tragkonstruktion aus einem Kunststoffbeton besteht und diese durch Stampfen, Rütteln, Walzen oder Fräsen verdichtet und zur direkten Auflagerung der Schwellen maßgerecht geformt werden soll. Die Gleislagesicherung erfolgt mittels Anordnung von Querkraftblöcken aus gleichem Schüttmaterial. Eine fallweise Höhenkorrektur der Schwellenlage soll wie bekannt nachteilig durch Aufspindelung und Unterfüllung mit fließfähigem Material erfolgen.
Zur Verbesserung der Höhenjustierung bei einer Festen Fahrbahn ist unter der Bezeichnung Rheda Breddin-Glöwen eine Weiterentwicklung der Ortbetontroglösung bekannt geworden, bei der die Betonschwellen bis zum Einbringen des Füllbetons auf höhengerecht im Trog ausgerichteten Leisten aufgelegt werden. Dadurch kann zumindest auf das aufwändige Spindeln des Gleisrostes verzichtet werden. Die vorgenannten weiteren Nachteile dieser Bauart werden jedoch nicht vermieden. - Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik gleichermaßen investitions- und unterhaltungskostenverbesserte Gesamtlösung für Konstruktion und Herstellung einer Festen Fahrbahn oder eines ebenerdigen Fahrwegs für Magnetschwebebahnen anzugeben, die insbesondere die Nachteile von ungesicherten Verbundfugen vermeidet und eine maßgenaue und sowohl manuelle als auch hochgradig automatisierbare Herstellung und Instandhaltung insbesondere unter Verzicht auf eine aufwändige Verdübelung ermöglicht.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 beschriebene Herstellung eines Schienenfahrwegs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltung und Erweiterung der Erfindung sind in Neben- und Unteransprüchen angegeben.
- Für die erfindungsgemäße Herstellung eines Schienenfahrwegs wird vorgeschlagen, zunächst eine bekannte Tragkonstruktion aus Ortbeton, Asphalt oder Kombination aus beidem direkt auf der Frostschutzschicht des Unterbaus oder auf einer hydraulisch gebundenen Tragschicht mit geringer Mächtigkeit aufzubringen.
Eine derartige Betontragkonstruktion lässt sich unter Verwendung von kostengünstigen und gut verarbeitbaren Betonsorten in wirtschaftlichen Gleitschalverfahren mit einer Höhengenauigkeit von ca. ± 4 mm ohne Nachbearbeitung der erhärteten Betonoberfläche herstellen. Für die erfindungsgemäße Herstellung eines Fahrweges ist diese wirtschaftlich erzielbare Maßhaltigkeit völlig ausreichend.
Eine Asphalt- oder Asphaltbetontragschicht sollte so aufgebaut sein, dass die Sohlpressungen unter den Schienenstützkonstruktionen in Abhängigkeit von der Spannungsverteilung in der Tragschicht einen hinreichend großen Abstand zu den verformungswirksamen Spannungsbeträgen in der bekanntlich temperaturempfindlichen Asphalttragschicht haben. Diese Forderung kann bei erfindungsgemäßer Ausgestaltung der Schienenfahrwegkonstruktion besonders gut eingehalten werden.
Entscheidend für die Dimensionierung der Tragkonstruktion ist die Fähigkeit zur Lastverteilung über den Unterbau in den Baugrund. Stärker als im Straßenbau spielt die Bodenempfindlichkeit bezüglich der relativ großen dynamischen Lasteinwirkungen aus Schnellbahn- oder Güterverkehr eine wesentliche Rolle. Die gegenüber Straßenverkehrslasten größere Lastkonzentration hat bezogen auf die Lastableitung in den Untergrund eine wesentlich größere Tiefenwirkung. Ein Verbundtragwerk mit Gewölbetragwirkung ist zur Erzielung einer gleichmäßigen Spannungsverteilung im Baugrund prinzipiell besser geeignet als eine schlaffe Biegeplatte. Der erfindungsgemäß hergestellte Schienenfahrweg trägt diesem Umstand vorteilhaft Rechnung. - Entsprechend Anspruch 1 der Erfindung wird zwischen Tragkonstruktion und Schienenstützkonstruktion eine Ausgleichsschicht aus einer Mischung aus einem Kornhaufwerk und einem thermoplastischen Bindemittel angeordnet.
Ein für die Ausgleichsschicht geeigneter Werkstoff ist mit DE 102 09 873, dort jedoch lediglich zur Übertragung von Druck- und Scherkräften, bekannt geworden.
