Entwicklung und Untersuchung einer Festen Fahrbahn aus recycelten Materialien unter Berücksichtigung der Kreislauffähigkeit der Eisenbahninfrastruktur

Produktbeschreibung

Der Verkehrsträger Schiene gilt als effizientes und umweltverträgliches System, jedoch weist die Eisenbahn-Infrastruktur in verkehrsträgerübergreifenden Analysen erhöhte Treibhausgasemissionen auf. Ziel der Arbeit war daher die Entwicklung und Untersuchung eines innovativen Oberbausystems der Festen Fahrbahn, das emissionsintensive Betonbauteile durch recycelte, polymerbasierte Komposit-Schwellen ersetzt. Das entwickelte System folgt den Prinzipien der Kreislaufwirtschaft und integriert unter anderem recycelte GFK-Fasern aus der Windenergie-Industrie, insbesondere aus ausgedienten Rotorblättern. Im Rahmen der Systementwicklung wurden konstruktive, materialtechnische und statische Anforderungen definiert und ein anwendbares Schwellenkonzept ausgearbeitet. Zur Bewertung der strukturellen Eignung erfolgten analytische Nachweise unter statischer Vertikallast gemäß Ril 820.2020, DIN EN 16432-2 und DIN EN 13230-6 sowie eine Finite-Elemente-Analyse. Untersucht wurden Komposit-Schwellen auf Asphalttragschicht (ATS) und hydraulisch gebundener Tragschicht (HGT).
Es ergaben sich maximale Spannungen von 1,31 N/mm², die deutlich unterhalb der charakteristischen Dauerfestigkeiten im Grenzzustand der Tragfähigkeit (GZT), im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit (GZG) sowie unterhalb der dynamischen Dauerfestigkeit des untersuchten Materials liegen. Eine ergänzende laterale Analyse bestätigte zudem die grundsätzliche Tragfähigkeit hinsichtlich des Querverschiebewiderstands (QVW). Die numerischen Ergebnisse wurden durch Laborversuche mit statischer Belastung einer Einzelschwelle sowie Dehnungsanalysen mittels Dehnungsmessstreifen validiert. Methodik und Ergebnisse sind auf alternative Komposit-Materialien übertragbar und ermöglichen die Anwendung unterschiedlicher Mischungen.
Die Arbeit zeigt damit sowohl die technische Machbarkeit als auch die strukturelle Leistungsfähigkeit eines neu entwickelten, kreislauffähigen Feste Fahrbahn-Systems. Weitere Forschung sollte insbesondere Langzeit-Dauerhaftigkeitsuntersuchungen einbeziehen.

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Keywords: Eisenbahninfrastruktur – Kreislaufwirtschaft – Finite-Elemente-Methode – Ressourcen – Ingenieurwesen , Railway Infrastructure – Circular Economy – Finite Element Method – Resources – Engineering