Ermüdungstests als Grundlage zur Ermittlung zulässiger Schienenspannungen
Inhaltsverzeichnis
Projektdaten
| Titel | Title Experimentelle Ermüdungsuntersuchungen an Schienen als Grundlage zur Ermittlung erhöhter zulässiger Schienenspannungen | Experimental fatigue tests on rails as a basis for determining increased permissible rail stresses Förderer | Funding DB Netz AG Zeitraum | Period 01/2019 – 06/2021 Leiter | Project manager Prof. Dr.-Ing. Steffen Marx Bearbeiter | Contributor Chongjie Kang, M. Sc. |
Bericht aus dem Jahrbuch 2020
Zulässige Schienenzugspannungen
Eigenspannungsmessungen mit Schnittmethode
Im modernen Eisenbahnoberbau werden die Schienen durchgehend verschweißt. Bei der Führung des lückenlosen Gleises über eine Brücke entstehen infolge der Kopplung zwischen Gleis und Tragwerk Interaktionseffekte. Aus den Längenänderungen des Überbaus infolge Verkehrsbelastungen, Kriechen, Schwinden und Temperatur resultieren zusätzliche Schienenspannungen, relative Gleisverschiebungen zum Überbau bzw. zum Planum sowie zusätzliche Längskräfte in den Brückenlagern.
Der aktuelle Nachweis der zusätzlichen Schienenzugspannungen (92 MPa) infolge der Gleis-Tragwerks-Interaktion in Richtlinie 804 bzw. DIN EN 1991-2 basiert auf Untersuchungen aus dem Jahr 1978. Das Nachweiskriterium der zulässigen Schienenspannung muss für die heutigen Oberbauformen überprüft werden.
In diesem Projekt werden die zusätzlichen Schienenzugspannungen auf Basis von umfangreichen experimentellen Versuchen überprüft. Zu diesem Zweck werden Gestaltfestigkeits- bzw. Eigenspannungsuntersuchungen für aktuelle, korrodierte unbefahrene Schienen des Profils 60E2 und der Stahlgüte R260 durchgeführt.
Die Dauerfestigkeit wird durch Biegeschwellversuche an ganzen Schienenstücken ermittelt, wodurch die Einflüsse aus der Form, den Oberflächeneigenschaften und der Bearbeitung (insbesondere die Eigenspannungen) direkt erfasst werden können. Die Versuche wurden als Vierpunktbiegeversuche mit einer Stützweite von L = 1,90 m und einem Laststempelabstand von 150 mm durchgeführt. Um die technische Dauerfestigkeit bei einer Lastwechselzahl von N = 5 · 106 und N = 5 · 107 zu bestimmen, wurden die Prüfungen nach dem Treppenstufenverfahren gemäß DIN EN 14730-1 durchgeführt.
Eigenspannungen werden algebraisch mit den weiteren, zusätzlich in der Schiene hervorgerufenen, Spannungen überlagert. Gemäß der heutigen Oberbauberechnung wird der Nachweis der Schiene als Dauerfestigkeitsnachweis an der Schienenfußunterkante geführt. Die Eigenspannungen werden im Smith-Diagramm in der anzusetzenden Unterspannung berücksichtigt und können über zwei Verfahren ermittelt werden: Zerlegeverfahren bzw. Schnittmethode und zerstörungsfrei durch die Röntgen-Diffraktometrie.
Durch den Vergleich der aktuellen Erkenntnisse mit den historischen Untersuchungsergebnissen kann festgestellt werden, dass die zulässige Schienenzugspannungen der Richtlinie entsprechend als konservativ eingeschätzt werden können.