Überraschenderweise lässt sich mit Hilfe einer dort beschriebenen Werkstoffkombinationen eine sehr genaue Höhenjustierung im erfindungsgemäßen Sinne des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 vornehmen. Man macht sich dabei die Eigenschaft der Verdichtungsfähigkeit und die Möglichkeit eines definierbaren Verdichtungsmaßes von ähnlich gearteten losen Kornhaufwerken zunutze. Unter der geometrischen Randbedingung, dass die Schichtdicke eines solchen Kornhaufwerks klein gegenüber der Flächenausdehnung ist und gegenüber den Korngrößen der Schicht einen bestimmten Größenfaktor nicht überschreitet, lässt sich die Schichtdicke durch Zuführen von mechanischer Verdichtungsarbeit in Abhängigkeit von den plastischen Fließeigenschaften des Materials prozentual in sehr kleinen Schritten verkleinern. Die erreichbare Genauigkeit ist dabei u. a. abhängig vom Größenmaßstab des Kornhaufwerkkomplexes. Je kleiner Kömer und Ausgangsschichtdicke sind, desto genauer ist die Schichtdicke absolut variierbar und desto genauer kann die Höhenjustage für eine Auflagerung der Schienenstützkonstruktionen erfolgen. Verfahrenstechnisch darf die endgültige Schichtdicke jedoch aus Gründen einer erfindungsgemäß gewünschten Verbundtragfähigkeit einen vom Größtkorndurchmesser abhängigen Wert nicht unterschreiten.
In Fällen, wo gegenüber der Flächenausdehnung oder den verwendeten Korngrößen eine große Dicke der Ausgleichsschicht erforderlich wird, können - wie bei bekannten Brückenlagern aus bewehrtem Elastomer - Bleche, Netze oder Membranen als Bewehrungszwischenlagen angeordnet werden, um vorgenannte geometrische Randbedingung wenigstens teilschichtweise zu erfüllen. - Das erfindungsgemäße thermoplastische Bindemittel hat die Aufgabe, das Kornhaufwerk dauerbeweglich zusammenzuhalten und die Lage der Einzelkörner zueinander weitgehend zu erhalten und zu sichern, wenn die Höhenjustierung abgeschlossen ist. Eine willkommene und erfindungsgemäß genutzte Nebenwirkung des immer auch mit Wärmeentwicklung und großen Druckspannungen verbundenen Verdichtungsvorgangs ist das adhäsive Anheften der Ausgleichsschicht an der Tragkonstruktion. Dadurch wird auch ein zeitliches und verfahrenstechnisches Entkoppeln des Aufbringens der Ausgleichsschicht mit Höhenjustierung vom Anordnen der Schienenstützkonstruktionen mit Seitenjustierung ermöglicht.
Die erfindungsgemäße Ausgleichsschicht ist auch bezüglich der Lagerungseigenschaften der Schienenstützkonstruktionen vorteilhaft. Sie ist bei entsprechend großer Verdichtung dauerhaft hochelastisch und bei kleiner Schichtdicke extrem steif, d. h. die Zusammendrückung und die Schubverzerrung der Ausgleichsschicht ist weit geringer als die bekannter Verformungslager und ebenso geringer als die für Magnetbahnfahrwege einzuhaltenden Verschiebungsgrenzwerte. Deshalb ist eine erfindungsgemäße Ausgleichsschicht vorteilhaft zur Auflagerung der Schienenstützkonstruktionen eines Transrapid-Fahrwegs geeignet. - Erfindungsgemäß ist vorgesehen, nach Herstellung der Tragkonstruktion und Abklingen der Sekundärsetzungsvorgänge im Unterbau des Fahrweges die Höhenjustierung endgültig in geforderter Genauigkeit vorzunehmen. Dazu können dafür ausgelegte Maschinen die Tragkonstruktion befahren und diese als fixe Mess- und Arbeitsebene nutzen. Jede Schienenstützstelle kann dadurch einzeln eingemessen und erfindungsgemäß durch Auftrag und Bearbeitung der Ausgleichsschicht derart nivelliert werden, dass auch bei geneigter Fahrwegebene die geforderte Lage und Orientierung der angeordneten Schienenstützkonstruktion gewährleistet ist. Damit werden die gemäß Stand der Technik latent vorhandenen Höhendifferenzen zwischen benachbarten Schienenstützpunkten vorteilhaft vermieden und eine bessere Fahrwegstrukturebenheit erzielt.
- Nach Aufbringen der Ausgleichsschichten oder gleichzeitig mit diesen können die Schienenstützkonstruktionen auf die Tragkonstruktion aufgebracht und nahezu beliebig genau seitenjustiert werden. Für die Erfindung ist es unerheblich, wie die Schienenstützkonstruktion geartet ist. Im einfachsten Fall kann sie aus einer bekannten Konstruktion aus Beton, Stahl oder Gussmaterial bestehen, wie sie zur Schienenbefestigung auf Betonquerschwellen oder Stützpunktauflagerung auf Betontragplatten Anwendung findet. Bekannte Stahlschwellen und Rippenplatten sind als Schienenstützkonstruktionen ebenso möglich wie Ein- oder Zweiblockschwellen, Platten, Roste oder allgemein Stabwerke aus Beton. Holz- oder Kunststoffschwellen wären für erfindungsgemäßen Schienenfahrweg zwar ungewöhnlich, aber prinzipiell geeignet.
