Schotteroberbaukennw

Projektbeschreibung

Ausgangssituation und Problematik: Im Zuge des Forschungsprojektes „Ermittlung der Kennwerte und eines Modelles zur Beschreibung der dynamischen Wirkung des Schotteroberbaus auf Brückenschwingungen“ – FFG-Projektnr. 840545 wurde eine Versuchsanlage (ein zu vertikalen Schwingungen angeregter Schottertrog mit Gleis) konzipiert, um Kennwerte des Schotteroberbaues (Dämpfung, Steifigkeit) für eine vertikale Schubverformung (in Abhängigkeit von der Schwingamplitude und der Schwingungsfrequenz) zu ermitteln, welche die Grundlagen zur Beschreibung der dynamischen Wirkung des Oberbaues auf Brückenschwingungen bilden. Mit diesen Kennwerten wird das Verhalten des Oberbaues im Brückenbereich (vertikale Schubverformung und vertikale Trägheitskräfte im Oberbau) beschrieben. Aus diesen Kennwerten werden über Analogiebetrachtungen (also ohne Versuche mit horizontaler Schubverformung des Schotteroberbaues) die Kennwerte des Oberbaues im Dammbereich (für horizontale Schubverformungen des Oberbaues aufgrund der Längsverschiebung des Gleisrostes) ermittelt. Das Problem besteht hier darin, dass eine Näherung (wobei der Grad der Näherung unbekannt ist) vorliegt, da versuchstechnisch mit der konzipierten Anlage keine horizontalen Schubverformungen erzeugt werden können. Weiters wird im Zuge des Forschungsprojektes FFG-Projektnr. 840545 als Versuchsgegenstand ein trockener Schotteroberbau ohne Schotterbettvorspannung (zur Simulierung der Lasten aus den überfahrenden Radsätzen) verwendet. Das Problem besteht hier darin, dass in der Realität das Schotteroberbauverhalten (und somit die Wirkung auf Brückenschwingungen) durch die Vertikalbelastung aus den Radsätzen und durch klimatische Randbedingungen beeinflusst wird. Aus der beschriebenen Problematik resultiert der Bedarf nach versuchsgestützter Erforschung der Kennwerte des Schotteroberbaues für eine vertikale und horizontale Schubverformung des Oberbaues mit Berücksichtigung der Schotterbettvorspannung und klimatischer Randbedingungen. Geplante Ziele und Methoden zur Zielerreichung: Zur Ermittlung der Kennwerte für eine horizontale Schubverformung des Oberbaues wird die bereits konzipierte Anlage um eine Ergänzungskonstruktion erweitert, die es ermöglicht, Versuche mit horizontaler Schubverformung des Schotteroberbaues durchzuführen. Zur Berücksichtigung des Einflusses der Schotterbettvorspannung auf die Kennwerte des Oberbaues wird weiters die Anlage mit einer zusätzlichen Konstruktion ergänzt, um Versuche mit einer Vorspannung des Schotterbettes (zur Simulierung der Vertikallasten aus den Radsätzen) durchführen zu können. Die Gesamtanlage wird im Freien betrieben, sodass klimatische Einflüsse (trockener, regennasser, vereister Oberbau) berücksichtigt werden können. Sie besteht aus dem Schottertrog (für vertikale Schubverformung im Zuge des Forschungsprojektes FFG-Projektnr. 840545 konzipiert) und den oben beschriebenen anlagentechnischen Ergänzungen. Die systematische und (vom Brückentragwerk) isolierte Ermittlung der Kennwerte des Schotteroberaues erfolgt auf Basis eines Feder-Dämpfer-Modelles, dessen Wirkungsweise mit der Versuchsdurchführung konsistent ist. Weiters erfolgt eine Kalibrierung des Rechenmodelles (in dem die ermittelten Kennwerte des Schotteroberbaues eingehen), mit dem das dynamische Verhalten von ausgewählten Bestandsbrücken bei gezielter Anregung rechnerisch prognostiziert wird, anhand der Messungen an diesen Bestandstragwerken. Ergänzend zur Ermittlung und Kalibrierung der Kennwerte des Schotteroberbaues wird der Diskrepanz der differierenden Vertikalbeschleunigungen von Tragwerk und Schiene anhand der Versuchsanlage auf den Grund gegangen, da bisherige Beobachtungen eine deutliche Differenz der Beschleunigungen von Tragwerk und Schiene gezeigt haben. Angestrebte Ergebnisse und Erkenntnisse: Das wesentliche Ergebnis des Forschungsprojektes sind zuverlässige Kennwerte (im Sinne einer statistischen Auswertung) des Schotteroberbaues (Feder-Dämpfer-System) für den von den ÖBB als repräsentativ erachteten Schotteroberbau für horizontale und vertikale Schubverformungen des Oberbaues mit Berücksichtigung der Schotterbettvorspannung. Klimatische Einflüsse auf die Kennwerte des Schotteroberbaues können zumindest punktuell (Versuche an Wintertagen) angegeben werden, da für eine statistische Auswertung verschiedene Klimaverhältnisse zu berücksichtigen wären, die jedoch den zeitlichen Rahmen (und den finanziellen) sprengen würden. Weiters werden anhand der Versuchsanlage (für vertikale Schubverformung) Erkenntnisse gewonnen, um die Diskrepanz der differierenden Beschleunigungen von Tragwerk und Schiene zu erklären. Mit dieser Forschung werden aufschlussreiche Erkenntnisse zur Frequenz- und Amplitudenabhängigkeit dieser Kennwerte erarbeitet, mit denen in neuartiger Weise auch die Wirkung des Schotteroberbaues auf die Dämpfung höherer Schwingungsformen beurteilt werden kann. Ermöglicht wird dieser Erkenntnisgewinn durch eine Versuchsanordnung, die das Verformungsverhalten des Schotteroberbaues wirkungsäquivalent (horizontal und vertikal schwingender Schotterschubkasten) und isoliert vom Brückentragwerk erfasst.