Verkehrsinfrastrukturforschung THEMENSCHWERPUNKT 2 INFRASTRUKTUR SCHIENE. VIF 2012 Informationsveranstaltung am

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1 Verkehrsinfrastrukturforschung VIF 2012 Informationsveranstaltung am THEMENSCHWERPUNKT 2 INFRASTRUKTUR SCHIENE Seite 1

2 Stab Forschung & Entwicklung der ÖBB-Infrastruktur AG 13 Mitarbeiter/innen ca. 70 Forschungsprojekte an nationalen und internationalen F&E Projekten im Wert von über 90 Mill. beteiligt Seite 2

3 Hauptfokus der Forschung und Entwicklung Künftige Markt- und Kundenerfordernisse Life-Cycle- Costs Zusammenwirken Fahrzeug Infrastruktur Seite 3

4 Unsere Hauptaufgaben Strategische Forschung für die ÖBB Infrastruktur AG Bildung von Netzwerken mit Industrie, Wirtschaft und Universitäten für die Entwicklung von Ideen und neuen Innovationen, Technologien und Lösungen für das System Bahn. International, national und/oder regional ausgerichtete Forschungsvorhaben für unsere Auftraggeber und Kunden zur Untersuchung und Überprüfung. Bündelung von eisenbahntechnischen System-Knowhow, um das System Bahn als Innovationsmotor zu positionieren und zu stärken. Seite 4 4

5 Themenschwerpunkt 2 Infrastruktur für die Schiene Schall, Rad, Schiene Oberleitungsüberwachung durch Regelzüge Messwertanalyse und Nachweisverfahren für die Interaktion Tragwerk - Gleis Schalltechnische Beurteilung von Schallemissionen von Schienenfahrzeugen in Gleisbögen Ermittlung der subjektiven Empfindung von Veränderungen Schallemissionen zufolge Schienenverkehrs Planung Optimierung der Planung von Verkehrsverknüpfungen in Verkehrsstationen Einsatz von Faseroptischen Sensoren (FOS) im Bereich der ÖBB-Infrastruktur Ingenieurbau/Tunnelbau/Brückenbau Realitätsnahe Modelle zur Bestimmung des dynamischen Verhaltens von Eisenbahnbrücken mit Schotteroberbau Sandwich-Verbundfahrbahnplatten für Brücken Seite 5

6 Schall, Rad, Schiene Oberleitungsüberwachung durch Regelzüge Seite 6

7 Schall, Rad, Schiene Oberleitungsüberwachung durch Regelzüge Messung des Oberleitungszustandes durch Regelzüge Die Anlage soll das Überwachen der betrieblichen Verfügbarkeit und die Früherkennung von Oberleitungsschäden ermöglichen Konzeption des Mess-Stromabnehmers: Funktionalitäten und Messgrößen Möglichkeiten der technischen Umsetzung Bau des Stromabnehmer Prototypen: Soll einem in Österreich für den RailJet zugelassenem Stromabnehmertyp entsprechen Es sollen zwei Prototypen im Rahmen des Projektes in einen Probebetrieb aufgenommen werden Seite 7

8 Schall, Rad, Schiene Oberleitungsüberwachung durch Regelzüge Ziele des Forschungsvorhabens: Selbsttätige Inbetriebnahme der Messaplikation bei Aufrüsten des Triebfahrzeuges (keine Bedienhandlungen durch Personal nötig) Permanente Aufzeichnung der Messdaten am Fahrzeug Automatische Datenfernübertragung DFÜ 2 x täglich (per GSM Modul) Sofortige Messdaten/Grenzwert Übermittlung bei Grenzwertüberschreitung (per GSM Modul) Eindeutige Zuordnung von der Messung zur Fahrzeugposition/Streckenkilometer (mit Gleisunterscheidung) Erfüllung der EN in der jeweils gültigen Fassung Seite 8

9 Schall, Rad, Schiene Oberleitungsüberwachung durch Regelzüge Rahmenbedingungen: Mess-Stromabnehmer zur Überwachung des Oberleitungsnetzes durch Regelzüge (Austausch des vorhanden Stromabnehmers durch den Prototyp) Messung von Anpresskraft/Kontaktkarftspitzen Funktion im 15kV; 16,7 Hz und 25 kv 50 Hz Netz Messung des Fahrdrahtverlaufs/Seitenverschiebung Kraft des Fahrdrahtes auf den Stromabnehmer Möglichst Autonome Stromversorgung des Messsystems Stand-Alone Lösung mit GSM und GPS Modul Geplante Projektdauer: 12 Monate Kostenrahmen: Seite 9

