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Schöck ComBAR® im Gleisbau. GFK in fester Fahrbahn.

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Der Ausbau von Straßenbahnnetzen stellt neue Anforderungen an die verwendeten Baustoffe. Innovative Glasfaser-Materialien ermöglichen neue Lösungsansätze.

Galten Straßenbahnen im öffentlichen Verkehr noch in den 70er und 80er Jahren als Hindernis für den steigenden Individualverkehr, so hat sich das Image durch veränderte Ansprüche der Bevölkerung von Ballungsräumen an den öffentlichen Personennahverkehr und durch die Fortschritte in der modernen Bahnfahrzeugtechnik massiv gewandelt. Nachdem europaweit zahlreiche Straßenbahnnetze aus wirtschaftlichen oder stadtplanerischen Aspekten zurückgebaut wurden, ist seit den frühen 90er Jahren ein gestiegener Aus- und Neubau von Strecken zu beobachten. Neben vielbeachteten technologischen Fortschritten beim Fahrzeugbau sind auch auf der anderen Seite, der Planung und dem Bau von Fahrwegen, innovative Methoden, Lösungen und Werkstoffe entwickelt worden, um den gestiegenen Ansprüchen von Verkehrsbetrieben, Passagieren und Anwohnern entsprechen zu können.

Gestiegene Anforderungen an den Schallschutz

Trotz allen technischen Fortschritts erzeugen Straßenbahnen aufgrund ihres großen Gewichts noch immer hohe Emissionen von Körperschall, sprich: Es rumpelt in unmittelbarer Nähe zur Tramstrecke, was vor allem in dicht besiedelten Ballungsräumen zu Widerstand der Anwohner gegen neue Strecken oder einer dichteren Taktung führt. Zur Einhaltung der vom Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) vorgegebenen Grenzwerte für Vibrationen und Körperschall, sind u.A. emissionsmindernde bauliche Maßnahmen am Gleiskörper notwendig, wie z.B. die schwingungstechnische Entkopplung des Fahrwegs vom Untergrund durch Unterschottermatten oder Masse-Feder-Systemen. Letztere kommen vor allem dort zum Einsatz, wo Tramstrecken als Feste Fahrbahn ausgeführt werden, um beispielsweise die gemeinsame Nutzung der Verkehrsfläche mit dem Automobilverkehr zu ermöglichen.

Stahlfreie Masse-Feder-Systeme

Masse-Feder-Systeme einer festen Fahrbahn bestehen herkömmlicherweise aus einer Schienen-Tragplatte und einem Unterbau aus Stahlbeton, die von einem elastischen Element schwingungstechnisch entkoppelt werden. Die Bewehrung der Betonelemente aus herkömmlichem Betonstahl stößt allerdings in bestimmten Situationen an ihre Grenzen. Ist bei der Streckenplanung eine Weiche auf einem Masse-Feder-System vorgesehen, so können die magnetischen Eigenschaften des Stahls negativen Einfluss auf die Weichensperrkreise nehmen.

Die Sensorik moderner Weichensperrkreise erfassen ein Straßenbahnfahrzeug durch die von seiner großen Stahlmasse verursachte Veränderung eines künstlich angelegten Magnetfeldes. Fährt eine Straßenbahn in den Weichenbereich ein, so wird das Magnetfeld durch die große Stahlmasse der Bahn verzerrt und ein Umschalten der Weichen während der Durchfahrt verhindert. Durch die teilweise massive Stahlbewehrung in der Tragplatte, wird dieses künstliche Magnetfeld durch induktive Wechselwirkungen mit der magnetischen Stahlbewehrung verzerrt und abgeschwächt, was zu Störungen der Weichensperrkreise und damit zu Verzögerungen im Betriebsablauf führen kann.

