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Die Erfindung betrifft einen Oberbau
für schienengebundene
Fahrzeuge, wie U-Bahnen, S-Bahnen und Straßenbahnen, bestehend aus einem
Gleisrost und einer Bettungsschicht, die auf Querträgern eines
Viaduktes aus Stahl oder Beton gelagert sind.
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Ein durch offenkundige Benutzung
bekannter, jedoch druckschriftlich derzeit nicht belegbarer Oberbau
der vorstehend genannten Art ist aus Teilstrecken der Berliner S-Bahn
bekannt. Dabei wird zwischen zwei Querträgern jeweils ein Tonnenblech gehaltert,
auf welches eine herkömmliche
Schotterschicht als Bettungsschicht und in der Schotterschicht ein
Gleisrost aus Holzschwellen angeordnet ist. Die Querträger sind
auf Stahllängsträgern und diese
auf Stahlstützen
eines Viaduktes gelagert. Dieser bekannte Oberbau ist mit dem Nachteil
behaftet, daß die
Tonnenbleche ganz oder teilweise durchgerostet sind, die Wartung
und die Instandhaltung sich sowohl als sehr zeit- als auch sehr
kostenaufwendig aufweisen und eine Körperschalldämmung nicht vorhanden ist.
Letzteres führt
zu starken Schallemissionen, die von der Umgebung als äußerst unangenehm empfunden
werden, insbesondere dann, wenn diese Viadukt-Trassen durch Wohngebiete
führen.
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Und schließlich können Reparaturarbeiten in den
zur Verfügung
stehenden Sperrpausen nur unzureichend durchgeführt werden.
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Von diesem nächstkommenden Stand der Technik
ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Oberbau
der eingangs genannten Gattung zu schaffen, der in den zur Verfügung stehenden,
kurzen Sperr- bzw. Zugpausen erstellt werden kann, die Tonnenbleche
als tragendes Element entbehrlich werden läßt und über eine Körperschalldämmung verfügt.
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Diese Aufgabe wird in Verbindung
mit dem eingangs genannten Gattungsbegriff nach einer ersten Alternative
dadurch gelöst,
daß auf
den vorhandenen Querträgern
eine dessen Unebenheiten kompensierende Ausgleichsschicht, darauf
eine Schalung mit eingebrachter Bewehrung sowie in dieser der aus
Zweiblockschwellen mit Gitterträgern
bestehende Gleisrost angeordnet ist und nach höhen- und lagemäßiger Ausrichtung
des Gleisrostes ein schnell aushärtender
Ortbeton als Bettungsschicht bis zur Oberkante der Zweiblockschwellen
eingebracht ist, wobei zur Körperschalldämmung ein
entropieelastisches Lager zwischen der Ausgleichsschicht und der Schalung
und/oder unterhalb der Köpfe
der Schienen angeordnet ist. Die Ausgleichsschicht ist erforderlich, um
die Unebenheiten durch die Nieten der Querträger sowie eventuelle Absenkungen
und den damit verbundenen Neigungen zu kompensieren. Die in die Schalung
eingebrachte Bewehrung sowie die Gitterträger der Zweiblockschwellen
führen
nach der Aushärtung
des eingefüllten,
schnell aushärtenden
Ortbetons zu einer äußerst biegesteifen
Platte.
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Zur Körperschalldämmung sind insgesamt drei Maßnahmen
vorgesehen: Entweder ist ein entropieelastisches Lager nur zwischen
der Ausgleichsschicht und der Schalung oder nur unterhalb der Schiene
oder unterhalb beider Bauelemente angeordnet. Bei letzterem ergibt
sich ein Masse-Federsystem mit zwei hintereinander geschalteten
Federn, deren Federhärten
aufeinander abzustimmen sind, weil bei hintereinander angeordneten
Federn die Federhärte
der schwächeren
Feder die Gesamtfederhärte
bestimmt.
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Vorteilhaft wird die Ausgleichsschicht
von einem schnell aushärtenden
Beton, Harz, Kunststoff oder kunststoffvergüteten Beton in Form einer vollflächigen Unterlagsplatte
gebildet. Es ist jedoch auch möglich,
die Ausgleichsschicht aus Ausgleichselementen in Form von starren
Körpern
herzustellen.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung
der Erfindung sind auf den Querträgern in regelmäßigen Abständen Horizontallager
zur Aufnahme der horizontalen Längs-
und Querkräfte
angeordnet.