10 Schall, Rad, Schiene Messwertanalyse und Nachweisverfahren für die Interaktion Tragwerk - Gleis Seite 10

11 Schall, Rad, Schiene Messwertanalyse und Nachweisverfahren für die Interaktion Tragwerk - Gleis Interaktion (Wechselwirkung) Brückentragwerk/Gleis spielt bei Planung und Bemessung eine wesentliche Rolle Horizontale Einwirkungen resultieren aus Anfahren, Bremsen und Temperaturschwankungen Dies führt zu Längsbewegungen, Längenänderungen und /oder Zwängungen in Tragwerk und Oberbau Bei größeren Spannweiten ist die Thematik nicht ohne Schienenauszugsvorrichtung lösbar In den letzten Jahren wurden Brückentragwerke messtechnisch ausgerüstet, um die Wechselwirkung zwischen Gleis und Tragwerk über längere Zeit zu beobachten. Zudem wurden Bremsversuche durchgeführt, um die Auswirkungen auf die Schienenspannungen zu bestimmen Seite 11

12 Seite 12

13 Seite 13

14 Schall, Rad, Schiene Messwertanalyse und Nachweisverfahren für die Interaktion Tragwerk - Gleis Ziele des Forschungsvorhabens: Auswertung umfangreicher Messdaten aus früheren Forschungsvorhaben Entwicklung eines vereinfachten Nachweismodelles für die Schienenspannungen Nachweismodell soll für Dreifeldbrücken mit Gesamttragwerkslängen von 40 90m gültig sein Berücksichtigung der Tragwerksmaterialien Entfall von Schienenauszugsvorrichtungen und damit keine teuren Erstinvestitionen sowie Erhaltungsmaßnahmen, keine Störstellen im Gleis, keine zusätzlichen Lärmemissionen Geplante Projektdauer: 24 Monate Kostenrahmen: Seite 14

15 Schall, Rad, Schiene Schalltechnische Beurteilung von Schallemissionen von Schienenfahrzeugen in Gleisbögen Seite 15

16 Schall, Rad, Schiene Schalltechnische Beurteilung von Schallemissionen von Schienenfahrzeugen in Gleisbögen Ziele des Forschungsvorhabens: Erheben der Schallemissionen von Schienenfahrzeugen in Gleisbögen Eindeutige und reproduzierbare Identifikation von Abhängigkeiten von Rahmenparameter (z.b. meteorologische Bedingungen, Schienenkopfkonditionierung, u.a.) für das Entstehen zusätzlicher Kurvengeräusche (Kurvenquietschen/Schlupfwellen). Darauf aufbauend Ermittlung von geeigneten abgestuften Korrekturfaktoren gemäß den oberbautechnischen Randbedingungen als Eingangsdaten für Rechenmodelle zur Schallimmissionsprognose von Schienenverkehrslärm (z.b. für die Erstellung von Lärmkarten). Seite 16

17 Schall, Rad, Schiene Schalltechnische Beurteilung von Schallemissionen von Schienenfahrzeugen in Gleisbögen Seite 17

18 Schall, Rad, Schiene Schalltechnische Beurteilung von Schallemissionen von Schienenfahrzeugen in Gleisbögen Max. Projektdauer: 18 Monate Max. Projektkosten: Seite 18

19 Schall, Rad, Schiene Ermittlung der subjektiven Empfindung von von Veränderungen Schallemissionen zufolge Schienenverkehrs Seite 19

20 Schall, Rad, Schiene Ermittlung der subjektiven Empfindung von Veränderungen Schallemissionen zufolge Schienenverkehrs Ziele des Forschungsvorhabens: Psychoakustische Untersuchung (Einbeziehung von Probanden) über das menschliche Empfinden von Schallpegeländerungen bei typischen Bahnlärmgeräuschen, hervorgerufen durch verschiedene Lärmminderungsmaßnahmen, in Abhängigkeit von der Ausgangspegelhöhe Vergleich mit den aktuellen Bewertungsmethoden. Seite 20