Eine einbaufreundliche Alternative zu Stahlbewehrung ist der Einsatz einer Glasfaserbewehrung. Bei gleichen bauphysikalischen Eigenschaften wie Stahl sind Glasfaserstäbe weder magnetisch noch elektrisch leitend und haben damit keinerlei Einfluss auf die Sensorik der Weichensperrkreise. Die Stäbe können je nach Anforderung sowohl in der Schienentragplatte, als auch im Unterbau verwendet werden. Ebenso können Glasfaser-Querkraftdorne zur stahlfreien Verbindung zweier Tragplatten genutzt werden, um analog zu herkömmlichen Stahldornen Horizontalbewegungen zuzulassen.

Streustromkorrosion in der Umgebung von Tramstrecken

Mit Gleichstrom betriebene Tramsysteme nutzen die Fahrschienen zur Rückleitung des genutzten Stroms zu den einspeisenden Unterwerken. Die Schienen sind häufig nicht ausreichend gegen den Erdboden isoliert, so dass entlang des Gleiskörpers ein Stromfluss zu benachbarten metallischen Objekten auftreten kann. Bei Gleichstrom fungieren die Schienen als Kathode und die anderen Leiter als Anode, was dazu führt, dass letztere verstärkt elektrochemischer Korrosion ausgesetzt sind. Hiervon betroffen ist natürlich auch Stahlbewehrung in der näheren Umgebung, z.B. in Betonelementen der festen Fahrbahn oder anderen Strukturen. Bewehrung aus Glasfaser ist mangels ferromagnetischer Bestandteile nicht elektrisch leitend und somit nicht anfällig für Streustromkorrosion. Eine Bewehrung von Oberflächen-Beton, beispielsweise von gemeinsamen Verkehrswegen von Straßenbahn- und Automobilverkehr, kann so korrosionsfrei und dauerhaft realisiert werden.

Eine weitere Anwendung ist die Bewehrung der Fundamente von Gleichrichter-Unterwerken. Bei der Umwandlung von Wechsel- zu Gleichstrom entstehen strake Wechselmagnetfelder, die in herkömmlicher Stahlbewehrung durch elektromagnetische Induktion Streuströme verursachen können. Diese Streuströme bewirken, neben einer erhöhten elektrochemischen Korrosion, ein Erwärmen der Bewehrung und damit einhergehend einen Verlust an Tragfähigkeit der Stahlbewehrung. Aus dem gleichen Grund werden bereits seit mehreren Jahren Fundamente von induktiven Hochspannungssystemen in Umspannwerken der Stromversorgungsnetze mit nicht leitender Glasfaser-Bewehrung ausgeführt.

Glasfaserbewehrung hat sich in der Praxis bewiesen

Der Einsatz von Glasfaser-Bewehrung an Stelle von Stahlbewehrung im Gleisbau ist bereits mehrfach erprobt worden. Die Schöck Bauteile GmbH hat in den vergangenen sieben Jahren zahlreiche Projekte des innerstädtischen Gleisbaus mit der Glasfaserbewehrung Schöck ComBAR® erfolgreich realisiert. Dabei kam das Material sowohl in Masse-Feder-Systemen als auch als korrosionsresistente Oberflächenbewehrung von Fahrbahnasphalt zum Einsatz. Auch bestehende Systeme wie RhedaCity können bei Bedarf ganz oder teilweise mit Glasfaser-Bewehrung ausgeführt werden. Weitere mögliche Anwendungen, wie z.B. der Einsatz in Nähe von Gleisfreimeldeanlagen oder in stahlfreien Bahnschwellen, werden zurzeit mit führenden Herstellern geprüft.

Zu den aktuell realisierten Projekten mit Schöck ComBAR® zählen u.A. die Verlängerung der Tramlinie 19 zum Pasinger Bahnhof in München, die Gleissanierung derselben Tramlinie nahe des Bahnhofs Ost, sowie der Streckenneubau zur Erschließung des Medienhafens in Düsseldorf. Weitere Projekte erfolgten in Wien, Bern, Edinburgh und Den Haag.