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Auch bei der Ausbildung der Schalung
gestattet die vorstehend beschriebene erste Lösungsalternative mehrere Ausführungsformen:
Nach
einer ersten Ausführungsform
wird die Schalung als verlorene Schalung ausgebildet. Dies hat den
Vorzug, daß sie
mit zur Tragfähigkeit
herangezogen werden kann. Dabei kann die Schalung aus einer Edelstahlwanne
bestehen oder aus einer feuerverzinkten oder kunststoffbeschichteten
Schalwanne oder aus Faserzementelementen.
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Nach einer zweiten Ausführungsform
wird die Schalung als teilweise verlorene und teilweise als wiederverwendbare
Schalung ausgebildet. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen,
daß die
Bodenfläche
der Schalung als verlorene Schalung aus Edelstahl oder aus einem
feuerverzinkten oder kunststoffbeschichteten Blech oder aus Faserzementplatten
und die Seitenwände
als wiederverwendbare Schalungswände
aus Holz oder aus Stahl gebildet werden, was die Erstellungskosten
entsprechend minimiert. Die Bodenplatte ist zur Aussteifung vorteilhaft
mit senkrecht zu den Querträgern
verlaufenden Längssicken
versehen.
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Nach einer zweiten Lösungsalternative
wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe in Verbindung mit
dem eingangs genannten Gattungsbegriff dadurch gelöst, daß auf den
vorhandenen Querträgern
eine dessen Unebenheiten kompensierende Ausgleichsschicht und darauf
ein platten- oder rahmenförmiges
Stahlbeton- oder Spannbeton-Fertigteil als Bettungsschicht angeordnet
ist, welches bereits Aufnahmen und Befestigungen für die Schienen
enthält,
die nach ihrer höhen-
und lagemäßigen Ausrichtung
darauf befestigt sind, wobei auch hier zur Körperschalldämmung ein entropieelastisches
Lager zwischen der Ausgleichsschicht und dem Beton-Fertigteil und/oder
unterhalb der Köpfe
der Schienen angeordnet ist. Diese Lösungsalternative zeichnet sich durch
eine sehr präzise
zu erstellende Fertigteil-Konstruktion von hoher Qualität aus, welche
die Arbeitszeiten zur Erstellung der Neukonstruktion entsprechend
herabsetzt. Auch hier können
zur Körperschalldämmung drei
unterschiedliche Ausführungsformen
ermöglicht
werden:
Das entropieelastische Lager kann entweder zwischen
der Ausgleichsschicht und dem Beton-Fertigteil oder unterhalb der
Köpfe der
Schienen oder unter beiden angeordnet werden. Da das Gewicht der
Beton-Fertigteile, der Schienen sowie die exakte Form der Beton-Fertigteile an ihrer
Unterseite bekannt sind, kann je nach zu dämmenden Frequenzen das entropieelastische
Lager zwischen Ausgleichsschicht und Beton-Fertigteil einerseits
und/oder unterhalb der Schienen exakt den Körperschalldämmung-Bedürfnissen angepaßt werden.
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Dabei erlaubt in vorteilhafter Weiterbildung der
Erfindung diese Lösungsalternative
zur Befestigung der Schienen sowohl eine herkömmliche, diskontinuierliche
als auch eine herkömmliche,
kontinuierliche Befestigung.
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Bei beiden Ausführungsformen ist das entropieelastische
Lager entweder als Streifen, Matte oder als Platte ausgebildet.
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Um auch eine Schallübertragung
zwischen den Horizontallagern und der jeweils angrenzenden Fläche der
Bettungsschicht zu unterbinden bzw. entsprechend zu dämmen, ist
ein weiteres entropieelastisches Lager auch zwischen den Horizontallagern und
der jeweils angrenzenden Fläche
der Bettungsschicht angeordnet.
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Zur Aufnahme der Horizontalkräfte ist
die Bettungsschicht an ihren Fugenstoßseiten mit einer Verzahnung
versehen, die in besonders vorteilhafter Weise entweder geradlinig,
rechteckig oder trapezförmig
ausgebildet ist.