- Infolge Eigengewichtslast der Schienenstützkonstruktion oder mittels zusätzlich aufgebrachter statischer oder dynamischer Auflast erfolgt die Verdichtung der Ausgleichsschicht und endgültige Höhenjustierung mittelbar über die Schienenstützkonstruktion. Die Oberflächen der Ausgleichsschichten formen sich dabei formtreu und kraftschlüssig an die Kontur der Kontaktflächen mit Trag- und Schienenstützkonstruktion an und bildet somit mittelbar einen innigen Formverbund zwischen Tragkonstruktion und Schienenstützkonstruktion aus.
- Eine willkommene und erfindungsgemäß genutzte Nebenwirkung des mit Wärmeentwicklung oder lokalen Spannungsdifferenzen verbundenen Verformungsvorgangs ist das adhäsive Anheften der Trag- oder Schienenstützkonstruktion an der erfindungsgemäßen Ausgleichsschicht. Dieser Vorgang ist dauerhaft reversibel, sodass bei Stützstellen, bei denen im Extremfall aufgrund kurzzeitiger Überbeanspruchung der Form- oder Haftverbund lokal verloren geht, dieser sich nach einigen Zugüberfahrten und Temperaturzyklen vorteilhaft selbstheilend wieder einstellt.
Die erfindungsgemäß bedingte Kombination von Form- und Haftverbund in der Ausgleichsschicht hat zusätzlich den Vorteil, dass kleine und kurzzeitige Scherbeanspruchungen rein elastisch über den Haftverbund, große und langzeitige Scherbeanspruchungen über das hochelastische Korngerüst der Ausgleichsschicht dauerhaft und nahezu ohne plastische Verzerrungen und damit verbundene Lageänderungen übertragen werden.
Die Tragwirkung der Ausgleichsschicht als Verbundfuge ermöglicht in Erweiterung der Erfindung die vorteilhafte Verwendung von Zugankern zur Befestigung der Schienenstützkonstruktionen - insbesondere in Form von Rippenplatten oder dergleichen - auf der Tragkonstruktion, die im Gegensatz zu Dübeln keinen seitlichen kraftschlüssigen Formverbund zwischen Schienenstützkonstruktion und Tragkonstruktion bewirken müssen und derartige Stützpunktbefestigungen deshalb in Investition und Unterhaltung kostengünstiger sind. Bis zur Montage der nachträglich einbringbaren Anker sichert der Haftverbund der Ausgleichsschicht konstruktiv die Lage der Schienenstützkonstruktion auf der Tragkonstruktion.
Je nach Umgebungstemperatur kann es vorteilhaft sein, beim erfindungsgemäßen Höhenjustage- und Verdichtungsvorgang zusätzlich Wärmeenergie zuzuführen, um durch Aufschmelzen des Thermoplastes den Verdichtungsvorgang zu vereinfachen oder das Anheften der Ausgleichsschicht an den Bauteilkontaktflächen zu verbessern.
Erfindungsgemäß kann die Ausgleichsschicht als Stapel von vorgefertigten dünnen Werkstoffplatten aufgetragen werden. Die Plattenformteile können in den Flächenabmessungen vorteilhaft etwas größer als die spätere Kontaktfläche mit der Schienenstützkonstruktion sein, um Freiheiten für die seitliche Lagejustierung der Schienenstützkonstruktion zu behalten. Aus Gründen wirtschaftlicher Lagerhaltung und Baulogistik erscheint es vorteilhaft, die Werkstoffplatten in wenigen aufeinander abgestimmten Dicken vorzuhalten und den Höhenanforderungen entsprechende Plattenstapel durch Kombination geeigneter Plattendicken vor Ort zusammenzustellen. Die einzelnen Platten können vorteilhaft auch aus unterschiedlichen Materialmischungen zusammengesetzt sein, z. B. dünnere Platten aus feinkörnigem hartem eckigem Quarzsand zur Anordnung an Kontaktflächen mit Stahlbauteilen oder dickere Platten aus kostengünstigerem Mittelsand für größeren Höhenausgleich oder zur Anordnung an Kontaktflächen mit Asphalt-, rauen Beton- oder Kunststoffbauteilen. - In Erweiterung der Erfindung sind die Platten in den Randbereichen im Gegensatz zu den Plattenkernbereichen mit thermoplastischem Bindemittel angereichert. Dies verbessert zum einen den konstruktiven Haftverbund zwischen den Platten und den angrenzenden Bauteilflächen und reduziert vorteilhaft die randnahen Druckspannungsspitzen zur Vermeidung von Materialabplatzungen in den Schienenstützkonstruktionen, weil das statisch wirksame Korngerüst durch den mittels Bindemittel reduzierten direkten Korn-zu-Korn-Kontakt nachgiebiger ist und ab einem über Mengenverhältnis und Verdichtungsmaß definiertem Spannungsniveau zu fließen beginnt. In den Kernbereichen der Platten ist jedoch in der Regel ein steifes hochelastisches Korntraggerüst für eine gute kraftschlüssige Formverbundwirkung vorteilhaft.
