Untersuchungen zu den zulässigen zusätzlichen Schienenspannungen aus Interaktion Gleis/Brücke

Die Interaktion Gleis/Brücke bestimmt maßgeblich Konstruktion und Bemessung von Eisenbahnbrücken. Die Verschiebungen der Überbauoberkante von Eisenbahnbrücken infolge Temperaturschwankungen, Anfahren und Bremsen sowie Durchbiegung aus Lastmodell 71 führen insbesondere am beweglichen Lager wegen der Koppelung von Oberbau und Tragwerk zu Zwängungen und somit zu zusätzlichen Längsspannungen in der Schiene.

Der DIN-Fachbericht 101 und die Richtlinie 804 enthalten Regelungen zur Begrenzung der Schienenspannungen bzw. Bedingungen für die Anwendung eines vereinfachten Nachweisverfahrens, das nur für spezifische konstruktive Randbedingungen, Anforderungen an den Oberbau und die Begrenzung der Dehnlänge des Tragwerks gilt. So darf das vereinfachte Nachweisverfahren bei Stahlbrücken nur bei Dehnlängen bis 60m und Schienen 60 E2 (durchgehend geschweißt) mit schwerem Oberbau Schwelle B 70 angewendet werden. Zudem ist z. Zt. offen, inwieweit das vereinfachte Verfahren für die häufig im Bahnnetz vorkommenden Schienen 54 E4 und leichteren Schwellenarten angewendet werden darf.

Während im Oberbau die Tauglichkeit von Schienen im Rahmen eines Dauerfestigkeitsnachweises bestimmt wird, werden in dieser Arbeit in einem ersten Schritt vorhandene Bauteilversuche zur Bestimmung der Gestaltfestigkeit aus den 1970er/1980er Jahren neu ausgewertet, und die zulässigen Schienenspannungen im Rahmen von Ermüdungsnachweisen als Betriebsfestigkeitsnachweis auf der Basis akkumulierter Schadenssummen in Abhängigkeit von repräsentativen Streckenbelastungen, Oberbauarten und Steifigkeitsverhältnissen neu berechnet. Hierbei ergibt sich, dass die zulässigen zusätzlichen Zugspannungen für Schienen 54 E4 und 60 E2 unter gewissen Randbedingungen von 92 auf 112N/mm2 erhöht werden können. In einem zweiten Schritt ergeben rechnerische Untersuchungen zur Begrenzung der Druckspannungen im Rahmen der Verwerfungssicherheit, dass einerseits eine Erhöhung der zulässigen Spannungen auf größere Werte, z. B. 92N/mm2, möglich erscheint, wenn die Biegesteifigkeit des Gleisrostes erhöht wird - hierzu werden praxisnahe Vorschläge gemacht. Andererseits erfüllt auch der Schotteroberbau mit Schiene 54 E4 unter bestimmten Randbedingungen die bisher geltenden zulässigen zusätzlichen Schienenspannungen von 72N/mm2. Abschließend wurden an ausgeführten Stahlbrücken im Stützweitenbereich zwischen 70 und 104m die zusätzlichen Schienenspannungen ermittelt; hierbei ergibt sich, dass unter gewissen Randbedingungen auch bei Stützweiten von 70 bis 80m noch auf instandhaltungsintensive Schienenauszüge verzichtet werden kann.