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Verfahrensmäßig wird die der Erfindung
zugrundeliegende Aufgabe durch folgende Verfahrensschritte gelöst:
- a)
In einer Sperrpause wird nach Herausnahme des vorhandenen Gleisrostes
und der darunter befindlichen Bettung die Oberfläche der Querträger gereinigt,
- b) auf der Oberfläche
der Querträger
wird die Ausgleichsschicht aufgebracht,
- c) auf der Ausgleichsschicht wird das entropieelastische Lager
angeordnet, und
- d) darauf wird entweder die Schalung mit der Bewehrung, dem
Gleisrost und dem schnell aushärtenden Beton
oder das Beton- Fertigteil
als Bettungsschicht aufgebracht, und
- e) nach der höhen-
und lagemäßigen Ausrichtung
der Schienen erfolgt die Einbringung des Ortbetons, oder unmittelbar
nach dem Ausbringen der Beton-Fertigteile als Bettungsschicht werden
die Schienen mit oder ohne eine entropieelastische Lagerung unterhalb
der Köpfe
der Schienen kontinuierlich oder diskontinuierlich gelagert und
positioniert.
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Die bisherigen Ausführungen
gehen stets davon aus, daß bereits
ein Oberbau vorhanden ist und zur Einbringung des neuen, erfindungsgemäßen Oberbaus
nur die Zeit in den Sperrpausen zur Verfügung steht, die sich auf sechs
bis acht Stunden erstrecken kann.
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Es versteht sich jedoch von selbst,
daß der erfindungsgemäße Oberbau
auch für
neu zu erstellende Viadukte hervorragend geeignet ist. In diesem Fall
können
die Querträger
gleichfalls als Fertigteile aus Stahl oder Beton hergestellt werden,
so daß die bisher
infolge der Unebenheiten der Nieten sowie infolge von Neigungsabsenkungen
erforderliche Ausgleichsschicht entbehrlich wird. Auch kann auf
der Oberseite dieser Querträger
bereits ein entropieelastisches Lager angeordnet sein, so daß nach Auflagerung
und Befestigung der Querträger
auf den Hauptträgern
des Viaduktes die Beton-Fertigteile angeordnet werden können.
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Dieser Oberbau gestattet die abschnittsweise
Fertigung in Längenabschnitten
von 5 m, 10 m, 20 m, 30 m oder 40 m.
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Als Ortbeton wird vorteilhaft ein
binnen zwei bis drei Stunden aushärtender Beton verwendet.
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Zur weiteren Herabsetzung der Montagezeiten
und Kosten werden in den schnell aushärtenden Beton bzw. in die Beton-Fertigteile auch
die Halterungen für
die Stromschienen sowie für
die Schutz- bzw. Führungsschienen
angeordnet.
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Bei Neubauten können zur Verlegung der Beton-Fertigteile
die handelsüblichen
Hubkräne
und bei der Ausführungsalternative
mit Ortbeton zur Verlegung der Schalungen, der Bewehrung und der Gleisroste
einerseits bzw. der Beton-Fertigteile mit den Gleisen andererseits
ein an sich bekannter Montagewagen mit Hubeinrichtung sowie ein
Montagerahmen verwendet werden, wie er bereits ausführlich in
der
DE 199 52 803
C2 beschrieben worden ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist in den Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
parallel zu den Gleisen durch einen Oberbau eines Viaduktes gemäß dem Stand
der Technik im rechten Teil sowie gemäß der Erfindung im übrigen Teil
des Bildes mit einer Dehnfuge und einer Arbeitsfuge,
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2 die
Draufsicht von 1,
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3 die
Schnittansicht entlang der Pfeile III-III von 2 und 4 durch
den Oberbau des Viaduktes und
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4 eine
der 2 ähnliche
Draufsicht, jedoch mit zwei Arbeitsfugen und ohne eine Dehnfuge.