- Die Erfindung genießt den großen Vorteil, dass das Herstellen der Ausgleichsschicht nicht an zeitabhängige Verfestigungsvorgänge durch Abbinden oder Aushärten gebunden ist. Die Ausgleichsschicht ist durch die Trageigenschaften des verwendeten Werkstoffs nach Aufbringen und Höhenjustage praktisch instantan belastbar. Dadurch ist es z. B. im Falle von lokalen Instandsetzungsmaßnahmen von Festen Fahrbahnen möglich, eine Lagenachjustierung unter dem örtlich angehobenen Gleisrost vorzunehmen und den Gleisrost sofort auf dem ggf. neuen Ausgleichspolster abzusetzen. Bei Ersatz einzelner Ausgleichspolster ist es darüber hinaus nicht erforderlich, die Höhenjustierung aktiv vorzunehmen. Dies erfolgt nämlich automatisch und weitgehend höhengerecht unter der dynamischen Belastung weniger Zugüberfahrten, wenn die Schichtdicke des Ausgleichspolsters geeignet gewählt wird.
In der Praxis ist es aus verschiedenen Gründen kaum wirtschaftlich möglich, Bodenverformungen generell oder dauerhaft zu vermeiden. Deshalb muss immer mit örtlich begrenzten Bodenverformungen unter einem ebenerdigen Schienenfahrweg und damit verbundenen nicht tolerierbaren Lageveränderungen gerechnet werden. Auch können Havarie oder höhere Gewalt Teile des Schienenfahrwegs beschädigen. Es kommt dann darauf an, dass die Gleislage des Schienenfahrwegs unter Wahrung der Verhältnismäßigkeit der Mittel korrigiert werden kann. Die erfindungsgemäße Herstellung des Schienenfahrwegs ist vorteilhaft darauf ausgelegt. - Für erfindungsgemäßen Formverbund vorteilhafte Rauhigkeiten der Bauteiloberflächen genügen die bei wirtschaftlichster Herstellung von Tragkonstruktion und Schienenstützkonstruktionen automatisch entstehenden Kontaktoberflächen vollauf. Bei Verwendung von Quarzsand für erfindungsgemäße Ausgleichsschicht prägen sich die harten spitzen Sandkörner auf Dauer sogar in glatt geschliffene Stahloberflächen kraftschlüssig ein. Auch augenscheinlich glatte Betonoberflächen haben eine zumindest unterschiedlich steife Oberflächenstruktur aus harten Zuschlagskörnern und weicheren mit Bindemittel gefüllten Vertiefungen, in die Sandkörner kraft- und formschlüssig eingreifen. Ein guter kraftschlüssiger Formverbund entsteht auch zwischen erfindungsgemäßer Ausgleichsschicht und einer Kunststofffläche, z. B. einer bekannten Schwellenbesohlung.
- Durch das vorteilhafte Verbundverhalten stellt die Ausgleichsschicht in der Summe der einzelnen Ausgleichspolster unter den Schienenstützkonstruktionen eine gesamtheitlich dauerbeständig wirksame Verbundfuge dar, die geeignet ist, die monolithische Tragkonstruktion mit einer dazu geeignet ausgestalteten Schienenstützkonstruktion zu einem zuverlässig wirksamen Verbundtragwerk zu vereinen.
- Um dies zu bewirken, wird in Erweiterung der Erfindung vorgeschlagen, die Schienenstützkonstruktionen in Fahrwegebene mittels Aussteifungselementen kraftschlüssig zu einer schersteifen Druckscheibe zu koppeln. Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, zwischen den als Querschwellen oder plattenartigen Tragwerken ausgebildeten Schienenstützkonstruktionen vorgefertigte Zwischenelemente druckkraftschlüssig und schersteif anzuordnen. Durch selbsttätiges Verkeilen der Zwischenelemente infolge ihres Eigengewichts oder zusätzlich unterstützt durch Vorspannen der Zwischenelemente mit Ankern gegen die Tragkonstruktion, wird zum einen eine erfindungsgemäße druck- und schersteife Scheibe gebildet, zum anderen werden gleichzeitig die Schienenstützkonstruktionen zwecks Verbesserung der Verbundwirkung infolge Erhöhung des Spannungsniveaus in der Ausgleichsschicht mit Gewichtskraft dauerbelastet und somit die Lagesicherheit der Schienenstützkonstruktionen vergrößert. Gleichzeitig wird die für vorteilhafte Wirkung der Schienenfahrwegkonstruktion als Verbundtragwerk erforderliche Scherfuge in der Ausgleichsschicht zwischen Druckscheibe und Tragkonstruktion gesichert.
