Die integrale Bauweise, bei der auf Lager und Fugen verzichtet wird, erlebt im Brückenbau eine Renaissance. Im Bereich der Eisenbahnbrücken sind kurze Rahmenbauwerke bewährter Stand der Technik und auf den Neubaustrecken der DB Netz wurde mit langen lager- und fugenlosen Brückenbauwerken das Potenzial der integralen und semi-integralen Bauweise aufgezeigt. Die Feste Fahrbahn ohne Schotter wurde parallel dazu gezielt weiterentwickelt und wird weltweit auf Neubaustrecken eingebaut. Je nach Ausführung wird der Bereich genormter und zugelassener Bauweisen dabei teilweise verlassen. Die Besonderheiten von Eisenbahnbrücken in integraler Bauweise und Bauarten der Festen Fahrbahn werden im Zusammenhang mit den eisenbahntechnischen Anforderungen und den verschiedenen technischen Regelwerken dargelegt. An einem Rahmenbauwerk mit Tiefgründung und schotterlosem Oberbau wird eine Parameterstudie durchgeführt. Auf Grundlage der Berechnung erfolgen die entwurfsplanerische Durchbildung und die Herausarbeitung von Grenzkriterien. Ergänzend dazu wird eine Eigenwertanalyse als Basis für genauere dynamische Betrachtungen durchgeführt sowie Hinweise für Ausführungsplanung und Realisierung gegeben.

Textprobe: Kapitel 3.7, Feste Fahrbahn und Längskraftabtragung auf Brücken: Die Randbedingungen beim Einsatz von Oberbausystemen der Festen Fahrbahn auf Brücken unterscheiden sich von der freien Strecke. Brücken stellen für den Oberbau einen vorwiegend setzungsfreien Untergrund dar. Die Bauwerke als solche unterliegen im Gegensatz zu Erdbauwerken jedoch größeren Verformungen infolge Temperaturbeanspruchungen, Verkehrslasten und Betonkriechen. Die Frosteinwirkung ist aufgrund der Exposition bei Brückenüberbauten ebenfalls intensiver. Grundsätzlich muss die Brückenabdichtung funktionstüchtig bleiben und insbesondere bei langen Eisenbahnbrücken eine lokale Instandsetzung des Oberbaus nach außergewöhnlichen Ereignissen wie Unfällen kurzfristig möglich sein. Auf Brücken gibt es drei übergeordnete Arten für die Auflagerung der Fahrbahnplatte: 1) kontinuierliche schwimmende Lagerung, über Fugen hinweg. 2) kontinuierliche schwimmende Lagerung, über Fugen unterbrochen. 3) kurze Fahrbahnplatten, über Fugen und auf Überbau unterbrochen. Es lässt sich allgemein zwischen Fester Fahrbahn auf langen Brücken und auf kurzen Brücken unterscheiden. Kurze Brücken betreffen im Zuge von Strecken mit schotterlosem Oberbau vor allem integrale Bauwerke wie Halbrahmen und Rahmen. Gegenstand der Betrachtung sind ausschließlich Massivbrücken. Die Unterscheidung nach Brückenlänge ist unter dem Gesichtspunkt der Längskraftabtragung von Bedeutung. Bei Überbauten kurzer Stützweite bzw. Ausgleichslängen bis 25 m können die Längskräfte aus dem Überbau vom Oberbau aufgenommen werden, ohne dass die zulässigen Spannungen in den lückenlos verschweißten Schienen überschritten werden. Größere Brückenlängen erfordern oberbauseitig eine gewisse Längsverschieblichkeit, um temperaturbedingte Längskräfte aus dem Überbau zu kompensieren und Schienenspannungen auf den zulässigen Bereich zu reduzieren. Die Nachgiebigkeit des Oberbaus in Längsrichtung wird auf langen Brücken durch eine modifizierte Schienenbefestigung gewährleistet. Dabei ist die Niederhaltekraft auf 9 kN je Stützpunkt bzw. 14 kN je m Schiene begrenzt und der Durchschubwiderstand reduziert wird. Die Längskräfte aus Bremsen/Anfahren werden bei kurzen Brücken von den Schienen und der gleitend gelagerten Oberbauplatte anteilig aufgenommen und weitergeleitet. Bei langen Überbauten mit größeren Lasten aus Anfahren und Bremsen ist die FF kraftschlüssig über Höcker mit Überbau verbunden. Über die Höcker werden die Horizontalkräfte in den Brückenüberbau eingetragen, sodass der Oberbau und damit die Schienen nur gering beansprucht werden. 