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In 1 ist
im rechten Bildteil ein herkömmlicher
Oberbau O dargestellt, der im wesentlichen aus auf Holzschwellen H befestigten
Gleisen G besteht, die in ein Schotterbett S eingebettet
sind. Das Schotterbett S wird von Tonnenblechen T gehalten, die
auf Querträgern 2 mit
Längsversteifungen 3 gehaltert
sind. Die Querträger 2 sind
wiederum auf aus 3 ersichtlichen
Längsträgern 4 gelagert,
die gemeinsam mit den Querträgern 2 ein
Viadukt bilden, welches beispielsweise über Straßen hinweg durch eine Innenstadt
geführt
ist. Diese Tonnenbleche T sind im Laufe der Zeit teilweise
durchgerostet und teilweise nicht mehr tragfähig, so daß die Sicherheit einer solchen
Trasse nicht mehr gewährleistet
werden kann. Außerdem
verfügt
der bisherige Oberbau 0 über keine Maßnahme zur
Körperschalldämmung.
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Hier setzt nun die Erfindung ein,
deren Aufbau im linken Bildteil von 1 dargestellt
ist. Der neue Oberbau 1 nutzt die bisherigen Querträger 2 auf dem
Viadukt, die auf Längsträgern 4 gelagert
sind, zu einem völlig
neuen Aufbau aus. Wie aus 1 in Verbindung
mit 3 entnommen werden
kann, wird nach einer ersten Lösungsalternative
der Erfindung auf den Querträgern 2 eine
dessen Unebenheiten infolge der Nieten N kompensierende
Ausgleichsschicht 5, darauf ein entropieelastisches Lager 6 und darauf
eine wannenförmige
Schalung 7 angeordnet. In die Schalung 7 wird
eine Bewehrung 8 eingebracht und in dieser der aus Zweiblockschwellen 9 mit
Gitterträgern 10 bestehende
Gleisrost 11 angeordnet. Nach der höhen- und lagemäßigen Ausrichtung
des Gleisrostes 11 wird ein schnell aushärtender
Ortbeton 12 in die Schalung 7 bis etwa zur Oberkante 9a der
Zweiblockschwellen 9 eingefüllt. Die Erfindung sieht ferner
vor, entweder alternativ oder gemeinsam mit dem entropieelastischen
Lager 6 ein weiteres entropieelastisches Lager 6a unterhalb
des Fußes 13a der
Schienen 13 oder zu beiden Seiten des Schienensteges 13b,
auf jeden Fall unterhalb des Schienenkopfes 13c zur Körperschalldämmung anzuordnen.
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Die Ausgleichsschicht 5 wird
von einem schnell aushärtenden
Beton, Harz, Kunststoff oder kunststoffvergüteten Beton in Form einer vollflächigen Unterlagsplatte
gebildet. Alternativ ist es auch möglich, diese Ausgleichsschicht 5 in
Form von mehreren starren Körpern
oder von einem durchgehenden Balken herzustellen, der auf dem Querträger 2 auflagert.
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Wie aus 1 in Verbindung mit 2 und 4 entnommen
werden kann, sind auf den Querträgern 2 in
regelmäßigen Abständen A Horizontallager 14 zur
Aufnahme der horizontalen Längs-
und Querkräfte
des neuen Oberbaus 1 angeordnet.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Schalung 7 als verlorene Schalung ausgebildet. Sie
besteht aus einer Edelstahlwanne oder aus einer feuerverzinkten
oder kunststoffbeschichteten Stahlwanne oder aus Faserzementelementen.
Diese Wanne muß so
ausgebildet sein, daß sie
vor dem Abbindeprozeß des
schnell aushärtenden
Betons die darauf befindlichen Lasten sicher tragen kann. Auch nach
dem Abbindeprozeß des
schnell aushärtenden Betons
mit der darin befindlichen Bewehrung und Gleisrosten kann sie Lasten
aufnehmen und insbesondere auf Biegung beansprucht werden.
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Nach einer besonders vorteilhaften
Weiterbildung der Erfindung kann die Schalung 7 als teilweise
verlorene und als teilweise wiederverwendbare Schalung verwendet
werden, beispielsweise dadurch, daß die Bodenfläche 7a die
verlorene Schalung und die Seitenwände 7b eine wiederverwendbare
Schalung, beispielsweise in Form von z.B. Holz- oder Stahlteilen,
bilden.