- Die Kraftübertragung zwischen Schienenstützkonstruktionen und Zwischenelementen erfolgt über Kontaktpressung oder Verbund an den Flanken der keilförmig ausgebildeten Zwischenelemente. Eine gleichmäßige Kontaktpressung ist geometrisch bedingt auch dann gewährleistet, wenn Schwellen aufgrund von Kurvenlagen nicht parallel zueinander liegen. Das kurveninnenseitige Ende des Zwischenelementes liegt dann etwas höher als das kurvenaußenseitige. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen den Kontaktflächen der gleiche Werkstoff wie in der erfindungsgemäßen Ausgleichsschicht zwischen Tragkonstruktion und Schienenstützkonstruktionen angeordnet. Damit können ungleichmäßige Normalspannungsverteilungen in leicht verdreht zueinander liegenden Kontaktflächen infolge Kuppen- und Senkenverlauf der Fahrbahntrasse ausgeglichen werden. Durch die schwebende Keillage der Zwischenelemente stellt sich im Verlauf einiger Temperaturzyklen automatisch eine in der Größe mit der Temperatur schwankende, aber beständig vorhandene Druckvorspannung in erfindungsgemäßer Scheibe ein, da die bei niedrigen Temperaturen verkleinerten Zwischenelemente infolge Eigengewicht oder künstlich aufgebrachter Vorspannung nachsacken, aber bei Temperaturdehnung infolge Verbundwirkung in den Kontaktfugen nicht auftreiben können. Durch Wahl der Flankenneigungen gegen die Fahrwegebene kann dieser Vorgang gesteuert werden.
Außer dass die Zwischenelemente die Gesamtmasse speziell von Festen Fahrbahnen gegen Schwingungsanregung vergrößern, bewirkt die erfindungsgemäße Verbundkonstruktion die vom klassischen Schotteroberbau bekannte und gewünschte GewölbetragWirkung. In Fahrwegbereichen mit kleinen Kurvenradien oder großen Abhebekräften kann es vorteilhaft sein, die Zwischenelemente zusätzlich mit Ankern gegen die Tragkonstruktion vorzuspannen, um die Verbundsteifigkeit des Gesamttragwerks zu erhöhen.
Bei Festen Fahrbahnen mit Asphalttragschicht schützt die erfindungsgemäße Scheibenkonstruktion die Oberfläche der Asphaltschicht vor Wärme- und UV-Strahlung. Zusätzlich dazu oder zur Erhöhung des Querverschiebewiderstandes der Schienenstützkonstruktion können bekannte Anschotterung oder weitere Fertigteilelemente an den Fahrwegseiten angeordnet werden.
Bei der Anordnung von breiten Schwellen oder plattenartigen Schienenstützkonstruktionen, insbesondere bei Schienenfahrwegen für Magnetschwebebahnen, kann es aus Gründen der Befestigungsredundanz, zur Begrenzung von Aufbiegungen oder zur Erhaltung eines lokalen Vorspannungsniveaus in der Druckscheibe bei Instandsetzungsarbeiten vorteilhaft sein, auch die Schienenstützkonstruktionen selbst gegen die Tragkonstruktion zu verankern.
Ebenso kann es aus Schallschutzgründen vorteilhaft sein, Zwischenelemente oder plattenartige Schienenstützkonstruktionen schalldurchlässig oder schallabsorbierend auszugestalten.
In Erweiterung der Erfindung wird vorgeschlagen, Zwischenelemente, Schienenstützkonstruktionen oder weitere Fertigteilelemente in Struktur oder Oberfläche nach dem Prinzip bekannter Gittersperren für Viehgehege so auszugestalten, dass Wild- oder Huftieren der Übertritt über den Fahrweg verleidet wird. Damit kann tendenziell bewirkt werden, dass Tiere das für sie gefährliche Interesse verlieren, sich in der Nähe von Schnellbahntrassen aufzuhalten. - Erfindungsgemäße Schienenfahrwege und Bauteile sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend erläutert.
Es zeigen - Fig. 1
- schematisch einen erfindungsgemäßen Schienenfahrweg im Querschnitt, wobei der linke Fahrwegteil andeutungsweise für eine Magnetschwebebahn, der rechte Fahrwegteil analog für eine Feste Fahrbahn dargestellt ist,
- Fig. 2
- schematisch eine erfindungsgemäße Einzelstützenauflagerung auf dem Ausschnitt einer Tragkonstruktion einer Festen Fahrbahn im Querschnitt,
- Fig. 3
- schematisch eine erfindungsgemäße Ausgleichsschicht im Grundriss,
- Fig. 4
- einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Festen Fahrbahn in Draufsicht,
- Fig. 5
- einen Längsschnitt der Festen Fahrbahn aus Fig. 4,
- Fig. 6
- einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Magnetbahnfahrwegs in Draufsicht,
- Fig. 7
- einen Längsschnitt des Magnetbahnfahrwegs aus Fig. 6.
- Fig. 1 zeigt erfindungsgemäßen Schienenfahrweg in zwei für den jeweiligen Fahrzeugtyp angedeuteten Varianten.
Links in Fig. 1 ist eine Fahrweghälfte für eine Transrapid Magnetschwebebahn dargestellt. Die Schienen 1 sind in der Darstellung aus den bekannten einzelnen Funktionsebenen zusammengefasst dargestellt. Die Schienenstützkonstruktion 2 trägt die Schienen 1 an ihren Kragplattenenden. Sie kann entsprechend Fig. 6 und 7 z. B. als Querschwelle, gelochte Platte oder aufgelöste Plattenkonstruktion ausgebildet sein. Die Schienenstützkonstruktion 2 ist über die erfindungsgemäße Ausgleichsschicht 4 lagegerecht mit der Tragkonstruktion 3 verbunden. Die Tragkonstruktion 3 besteht aus Beton oder einem anderen festen Baustoff.