21 Schall, Rad, Schiene Ermittlung der subjektiven Empfindung von Veränderungen Schallemissionen zufolge Schienenverkehrs Seite 21

22 Schall, Rad, Schiene Ermittlung der subjektiven Empfindung von Veränderungen Schallemissionen zufolge Schienenverkehrs Max. Projektdauer: 12 Monate Max. Projektkosten: Seite 22

23 Planung Optimierung der Planung von Verkehrsverknüpfungen in Verkehrsstationen Seite 23

24 Planung Optimierung der Planung von Verkehrsverknüpfungen in Verkehrsstationen Nachhaltige Gesamtmobilität erfordert im Bereich der Bahnstationen attraktive und optimierte Anbindungen an den öffentlichen Verkehr sowie an den motorisierten und nichtmotorisierten Individualverkehr Die verschiedenen Verkehrsmittel sollen im Sinne einer einfachen und sicheren Benützung der Verkehrsknoten optimal verknüpft werden Bei Bestandsbahnhöfen ist dies eine besondere Herausforderung, da die Verknüpfungen in der Regel nachträglich und additiv erfolgen Seite 24

25 Planung Optimierung der Planung von Verkehrsverknüpfungen in Verkehrsstationen Seite 25

26 Planung Optimierung der Planung von Verkehrsverknüpfungen in Verkehrsstationen Ziele des Forschungsvorhabens: Optimierte Beispiellösungen der Verkehrsvernetzung Bahn-ÖV-IV in bestehenden und neuen Verkehrsstationen Effiziente Anlagenoptimierung Einfache, sichere, attraktive u. übersichtliche Benützung bei Erhöhung des Verkehrsflusses, z.b. kombinierte Lösungen für Bahnund Busverkehr. Erstellen einer Arbeitsmethodik für die nachhaltige Entwicklung von Verkehrsvernetzungen in bestehenden und neuen Verkehrsstationen Überführung der Erkenntnisse in einen standardisierten Planungsprozess der die Mobilitätsziele von ÖV und IV berücksichtigt. Anwendung bei geeigneten Pilotprojekten Seite 26

27 Planung Optimierung der Planung von Verkehrsverknüpfungen in Verkehrsstationen Ziele des Forschungsvorhabens: Besonderes Augenmerk ist auf Nahverkehrsbereiche in Ballungszentren zu legen (z.b. Strecke Bruck/Mur-Graz) Die vielschichtigen und komplexen Anliegen aller am Planungsprozess Beteiligten (Bahn, Gemeinden, Länder, Bund, Verkehrsverbünde, Mobilitätsanbieter, Kunden, etc.) sind zu erfassen und umsetzbar darzustellen. Geplante Projektdauer: 18 Monate Kostenrahmen: Seite 27

28 Planung Einsatz von Faseroptischen Sensoren (FOS) im Bereich der ÖBB-Infrastruktur Bild: Döller Seite 28

29 Planung Einsatz von Faseroptischen Sensoren (FOS) im Bereich der ÖBB-Infrastruktur Vorteile von faseroptischen Sensoren: Hochgenaue Messungen von Änderungen von Länge, Druck, Beschleunigung, Temperatur, möglich Robustheit gegenüber äußeren Einflüssen, vor allem frei von elektrischen Beeinflussungen Nachteil: Nur relative Messungen möglich Vereinzelte Testmessungen bereits durchgeführt, z.b. Längenänderungen bei Brücken Seite 29

30 Beispiel einer Testinstallation an einer Brücke Bild: ZSE Bild: Döller Bild: Döller Seite 30

31 Planung Einsatz von Faseroptischen Sensoren (FOS) im Bereich der ÖBB-Infrastruktur Ziele des Forschungsvorhabens: Neue Einsatzmöglichkeiten von faseroptischen Sensoren in der ÖBB- Infrastruktur Vorzugsweise in den Bereichen Vermessung oder Überwachungsmessungen Erstellung eines oder mehrerer Messkonzepte inkl. Testinstallation Geplante Projektdauer: 24 Monate Kostenrahmen: Seite 31

32 Ingenieurbau/Tunnelbau/Brückenbau Realitätsnahe Modelle zur Bestimmung des dynamischen Verhaltens von Eisenbahnbrücken mit Schotteroberbau Seite 32