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Wie insbesondere aus 3 hervorgeht, befindet sich das entropieelastische
Lager 6 nicht nur zwischen der Oberseite 5a der
Ausgleichsschicht 5 und der Unterseite 12a der
Betonschicht 12, sondern auch zwischen den Horizontallagern 14 und
der angrenzenden Fläche 12b der
aus Beton bestehenden Bettungsschicht 12 oder der angrenzenden
Seitenfläche 7b der
verlorenen Schalung 7.
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Wie weiterhin aus 3 ersichtlich ist, wird vorteilhaft die
Bodenfläche 7a der
Schalung 7 mit im Querschnitt trapezförmigen Längssicken 7c versehen,
die senkrecht zu den Querträgern 2 verlaufen und
die Biegesteifigkeit der Bodenplatte 7a der Schalung 7 erhöhen.
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Wie bereits vorstehend erwähnt sowie
in 4 dargestellt, wird
der neue Oberbau 1 abschnittsweise in Abschnitten I, II etc.
von 5 m, 10 m, 20 m, 30 m oder 40 m verlegt. Um an den Stoßseiten 15, 16 der
Arbeitsfugen 24 der Oberbauabschnitte I und II die
Horizontalkräfte
aufnehmen zu können,
ist die Bettungsschicht 12 an diesen Stoßseiten 15, 16 der
Arbeitsfugen 24 mit einer Verzahnung 17 versehen,
die formschlüssig
ineinandergreift. Die Form der Verzahnung 17 kann verschiedenartig
ausgebildet werden, z.B. einen geradlinigen, rechteckigen oder trapezförmigen Verlauf
aufweisen.
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Für
den Ortbeton 12 wird vorteilhaft ein binnen zwei bis drei
Stunden aushärtender
Beton verwendet.
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In die Zweiblockschwellen 9 sind
bereits Befestigungselemente für
die Halterungen 18 für
die aus 3 ersichtlichen
Stromschienen 19 ebenso angeordnet wie die Halterungen 18a für die Schutz- bzw.
Führungsschienen 20.
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In 3 sind
in der rechten Bildhälfte
längsverlaufende
Träger 21 mit
Geländer 22 sowie
ein Laufsteg 23 dargestellt, der jedoch zu der vorliegenden
Erfindung keine Beziehung aufweist und daher auch nicht weiter beschrieben
wird.
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In 2 ist
ein an den Bereich II anschließender
Bereich III dargestellt, zwischen denen sich eine Dehnfuge 25 befindet,
die mittig mit Horizontallagern 14 zur Aufnhme von Längskräften versehen ist.
Ansonsten sind mit der 4 übereinstimniende Teile
mit gleichen Bezugsziffern versehen.
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Alternativ zu der vorbeschriebenen
Ausführungsform
mit einem schnell aushärtenden
Ortbeton 12 sieht die Erfindung als weitere Ausführungsform eine
solche vor, bei welcher auf den vorhandenen Querträgern 2 eine
dessen Unebenheiten kompensierende Ausgleichsschicht 5 und
auf der wiederum eine entropieelastische Dämmschicht 6 und darauf ein
platten- oder rahmenförmiges
Stahlbeton- oder Spannbeton-Fertigteil als Bettungsschicht 12 angeordnet
ist, welches bereits Aufnahmen und Befestigungen für die Schienen 13 enthält, die
nach ihrer höhen-
und lagemäßigen Ausrichtung
darauf befestigt werden. Alternativ kann selbstverständlich auch
bei dieser zweiten Ausführungsform
an den Fuß 13a der Schienen 13 oder
zu beiden Seiten des Schienensteges 13b ein entropieelastisches
Lager 6a und/oder ein weiteres entropieelastisches Lager 6 an
der Unterseite der Beton-Fertigteile
angeordnet werden.
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Die Befestigung der Schienen 13 kann
bei dieser Fertigteil-Konstruktion
von einer herkömmlichen
diskontinuierlichen oder von einer herkömmlichen kontinuierlichen Befestigung
gebildet werden.
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Ebenso können bei beiden Ausführungsformen
das entropieelastische Lager 6, 6a entweder als Streifen,
als Matte oder als Platte ausgebildet sein, z.B. unterhalb der Schienenfüße 13a als
Streifen und auf den Querträgern 2 als
Matte oder Platte ausgeführt
sein.