Rechts in Fig. 1 ist eine Fahrweghälfte einer erfindungsgemäßen Festen Fahrbahn dargestellt. Die Schienenstützkonstruktion 2 ist entsprechend Fig. 4 und 5 als durchgehende oder unterstrukturierte Querschwelle oder als Einzelstütze ausgebildet. Die Schienen 1 sind mittelbar über Schienenstützkonstruktion 2 und über die erfindungsgemäße Ausgleichsschicht 4 lagegerecht mit der Tragkonstruktion 3 verbunden. Die Tragkonstruktion 3 besteht aus einer bekannten Asphalt- oder Ortbetontragschicht. - Fig. 2 zeigt schematisch die Ausgestaltung eines Einzelstützpunkts einer Schiene 1 auf der Tragschicht 3 einer Festen Fahrbahn. Die Schienenstützkonstruktion 2 kann eine bekannte Rippenplatte sein, deren Kontaktoberfläche mit der Ausgleichsschicht 4i für einen guten Formverbund z. B. auch eine feine Waffelstruktur aufweisen kann. Die Ausgleichsschicht 4 besteht hier aus einem Stapel der Ausgleichsschichten 4i, 4k, und 4l, wobei zusätzlich eine Bewehrungszwischenlage 5 zwischen den Ausgleichsschichten 4i und 4k angeordnet ist. Die einzelnen Ausgleichsschichten 4i, 4k, und 4l können sich sowohl in Dicke und Abmessungen als auch in der Werkstoffzusammensetzung unterscheiden. Die einzelnen Ausgleichsschichten sind als vorgefertigte Platten ausgestaltet. Die Schienenstützkonstruktion 2 kann mit Ankern 6 auf der Tragkonstruktion 3 befestigt oder gegen die Oberfläche der Tragkonstruktion 3 vorgespannt sein. Wegen der Scherverbundwirkung der Ausgleichsschicht 4 sind keine Dübel zur Sicherung des Querverschiebewiderstandes erforderlich.
- Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäß ausgestaltete Ausgleichsschichtplatte 4 im Grundriss. Die Plattenränder 4b können gegenüber dem Kernbereich 4a mit thermoplastischem Bindemittel angereichert sein. Dies bewirkt einen besseren Haftverbund einzelner Ausgleichsschichten in einem Stapel untereinander in den Randbereichen 4b oder eine entsprechend bessere lokale Haftung an den Schienenstützkonstruktionen 2, der Tragkonstruktion 3 oder den Bewehrungszwischenlagen 5. Wenn die Randbereiche 4b eine höhere plastische Stabilität aufweisen, werden Spannungsspitzen an den Bauteilrändern leichter abgebaut oder die Dauerbeständigkeit von über die Bauteile überstehenden Bereichen der Ausgleichsschichten wird verbessert. Ebenso können die Dränage- oder Abdichtungseigenschaften der Ausgleichsschicht damit gesteuert werden. Wegen des erfindungsgemäß geringen Volumenbedarfs des thermoplastischen Bindemittels kann gesamtkostengünstig dafür auch hochwertiger Kunststoff verwendet werden.
- Fig. 4 und 5 zeigen einen Ausschnitt aus einem Schienenfahrweg in unterschiedlichen Ausgestaltungsmöglichkeiten einer erfindungsgemäßen Festen Fahrbahn. Die Schienen 1 sind auf Schienenstützkonstruktionen 2 in Form von Querschwellen und Einzelstützen angeordnet. Die Schienenstützkonstruktionen 2 sind über Ausgleichsschichten 4 auf der Tragkonstruktion 3 des Fahrweges höhen- und lagegerecht aufgelagert und über die Verbundwirkung der Ausgleichsschicht elastisch lagegesichert. Erfindungsgemäß sind Zwischenelemente 7 in den Schwellenfächern auf den Schienenstützkonstruktionen 2 mit Keilwirkung aufgelagert.
