Zur Einspannwirkung von Eisenbahngleisen
Authors: Bigelow Hetty , Feldmann Markus , Hoffmeister Benno , Zabel Volkmar 
Published: March 2016

Tragfähigkeits‐ und Gebrauchstauglichkeitsnachweise von Eisenbahnbrücken für den Hochgeschwindigkeitsverkehr erfordern in der Regel einen Vergleich zwischen relevanten Eigenfrequenzen des Überbaus und Frequenzen aus der periodischen Belastung durch überfahrende Radsätze. Werden die Eigenfrequenzen des Bauwerks rechnerisch bestimmt, hängt die Qualität der Ergebnisse von den in der Modellierung getroffenen Annahmen ab, z. T. entstehen so starke Diskrepanzen zwischen berechneten und realen Eigenfrequenzen.

Obwohl der Beitrag der über die Brückenenden hinausgehenden Gleise zur Systemsteifigkeit bekannt ist und sich im Modell über nichtlineare Längsfedern zwischen Gleis und Oberkante Tragwerk bzw. zwischen Gleis und Dammbereich abbilden lässt, wird in der Praxis oft das Modell eines gelenkigen Einfeldträgers gewählt. In diesem Beitrag werden zunächst horizontale Ersatzfedersteifigkeiten zur Abbildung des Dammbereichs mit Schotterbett hergeleitet, aus denen sich entsprechende Drehfedersteifigkeiten am Auflager ergeben. Bei der Modellierung von Einfeldsystemen mit Balken‐ oder Plattenelementen ist eine Berücksichtigung der Einspannwirkung über Drehfedern an den Auflagern möglich.

Weiterhin wird eine Methode zur Ermittlung der ersten Biegeeigenfrequenz n0 einer Brücke unter Berücksichtigung von Drehfedern an den Auflagern für den vereinfachten Resonanznachweis vorgestellt. Die Anwendung des Verfahrens wird an realen WiB‐Brückenbauwerken mit Schotteroberbau gezeigt. Dabei werden berechnete und gemessene n0‐Werte den jeweiligen Grenzfrequenzen für den vereinfachten Resonanznachweis für Einfeldbrücken mit örtlichen Höchstgeschwindigkeiten bis 200 km/h gegenübergestellt.

Restraining effects of railway tracks on fundamental frequencies of single‐span bridges

Capacity and serviceability design of high‐speed railway bridges often requires comparison of relevant eigenfrequencies of the superstructure to frequencies resulting from periodic excitation by crossing axles. If the eigenfrequencies are calculated, quality of results depends on assumptions made in modelling, sometimes resulting in large differences between calculated and real eigenfrequencies.

Though contribution of railway tracks overlapping bridge ends to system rigidity is well known and can be modeled with non‐linear longitudinal spring elements connecting track and superstructure top edge or track and embankment, often simply supported beam models are used. This article derives horizontal substitutional springs to represent unloaded embankments with ballast, which incorporate the calculation of rotational springs. When modelling single‐span systems with beam or plate elements, rotational springs at bearings can represent the restraining effects of tracks.

Furthermore a simplified method can be used to calculate the fundamental frequency n0 considering the contribution of rotational springs. The method is used on the calculation of n0 of real filler beam bridges with ballast superstructure and obtained results are compared to measured values and threshold values for simplified resonance check for velocities up to 200 km/h.