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Um die vorbeschriebenen Ausführungsformen,
sei es in Ortbeton oder als Beton-Fertigteil-Konstruktion, auf den
vorhandenen Querträgern 2 eines Viaduktes
anordnen zu können,
wird wie folgt verfahren:
In einer Sperrpause von z.B. 6 bis
8 Stunden wird nach der vollständigen
Herausnahme des alten Gleisrostes G sowie des Schotters
S aus den Tonnenblechen T die Oberfläche der Querträger 2 gereinigt.
Auf der gereinigten Oberfläche
der Querträger 2 wird
die Ausgleichsschicht 5 aufgebracht, sei es in Form einer
vollflächigen
Unterlagsplatte aus einem schnell aushärtenden Beton, Harz, Kunststoff
oder kunststoffvergüteten
Beton oder sei es in Form von starren Körpern oder eines durchgehenden
Balkens.
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Auf dieser Ausgleichsschicht 5 der
Schienen 13 wird sodann das entropieelastische Lager 6 bzw. 6a angeordnet.
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Bei der Ortbetonlösung wird hiernach auf dem
entropieelastischen Lager 6 die Schalung 7 mit der
darin befindlichen Bewehrung 8 aufgebracht und nach der
höhen-
und lagemäßigen Ausrichtung
des Gleisrostes 11 mit den Schienen 13 der Ortbeton 12 eingefüllt.
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Bei der Beton-Fertigteil-Lösung wird
auf dem entropieelastischen Lager 6 das Beton-Fertigteil,
sei es in Form eines Stahlbeton- oder Spannbeton-Fertigteils, angeordnet,
welches bereits die Befestigung für die Schienen 13 und
gegebenenfalls das entropieelastische Lager 6a enthält. Sodann
werden nach der höhen- und lagemäßigen Ausrichtung
der Schienen 13 diese auf dem Beton-Fertigteil mit bekannten herkömmlichen
Mitteln fixiert. Dabei ist es auch möglich, die Unterseite des Beton-Fertigteils
direkt mit dem entropieelastischen Lager 6 zu versehen,
so daß dadurch
ein weiterer Montageschritt erspart und somit die Montagezeit verkürzt wird.
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Als Hilfsmittel zur Verlegung der
Schalungen
7, der Bewehrung
8 und der Gleisroste
9,
13 bzw.
der Beton-Fertigteile mit den Gleisen
13 wird ein an sich bekannter
Montagewagen mit Hubeinrichtung sowie ein Montagerahmen verwendet,
wie er ausführlich
in der
DE 199 52 803
C2 beschrieben ist.
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- 1
- Oberbau
- 2
- Querträger
- 3
- Längsversteifungen
- 4
- Längsträger
- 5
- Ausgleichsschicht
- 5a
- Oberseite
der Ausgleichsschicht 5
- 6,
6a
- entropieelastische
Lager
- 7
- verlorene
Schalung
- 7a
- Bodenteil
der Schalung 7
- 7b
- Seitenwände der
Schalung 7
- 7c
- Längssicken
- 8
- Bewehrung
- 9
- Zweiblockschwellen
- 9a
- Oberkante
der Zweiblockschwellen 9
- 10
- Gitterträger der
Zweiblockschwellen 9
- 11
- Gleisrost
- 12
- Ortbeton
bzw. Bettungsschicht
- 12a
- Unterseite
der Bettungsschicht 12
- 12b
- Seitenfläche der
Bettungsschicht 12
- 13
- Schiene
- 13a
- Fuß der Schiene
13
- 13b
- Schienensteg
- 13c
- Schienenkopf
- 14
- Horizontallager
- 15,
16
- Fugenstoßseiten
der Abschnitte I, II
- 17
- Verzahnung
- 18
- Halterung
für Stromschienen
- 18a
- Halterung
für Schutz-
bzw. Führungsschiene
- 19
- Stromschienen
- 20
- Führungsschienen
- 21
- Täger
- 22
- Geländer
- 23
- Laufsteg
- 24
- Arbeitsfuge
- 25
- Dehnfuge
- A
- Längenabstände
- O
- Oberbau
- G
- Gleise
- H
- Holzschwellen
- N
- Nieten
- S
- Schotterbett
- T
- Tonnenbleche