In der links dargestellten Variante stützt sich das Zwischenelement 7 als Gewölbedruckplatte an vier Stellen der Schienenstützkonstruktionen auf und steift diese als Scheibe aus. Gleichzeitig wird die Schienenstützkonstruktion mit dem Eigengewicht des Zwischenelements belastet. In diesem Zwischenelement sind Löcher zur Befestigung mit Ankern 6 oder Vorspannen gegen die Tragkonstruktion 3 oder zum Aufnehmen oder Versetzen mit Eingreifwerkzeugen angeordnet dargestellt. Die gewölbte Unterseite der Zwischenelemente sorgt für ungehinderten Abfluss von Oberflächenwasser. Die bei dieser Variante offenen Stirnseiten der Zwischenelemente 7 können mit bekannter Anschotterung 9 konstruktiv und wasserdurchlässig verschlossen werden. Die Zwischenelemente 7 können für Schallabsorption aus Haufwerkbeton hergestellt sein. - In der rechts dargestellten Variante der Zwischenelemente 7 wird eine aufgelöste Plattenkonstruktion in gleicher Weise und mit gleicher Wirkung wie vor gelagert. In vorteilhafter Ausgestaltung ist das Zwischenelement 7 für Schall und Niederschlagswasser durchlässig ausgebildet. Durch die gegenüber der Tragkonstruktion 3 überhöhte Aufstützung auf der Schienenstützkonstruktion 2 entsteht zwischen den Bauteilen ein umschlossener Raum, in den Schall geleitet und absorbiert wird. Zum seitlichen Abschluss des Raumes kann wie vor eine Anschotterung 9 oder die Anordnung von Fertigelementen 10 dienen. Vermutlich füllt sich der Raum mit der Zeit automatisch mit organischem Material, was der weiteren Schallabsorption dient. Zur Beschleunigung des Vorgangs kann der Raum vorteilhaft bereits bei Herstellung des Fahrweges mit Fasergewirr, z. B. Strohmatten, gefüllt werden. Wenn dieses Wirkungsbild nicht gewünscht ist, kann der Raum stattdessen automatisch mit Niederschlagswasser gespült oder in analoger Weise künstlich gereinigt werden.
In weitergehender vorteilhafter Ausgestaltung ist die Oberseite des Zwischenelementes 7 nach dem Prinzip bekannter Gittersperren für Viehgehege strukturiert, sodass Wild- und Huftiere am Übertritt des Fahrweges gehindert werden. Gleichwohl kann das derart ausgestaltete Zwischenelement 7 mit gummibereiften Fahrzeugen befahren werden. Zu den Seiten des Fahrweges hin wird das Wirkungsbild durch entsprechende Ausgestaltung der Fertigelemente 10 ergänzt.
Zwischen den Zwischenelementen 7 oder Fertigelementen 10 und den Schienenstützkonstruktionen 2 sind Verbundschichten 8 angeordnet, die in Materialien, Konstruktion oder Verbundwirkungsweise der Ausgleichsschicht 4 gleichen. - Fig. 6 und 7 zeigen analog einen Ausschnitt aus einem Schienenfahrweg in links, Mitte und rechts unterschiedlichen Ausgestaltungsmöglichkeiten eines erfindungsgemäßen Magnetbahnfahrweges. Die Schienen 1 sind an Schienenstützkonstruktionen 2 in Form von Kragplatten angeordnet. Die Schienenstützkonstruktionen 2 sind über Ausgleichsschichten 4 auf der Tragkonstruktion 3 des Fahrweges höhen- und lagegerecht aufgelagert und über die Verbundwirkung der Ausgleichsschicht 4 elastisch miteinander verbunden. Erfindungsgemäß sind Zwischenelemente 7 in den Stößen der Schienenstützkonstruktionen 2 mit Keilwirkung angeordnet dargestellt.
In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Magnetbahnfahrwegs sind die Schienenstützkonstruktionen 2 als isotrop steife Stahl- oder Spannbetonplattentragwerke oder anisotrop steife Stahl-/Kunststoff-/Beton-Verbundkonstruktionen ausgestaltet. - Zur Optimierung der Gesamtwirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Fahrweges besteht die Wahlmöglichkeit aus unterschiedlichen Ausgestaltungsvarianten der Schienenstützkonstruktionen 2. Querschwellen ähnliche Konstruktionen erfordern etwas höheren Investitions- und Verlegeaufwand, haben aber Vorteile beim Temperaturdehnungsverhalten oder Instandsetzungsaufwand. Bezüglich Schallemissionsverhalten und Durchlässigkeit für Niederschlagswasser können auch gelochte Plattenkonstruktionen als Schienenstützkonstruktion 2 vorteilhaft sein. Luftdurchlässige Plattenkonstruktionen verbessern auch das Schwingungsverhalten der Tragkonstruktion aus aerodynamischer Druck/Sog-Schwingungsanregung. Aufgelöste Plattenkonstruktionen oder Stabwerke aus biegesteifen Querschwellen mit reduzierter Drucksteifigkeit in Fahrweglängsrichtung sind vermutlich in der Herstellung etwas teurer, weisen aber ein bezüglich Dauerhaftigkeit günstigeres Temperaturzwangverhalten auf.
Zwischen Schienenstützkonstruktionen 2 und keilartigen Zwischenelementen 7 sind zum Ausgleich von Zwangsspannungen, z. B. aus behinderter Temperaturdehnung, Ausgleichsschichten 8 angeordnet, die in Materialien, Konstruktion oder Verbundwirkungsweise den Ausgleichsschichten 4 ähnlich sind. Die Zwischenelemente sind mit definierter und dauerhafter Vorspannkraft gegen die Tragkonstruktion vorgespannt. Je nach Flankenneigung der Zwischenelemente 7 und Vorspannkraft der Anker 6 sind die Schienenstützkonstruktionen 2 dementsprechend mehr oder weniger als Druckscheiben vorgespannt. Dadurch entsteht eine durchgehend schersteife Queraussteifung der Fahrwegkonstruktion für eine bessere Dauerhaftigkeit und Lagesicherung der Gesamtkonstruktion. Zusätzlich kann es vorteilhaft sein, die Schienenstützkonstruktionen 2 selbst in einzelnen Stützpunkten mit Ankern 6 gegen die Tragkonstruktion 3 zu spannen. Über den Verschiebewiderstand der Ausgleichsschichten 4 aus Verbundwirkung wird es dadurch möglich, einzelne Schienenstützkonstruktionen 2 auszuwechseln, ohne den Druckvorspannungszustand in der Scheibe über lokal begrenzte Bereiche hinaus aufheben zu müssen.