3.8, Feste Fahrbahn auf langen Brücken: Das Grundsystem der Festen Fahrbahn auf langen Brücken ist statisch-konstruktiv bedingt die Segmentbauweise mit vorgefertigten Gleistragplatten. Auf mögliche Setzungen des Bauwerks im Bereich Pfeiler oder Widerlager reagiert der Oberbau unempfindlicher als in Form einer steifen durchlaufenden Platte, da zwischen Oberbau und Überbau gewisse Relativverschiebungen zulässig sind. Während auf Erdbauwerken Haftung und Reibung ausreichen, muss die Oberbauplatte auf Brücken zur Gewährleistung der Lagesicherheit Längskräfte aus Verkehr sicher aufnehmen und in den Überbau weiterleiten. Den Übergang von Brückenbauwerk zum Oberbau stellt bei Massivbrücken die Schutzbetonschicht von 11 cm mit Anschlussbewehrung dar. Auf dieser Schicht wird eine Höckerplatte mit Mindestdicke von 15 cm und mit rechteckigen Aussparungen betoniert. Vorgefertigte Gleistragplatten von etwa 30 cm Dicke greifen mit Schubnocken an der Unterseite in die Aussparungen der Höckerplatte ein. Damit werden Längskräfte aus Verkehr in die Festpunkte der Brücken abgetragen und ein Verschieben des Gleisrostes in Längs- und Querrichtung verhindert. Diese schwimmende Lagerung der Oberbauplatten ohne monolithischen Verbund mit dem Unterbau verringert zudem die Zwangskräfte infolge von Temperaturunterschieden. Die einzelnen Systeme unterliegen in der Regel Schutzrechten und können sich deshalb in den Details unterscheiden. Eisenbahnbrücken großer Länge haben mit Ausnahme integraler Bauwerke Lager und Fugen, die Wartung und Instandhaltung erfordern. Nach den Angaben der Rahmenplanung Talbrücken in Richtlinie 804.9020 Kap.15 werden an den Brückenfugen nach Möglichkeit auch die Stöße der Oberbauplatten angeordnet. Im Fall eines Lageraustausches lässt sich nach Lösen einzelner Schienenbefestigungen der Brückenüberbau mit Pressen um die gewünschte Höhe anheben. 3.9, Feste Fahrbahn auf kurzen Brücken: Auf kurzen Eisenbahnüberführungen mit einer Ausgleichslänge bis 25 m zwischen Festpunkt und beweglichem Lager wird die Feste Fahrbahn in gleicher Bauart wie auf den angrenzenden Erdbauwerken ausgeführt. Damit ist eine kontinuierliche und damit ökonomische Herstellung des Oberbaus ohne Wechsel der Bauart möglich. Kurze Brücken können allgemein in Rahmenbrücken und gelagerte Brücken unterteilt werden. Als zugelassenes System kann die Bauart Rheda mit trogförmiger Betontragschicht eingebaut werden. Auf den Schutzbeton des Brückenüberbaus wird zur Verminderung der Frostauswirkung eine Hartschaumplatte oder ein Leichtbeton von 5 cm Stärke aufgebracht. Der Betontrog wird auf einer elastischen Trennlage hergestellt. In den Trog wird der Gleisrost aus Mono- oder Zweiblockschwellen und der Zusatzbewehrung vorbereitet und ausgerichtet. Anschließend wird der Trog um die Schwellen ausbetoniert. In Querrichtung sichern einzelne Höcker die Stabilität des Oberbaus. Diese werden für Kräfte in Querrichtung wie Fliehkraft und Seitenstoß bemessen und seitlich der Betontragplatte auf den Schutzbeton betoniert. Eine Entkopplung von Oberbau und Betonüberbau wird durch eine Gleitschicht gewährleistet. Dafür wird unter der Betontragschicht eine Folie oder Bitumenlage eingebaut. Das lässt voneinander unabhängige temperaturbedingte Längsverformungen in der Fahrbahn und im Betonüberbau zu. Der Oberbau ist damit in Längsrichtung der Brücke verschieblich gelagert. 