ITP Zeitschel

Berechnung der Schienenspannungen

Bei der nichtlinearen Berechnung der Schienenspannungen handelt es sich um eine eisenbahnspezifische Aufgabenstellung. Bezeichnenderweise ist eine Berechnung per Hand nicht möglich. 

Eingangsgrößen

Gleis

  • ·         Anzahl der Gleise
  • ·         mögliche Fahrtrichtungen auf den Gleisen
  • ·         Gleisachse (ggf. Bogenatmung)
  • ·         Gleisoberbau (Schotter, Schienen, Schwellen, Schienenbefestigung mit reduzierten Durchschubwiderstand, ggf. Schienenbefestigungen mit freiem Durchschub)

Belastung

  • ·         Lastmodelle (vertikal und horizontal) bzw. Streckenklasse·        
  •       Klassifizierungsfaktor (nur für belastete Gleise)
  • ·         Zuglänge
  • ·         Temperatur
  • ·         ggf. Kriechen und Schwinden

Überbau

  • ·         statisches System
  • ·         Stützweite bzw. Ausgleichslänge
  • ·         Material
  • ·         Steifigkeit

Unterbauten

  • Steifigkeit K
  • Bodengutachten (ggf. dynamische Steifigkeit des Baugrunds)

Geometrie

  • ·         Konstruktionshöhe
  • ·         Höhe des Oberbaus

Literatur

Zum Thema "Berechnung von Schienenspannungen"  liegt nachstehende Literatur vor:

  1. Handbuch Eisenbahnbrücken, Abschn. 4.2 und 10.4
  2. Handbuch Entwerfen von Eisenbahnbrücken, Abschn. 10.4
  3. Menge, Petrascheck; Interaktion Gleis - Tragwerk - Entwurfskriterium der Steyrtalbrücke, Bauingenieur , April 2013, (Q1)
  4. ThyssenKrupp GfT Gleistechnik, Oberbauhandbuch

s. Repositorium: Schienenspannungsberechnung

zukünftige Berechnungen?

An der TU München laufen intensive Forschungen zur Thematik Gleislagestabilität: dabei werden neben den Längssverschiebewiderständen auch noch Querverschiebewiderstände und Verdrehwiderstände angesetzt. Diese Widerstände sind allesamt nichtlinear.
Außerdem werden auch noch Gleisrichtungsfehler betrachtet.

normative Vorgaben

Die DIN EN 1991-2 (bzw. der nationale Anhang) gibt Werte für die nichtlinearen Arbeitslinien vor. Diese können auch für Behelfsbrücken angesetzt werden.

Versagensformen

Im Sommer besteht die Gefahr von Gleisverwerfungen, im Winter von Schienenbrüchen.

klassisches Schienenprofil

Die in der Norm (Handbuch EC 1, Abschn. 6.5.4.5.1) angegeben zulässigen Spannungen gelten nur für das Profil UIC 60!

Quelle: ThyssenKrupp GfT Gleistechnik Oberbauhandbuch


Ziel der Berechnungen

  • ·         Ermittlung der zusätzlichen (charakteristischen) Schienenspannungen
  • ·         Nachweis der Verformungen
  • ·         ggf. Nachweis der Abhebekräfte
  • ·         Berechnung der Lasteinleitung in die Unterbauten

Modellbildung

Bei der Modellierung ist zu beachten:

  • ·         die Federsteifigkeit K sollte variiert werden
  • ·         es sind zwei Jahreszeiten zu betrachten, was auch unterschiedliche Verschiebewiderstandsgesetze zur Folge hat
  • ·         die unterschiedlichen Laststellungen erfordern ebenfalls unterschiedliche Verschiebewiderstandsgesetze
  • ·         für die durchgehenden Schienen genügt es, Fachwerkstäbe zu modellieren
  • ·         der Brückenüberbau ist ein Biegeträger
  • ·         besonders wichtig ist die korrekte Erfassung der vertikalen Abstände (Drehachse der Lager – Schwerachse Überbau – Schwerachse Schienenprofil)
  • die Federrichtung kann man recht gut über das lokale Koordinatensystem und den Federtyp steuern

Sinnvollerweise beträgt der Abstand zwischen den einzelnen Laststellungen ein ganzzahliges Vielfaches der Elementteilung. Gleiches gilt für die zu betrachtende Zuglänge. Für die Elementteilung sollte ein Meter angesetzt werden. Querschnittswerte der einzelnen Schienenprofile findet man im Oberbauhandbuch der Firma GfT Gleistechnik.

Die DIN EN 1991-2 zeigt im Bild 6.19 ein mögliches Modell.

Schienenspannungen im Lastfall Erwärmung

Repositorium

Schlagwort: "Schienenspannungsberechnung"

Norm

  • DIN EN 1991-2 Abschn. 6.5.4
  • Richtlinie 804.3401
  • Richtlinie 804.4110 Abschn. 6

Behelfsbrücken

In der RiLi 804.4110 Abschn. 7 (Auflagerkonstruktionen und Lager), Absatz 11 wird geregelt, was bei Baubehelfen zu planen ist. Ab 30m Gesamtlänge wird eine UiG erforderlich und es sind die Schienenspannungen... nachzuweisen.
s.a. Pfeifer R.H.; Mölter T.M. "Handbuch Eisenbahnbrücken" S. 324 ff.

Kontrolle, Kontrolle, Kontrolle

Die nichtlineare Berechnung von Schienenspannungen ist eine ziemlich komplexe Angelegenheit. Das verwendete Modell liefert vielleicht auch unerwartete Ergebnisse!

Deshalb sollte man sich einfache Lastfälle zum Testen des Modells überlegen und die so gewonnenen Ergebnisse auf Plausibilität prüfen. Manches Zwischenergebniss kann man auch zahlenmäßig kontrollieren.

Kontrolllastfall T

Schienenspannungen aus T

Bei einem symmetrischen System müssen die Temperaturlastfälle symmetrische Schnittgrößen ergeben.

fiktive Horizontalkraft

Ankerkräfte und Last

Eine gute Kontrolle besteht in der Untersuchung eine Horizontalkraft im Überbau. Dabei erkennt man die Verteilung dieser Last auf die Festlager (wenn es mehrere gibt). Ab einer bestimmten Lastgröße sollten auch die Federn nichtlinear reagieren. Weiterhin erkennt man die Übertragung der Last vom Überbau auf die Schiene, so zu sagen "entgegengesetzt".

Differenzen vergleichen

nichtlineare Arbeitslinien und Primärlastfall

Ein Feder hat bei jeder Belastung eine Federkraft und einen Federweg. Wenn nun die Federsteifigkeit zwischen zwei Lastfällen verändert wird und der vorherige Lastfall zugleich der Primärlastfall ist, stellt sich die Frage, ob die Federkraft und / oder der Federweg übernommen wird. Mit der nachstehenden Datei kann man das sehr anschaulich testen.

Testdatei

Letzte Änderung: Montag, 04.01.2016   |   Erstellt von TYPO3-Beratung.com, Nürtingen/Stuttgart