Claims (12)
- Verfahren zur Herstellung eines Schienenfahrwegs, insbesondere für Eisen- oder Magnetschwebebahnen, bestehend aus Ober- und Unterbau, wobei der Oberbau wenigstens besteht aus Schienen (1), Schienenstützkonstruktion (2) und einer Tragkonstruktion (3), wobei die Tragkonstruktion (3) aus im wesentlichen Beton oder Asphalt oder einer Kombination daraus besteht und wenigstens zwischen der Schienenstützkonstruktion (2) und der Tragkonstruktion (3) eine Ausgleichsschicht (4), bestehend aus einer Mischung aus einem Kornhaufwerk und einem thermoplastischen Bindemittel, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schienenstützkonstruktion (2) über die Ausgleichsschicht (4) auf der Tragkonstruktion (3) lagejustiert angeordnet und durch mechanisches Verdichten des Kornhaufwerks wenigstens infolge Eigengewicht der Schienenstützkonstruktion (2) oder durch zusätzlich aufgebrachte statische oder dynamische Auflast höhenjustiert wird und dass zwischen der Schienenstützkonstruktion (2) und der Tragkonstruktion (3) über die Ausgleichsschicht (4) infolge Anformung der Oberfläche der Ausgleichsschicht an die jeweilige Kontaktfläche wenigstens ein inniger Formverbund bewirkt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsschicht (4) aus einem Stapel vorgefertigter Plattenformteile besteht, die sich in Materialien, Konstruktion oder Abmessungen unterscheiden.
- Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kernbereich (4a) der Ausgleichsschicht (4) nur solche Mengen eines inkompressiblen thermoplastischen Bindemittels enthält, dass bei maximaler Verdichtung des Kornhaufwerks der Porenraum des Kornhaufwerks mit dem Bindemittel weniger als vollständig ausgefüllt ist.
- Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Randbereich (4b) der Ausgleichsschicht (4) solche Mengen eines thermoplastischen Bindemittels enthält, dass bei einem definierten Verdichtungsmaß des Kornhaufwerks der Porenraum mit dem Bindemittel vollständig ausgefüllt ist.
- Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum mechanischen Verdichtungsvorgang wenigstens der Ausgleichsschicht (4) Wärme zugeführt wird.
- Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Ausgleichsschicht (4) wenigstens eine Bewehrungszwischenlage (5) angeordnet ist.
- Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schienenstützkonstruktionen (2) mit Ankern (6) mittelbar über die Ausgleichsschicht (4) gegen die Tragkonstruktion (3) gespannt werden.
- Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Zwischenelemente (7) zwischen den Schienenstützkonstruktionen (2) derart angeordnet sind, dass durch das Eigengewicht der auf der Ausgleichsschicht lastenden Konstruktion oder durch zusätzlich angeordnete Anker (6) die Schienenstützkonstruktionen (2) mittelbar über die Ausgleichsschicht (4) gegen die Tragkonstruktion (3) gespannt werden und gleichzeitig die Zwischenelemente (7) zusammen mit den Schienenstützkonstruktionen (2) eine in Längs- und Querrichtung des Schienenfahrweges druck- und schersteife Scheibe bilden.
- Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Schienenstützkonstruktionen (2) und den Zwischenelementen (7) Ausgleichsschichten (8) angeordnet sind.
- Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsschichten (8) in Materialien, Konstruktion oder Verbundwirkungsweise den Ausgleichsschichten (4) gleichen.
- Schienenfahrweg, insbesondere Feste Fahrbahn für Eisenbahnen, bestehend aus Ober- und Unterbau, wobei der Oberbau wenigstens besteht aus Schienen (1), Schienenstützkonstruktionen (2), Zwischenelementen (7) und einer Tragkonstruktion (3), wobei die Zwischenelemente (7) zwischen den Schienen (1) oder Schienenstützkonstruktionen (2) den Zwischenraum ausfachend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenelemente (7) gemäß dem Prinzip von Gittersperren für Viehgehege derart angeordnet und strukturiert ausgebildet sind, dass Wild- oder Huftieren der Übertritt über den Schienenfahrweg erschwert wird.
- Schienenfahrweg entsprechend vorherigem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass an den Außenseiten des Schienenfahrwegs Fertigelemente (10) gemäß dem Prinzip von Gittersperren für Viehgehege derart angeordnet und strukturiert ausgebildet sind, dass Wild- oder Huftieren der Übertritt über den Schienenfahrweg erschwert wird.
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