Bautechnische Eigenschaften

Die Fundamentbewehrung aus Glasfaserstäben unterscheidet sich in Handhabung, Verbundeigenschaften und Tragfähigkeit kaum von der Bewehrung mit Betonstahl. In punkto Festigkeit und Dauerhaftigkeit ist sie sogar leistungsfähiger. Außerdem ist das Material unempfindlich gegen Korrosion und chemische Einflüsse. Die Verarbeitung der Glasfaser-Stäbe erfolgt im Wesentlichen analog zu Betonstahl. Eine kreuzweise Verbindung der Stäbe kann mit Rödeldraht oder Kabelbindern hergestellt werden, ein Ablängen der Stäbe auf der Baustelle ist mit Trennschleifer oder Säge ohne weiteres möglich. Eine Verbindung zu angrenzender Stahlbewehrung kann über herkömmliche Übergreifungsstöße analog zu Stahl hergestellt werden. Alle vom Stahl bekannten Bügelformen sind auch mit Glasfaser-Bewehrung realisierbar.

Aufgrund des geringeren E-Moduls im Vergleich zu Stahl und der linearen Elastizität des Materials bestehen bei der Bemessung der notwendigen Bewehrung allerdings  Unterschiede zu herkömmlichem Betonstahl. Je nach Anforderung muss mit einem erhöhten Bewehrungsquerschnitt gearbeitet werden. Die Verbundwerte in Beton entsprechen den Werten von Baustahl. Ein weiterer Vorteil gegenüber Stahl liegt in der hohen Dauerhaftigkeit von Glasfasern als Folge der hohen Resistenz gegenüber äußerlichen Einflüssen. Gemäß der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung des Deutschen Instituts für Bautechnik ist die Glasfaser-Bewehrung Schöck ComBAR® auf eine Dauerhaftigkeit von 100 Jahren geprüft.

Bei Fragen zur Bemessung und Statik stehen Ingenieure von Schöck Planern unterstützend zur Seite oder übernehmen diese Aufgaben bei Bedarf für sie. Auch auf der Baustelle weisen sie das verarbeitende Personal im Umgang mit der Glasfaserbewehrung ein. Des Weiteren ist Schöck ComBAR® als Bewehrungsmaterial in der renommierten Bewehrungssoftware von RIB sowie Doster & Christmann implementiert.

Schöck ComBAR® ist in den gängigen Durchmessern als gerader Stab, Bügel, Einzel- und Doppelkopfbolzen erhältlich. Als einziger Glasfaserstab in Deutschland hat der 16mm ComBAR® Stab die allgemeine bauaufsichtliche Zulassung des Deutschen Instituts für Bautechnik (DIBt) erhalten. Mit der Erweiterung der Zulassung auf alle angebotenen Durchmesser wird noch im ersten Halbjahr 2014 gerechnet.

Interessierte können sich die Technischen Informationen und das Schöck ComBAR®-Bemessungsprogramm (nach DIN 1045-1 und EC 2) kostenfrei downloaden

Summary: Im Zuge von Neubau und Modernisierung von Straßenbahn-Fahrwegen kommt es häufig zu bislang nicht aufgetretenen Anforderungen an die verwendeten Baumaterialien, z.B. im Bereich der ferromagnetischen Eigenschaften, der Dauerhaftigkeit oder des Korrosionsschutzes. Besonders herkömmliche Stahlbewehrung stößt unter bestimmten Randbedingungen an ihre Grenzen. Die innovative Glasfaser-Bewehrung Schöck ComBAR® kann in diesem Fall analog zur Stahlbewehrung in Betonelementen der festen Fahrbahn eingesetzt werden. Mangels ferromagnetischer Bestandteile ist das Material nicht magnetisch, nicht elektrisch leitend und korrodiert nicht. Darüber hinaus ist Schöck ComBAR® als einzige Glasfaser-Bewehrung in Deutschland bauaufsichtlich zugelassen und für eine Dauerhaftigkeit von 100 Jahren ausgelegt.

Autor:
Dipl. Wirtsch.-Ing. Carsten Heidrich, Key Account Manager Schöck Bauteile GmbH

Dieser Artikel ist in der Ausgabe 3/14 der Fachzeitschrift "Eisenbahningenieur" erschienen.

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