33 Ingenieurbau/Tunnelbau/Brückenbau Realitätsnahe Modelle zur Bestimmung des dynamischen Verhaltens von Eisenbahnbrücken mit Schotteroberbau Bei Überfahrten werden Tragwerke dynamisch angeregt, sie schwingen In kritischen Fällen kann das zu Schotterverflüssigung führen Im Extremfall können unzulässig hohe Schwingungen des Zuges auftreten Gemäß Eurocode müssen Eisenbahnbrücken für Geschwindigkeiten ab 120 km/h dynamisch untersucht werden Die Berechnungen zeigen wegen sehr konservativer Annahmen in den Normen große Diskrepanzen zum realen Tragverhalten bzgl. Dämpfung, was zu unwirtschaftlichen Lösungen führt Seite 33

34 Ingenieurbau/Tunnelbau/Brückenbau Realitätsnahe Modelle zur Bestimmung des dynamischen Verhaltens von Eisenbahnbrücken mit Schotteroberbau Konstruktion Modell Tragverhalten Seite 34

35 Ingenieurbau/Tunnelbau/Brückenbau Realitätsnahe Modelle zur Bestimmung des dynamischen Verhaltens von Eisenbahnbrücken mit Schotteroberbau Ziele des Forschungsvorhabens: Reale Konstruktionen für dynamische Berechnungen in Rechenmodelle überführen Bestimmung der wesentlichen Kenndaten zur Modellierung Tragverhalten möglichst gut abbilden Berechnungsaufwand gering halten Realitätsnahe Beurteilung des dyn. Verhaltens von Zugüberfahrten Beurteilung von Bestandstragwerken (z.b. bei Nutzungsänderungen) und Neubauten ohne ergänzende Messungen vor Ort Geplante Projektdauer: 24 Monate Kostenrahmen: Seite 35

36 Ingenieurbau/Tunnelbau/Brückenbau Sandwich-Verbundfahrbahnplatten für Brücken Seite 36

37 Ingenieurbau/Tunnelbau/Brückenbau Sandwich-Verbundfahrbahnplatten für Brücken Zahlreiche EB-Brücken nähern sich dem Ende der Lebensdauer Konstruktionen entsprechen nicht mehr den heutigen Anforderungen 55 cm Schotterbett müssen sind auf beengter Bauhöhe unterzubringen Derzeit werden bei Stützweiten von 15-25m Trogbrücken mit 120mm dicken Grobblechfahrbahnplatten eingesetzt. Die Bleche bedingen große Stahltonnagen und technologisch anspruchsvollen Schweißstöße Dies führt zu hohen Kosten und begrenzter Verfügbarkeit Alternativ zur Grobblechplatte soll eine Sandwichplatte mit 200 mm Konstruktionshöhe und verringerter Stahlmasse, bei gleichen Stützweiten entwickelt werden. Seite 37

38 Ingenieurbau/Tunnelbau/Brückenbau Sandwich-Verbundfahrbahnplatten für Brücken Querschnitte im Vergleich Seite 38

39 Ingenieurbau/Tunnelbau/Brückenbau Sandwich-Verbundfahrbahnplatten für Brücken Ziele des Forschungsvorhabens: Entwicklung, Verifikation von Tragmodellen für verschiedene Belastungsszenarien und Stützweiten anhand von Versuchen Langzeitverhalten (Kriechen, Schwinden) untersuchen Bauteil-Ermüdungsversuche durchführen Vorteile der Trogbrückenbauweise mit Grobblechfahrbahnplatten nutzen aber deren Nachteile (Kosten, Verfügbarkeit) vermeiden Beschleunigung der Fertigung durch Vereinfachung der Montage Gewichtsreduzierung ohne Einbußen an Tragfähigkeit Gebrauchstauglichkeit oder Dauerhaftigkeit Nutzbarkeit für andere Brückentypen, z.b. Alternative zu orthotropen Stahlfahrbahnen oder konventionellen Verbundplatten prüfen Geplante Projektdauer: 24 Monate Kostenrahmen: Seite 39

40 Besonderer Dank für das große Engagement und die professionelle Erarbeitung der Ausschreibungsgrundlagen gebührt allen Ideenbringern sowie der Projektleiterin und den Projektleitern. Seite 40