Zustandsbewertung und Nutzungsdauerprognose von Festen Fahrbahn Systemen im Netz der ÖBB

Abstract

Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, fundierte Prognosen über die Nutzungsdauer der Fahrwegkomponenten Betonfahrbahn und Schiene durch extrapolierte analytische Kennwerte aus 29 Jahren Betriebserfahrung der ÖBB zu erstellen. Hierzu wurde eine Dauerhaftigkeitsbetrachtung für das Feste Fahrbahn System vorgenommen. Betrachtet wurde das System mit elastisch gelagerter Gleistragplatte ÖBB-Porr und der Schiene des Typs UIC 60 unter Einbeziehung einer Vielzahl an Einflussparametern. Darauf aufbauend werden die nötigen Erhaltungsaufwendungen für eine Nutzungsdauer von 80 Jahren bestimmt und monetär bewertet. Durch diese ganzheitliche Sichtweise des Fahrwegs kann die für einen Infrastrukturbetreiber die essenzielle Frage beantwortet werden: Welche Nutzungsdauer ist bei einer Festen Fahrbahn zu erwarten und wie hoch sind die monetären Erhaltungsaufwendungen für diese Oberbauform? Dazu ist jedoch eine Identifikation jener Parameter erforderlich, die maßgeblich auf die Lebensdauer der Betonfahrbahn und der Schiene Einfluss nehmen. Diese Bewertung führt gemeinsam mit messtechnisch basierten Analysen und theoretischen Grundlagen zu einer semi-empirischen Methode zur Abschätzung der Nutzungsdauer für das Oberbausystem Feste Fahrbahn.<br />Im ersten Teil dieser Arbeit werden die chemischen Veränderungen im Beton an 29 Probestellen im Bestandsnetz der ÖBB analysiert. Durch den messtechnisch ermittelten Karbonatisierungsfortschritt und dessen Berechnung anhand des probabilistischen Modells des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton - DafStb - im Heft 510 kann eine gesicherte Aussage im Hinblick auf die Gefährdung der Festen Fahrbahn durch Karbonatisierung getroffen werden. Durch die messtechnisch erfassten, mechanischen Einflussparameter (Beton- bzw. Bewehrungsspannungen) sowie die Lagerungsstabilität der elastisch gelagerten Gleistragplatte wird die Rechengrundlage für den Ermüdungsnachweis für Beton nach der Palmgren/Miner- Regel bzw. Wöhlerfestigkeit für Bewehrungsstahl geschaffen. Die unter dynamischen Belastungen ermittelten Verformungen und Spannungsgrößen der Betonfahrbahn erreichen hinsichtlich Ermüdungsfestigkeit kein kritisches Niveau. Durch die durchgeführten Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass weder die chemischen Veränderungen in der Betonfahrbahn, noch das auftrennende Spannungsniveau bei Zugsüberfahrt eine Einschränkung der Nutzungsdauer (von den derzeit bei den ÖBB angenommenen 80 Jahren) für die Betonfahrbahn zu erwarten ist.<br />Basierend auf den Erfahrungen der ÖBB hinsichtlich der "Schienenperformance" bei unterschiedlichen Radienbereichen werden die Besonderheiten der Schienen auf Fester Fahrbahn im Hinblick auf Rollkontaktschädigungen dargestellt und mit den Erfahrungen aus dem Schotteroberbau verglichen. Durch weiterführenden Untersuchungen wird gezeigt, dass es auf der Festen Fahrbahn mit hochelastischen Schienenstützpunkten bei Bogenfahrt zu einer erhöhten laterale Schienenkopfauslenkung kommt und dies Head Checks, fördern kann, demzufolge Einflüsse auf die Erhaltungstätigkeiten und Schienennutzungsdauer zu erwarten sind.