3.10, Direkte Schienenbefestigung auf Massivbrücken: Kontinuierlich gelagerte Systeme ermöglichen bei Bahnbrücken kleine Bauhöhen des Überbaus. Bei Massivbrücken werden dafür die Schienen unmittelbar auf der Betonplatte des Überbaus befestigt. Gewisse Wechselwirkungen sollten dafür beachtet werden. Bei Mehrfeldträgern und Rahmensystemen befindet sich die Plattenoberseite teilweise in der Zugzone. Gerissener Beton erfordert geeignete Verbindungsmittel, um ausreichenden Verbund zwischen Dübel und Beton und damit eine dauerhafte Schienenbefestigung zu gewährleisten. Weiterhin kann die Gleislage unmittelbar durch die Verformungen des Brückenüberbaus infolge Kriechen und Schwinden beeinträchtigt sein, sodass Lagekorrekturen nur über geeignete Schienenbefestigungen möglich sind. Höhere Ermüdungsbeanspruchung im Brückentragwerk und in den Verbindungsmitteln ist bei schwellenloser Bauart mit direkter Befestigung und geringer Dämpfung nicht ausgeschlossen. Direkt aufgelagerte Schienen ohne Tragplatten oder Schwellen stellen keine allgemein zugelassene Standardbauart dar. Realisiert wurde die direkte Schienenbefestigung beispielweise auf der Eisenbahnüberführung Alzkanal in Burghausen zur Anwendung bei Überfahrtgeschwindigkeiten von 25 km/h. Eine Erprobung dieser Bauart unter Randbedingungen, wie sie auf untergeordneten Strecken herrschen, mit entsprechender bauaufsichtlicher Begleitung und Bewertung ist ein Gedanke, der weiterverfolgt werden könnte. 6.1, Methoden und Zielstellung: Integrale Brücken wie Halbrahmen und Vollrahmen sind für kurze und mittlere Spannweiten Standardbauart bei der Deutschen Bahn. Der Oberbau wird i. d. R. in gleicher Bauart wie außerhalb der Ingenieurbauwerke ausgeführt, meistens mit Schotterbett. Die Feste Fahrbahn ist auf diesen kurzen Rahmenbauwerken die Ausnahme – von einzelnen Schnellfahrstrecken abgesehen. Anhand eines ausgeführten Rahmenbauwerkes mit Pfahlgründung und schotterlosem Oberbau wird eine Parameterstudie zum Tragverhalten für Entwurfsgeschwindigkeiten bis 200 km/h durchgeführt. Das umfasst die Ermittlung der Beanspruchungen sowie der Bewehrungsmengen in relevanten Bauwerksbereichen. Entsprechend der Aufgabenstellung werden Abgrenzungskriterien für unterschiedliche Stützweiten erarbeitet. Darüber hinaus wird in Kapitel 0 ff. das Resonanzrisiko für Entwurfsgeschwindigkeiten von über 200 km/h bis 300 km/h untersucht. Aufgrund der unmittelbaren Auswirkung von Baugrundeigenschaften auf das Tragwerksverhalten werden verschiedene Bodenkennwerte angesetzt und deren Auswirkung auf Tragverhalten und konstruktive Ausführung beurteilt. 6.2, Referenzbauwerk: Grundlage für die Untersuchungen bildet die eingleisige Eisenbahnüberführung Alzkanal in Burghausen im bayerischen Chemiedreieck. Zur Verbesserung der örtlichen Verkehrsinfrastruktur wird in Nachbarschaft der ansässigen Chemieindustrie ein Umschlagterminal für den kombinierten Verkehr Straße-Schiene errichtet. Für das Zuführungsgleis und die damit erforderliche Querung des Alzkanals wurde ein Stahlbetonrahmenbauwerk mit Bohrpfahlgründung geplant und errichtet [ ]. Topografie und Trassierung setzten Grenzen hinsichtlich der Überbauhöhe und Bauwerksgeometrie. Als wesentliche Zwangspunkte sind die Schienenoberkante (SO) und der Höchstwasserstand des Kanals zu nennen. Ein konventioneller Schotteroberbau einer Fahrbahnhöhe von mindestens 0,60 m kam daher nicht in Betracht. Das ausgeführte schiefwinklige Rahmenbauwerk besteht aus einer in Ortbeton ausgeführten schlaff bewehrten Platte mit 110 cm Dicke, die an den integralen Widerlagerbereichen zur Einbindung der Gründungspfähle als 170 cm starke Pfahlkopfplatte ausgeführt ist. Die Stützweite beträgt 24,90 m.

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