Deformationsmessungen für Eisenbahnrahmenschwellen auf der Teststrecke Eichberg/Semmering

Seminararbeit von Ernst Primas

Einleitung:

Für die Eisenbahnrahmenschwelle RS 70, die von Univ.-Prof. Dr. Rießberger entwickelt und von der Projektgruppe Eisenbahninnovation auf der Teststrecke Eichberg/Semmering eingesetzt wird, waren die Deformationseigenschaften zu untersuchen. Dabei war eine Genauigkeit für die Messungen im Submillimeterbereich gefordert.

Zu diesem Zweck wurde von der Abteilung für Ingenieurvermessung und Meßtechnik der TU Graz unter der Leitung von Univ.-Prof. Dr. Brunner ein System zur Messung von Schienendeformationen entwickelt. Dieses System wurde zur Bestimmung der horizontalen (radiale und tangentiale) Deformationen von Meßpunkten, die im Abstand von je 4,5m auf dem 100m langen Schienenabschnitt eingerichtet wurden, eingesetzt.

Während der Projektvermessungen vom 22.Juli bis 6.September 2000 war zu untersuchen, wie sich die Schiene in Abhängigkeit des Zugsverkehrs deformiert. Während dieser Periode wurden in verschiedenen zeitlichen Abständen insgesamt 5 Meßepochen ausgewertet. Wie die Ergebnisse zeigen, kam es in den ersten Tagen aufgrund von anfänglichen Setzungen zu Deformationen in der Größenordnung von 1 bis 4mm. Die Deformation der Schiene nahm während der 7 Wochen der Untersuchungen kontinuierlich ab. So ergaben sich etwa für den Zeitraum zwischen den beiden letzten Meßepochen im Abstand von 4 Wochen mit 0,5 bis 1,5mm nur noch sehr geringe Deformationen.

Mit dem verwendeten Meßsystem konnte eine Deformation (mit einer Wahrscheinlichkeit von 95%) ab einer Größenordnung von 0,25mm nachgewiesen werden.

Gang der Untersuchung:

Die Deformationen von Schienenpunkten im Abstand von 4,5m sind zu messen. Da auf die Schiene direkt nicht mit hinreichender Genauigkeit gemessen werden kann, wurde von der Abteilung für Ingenieurvermessung und Meßtechnik (IVM) ein Adaptersystem mit Dreipunktlagerung und aufgesetztem Reflektor entwickelt. Die meßbaren Reflektormittelpunkte müssen auf die entsprechenden Schienenpunkte geometrisch reduziert werden. Für die Reduktion sind die Neigungen (Adaptersystem - Schiene) mit Hilfe eines Neigungsmessers zu bestimmen.

Ziel ist es, Aussagen treffen zu können, ob und wie stark sich die Gleisposition aufgrund von Setzungen, Deformationen wegen Belastungen durch den laufenden Zugsverkehr und Temperaturvariationen ändert. Bewegungen kleiner als 1mm sind zu detektieren, wobei die Signifikanz der Schienenpunktänderung nachzuweisen ist.

Bezüglich der Reduktion der Strecken ist eine Überprüfung des meteorologischen Modells mit Hilfe von Streckenreferenzmessungen durchzuführen.

Meßzeitraum ist vorerst zwischen 21.07.2000 und 06.09.2000. Weitere Messungen wie z.B. eine Jahresmessung sind geplant. Während dieser 7 Wochen sind folgende Messungen durchzuführen:

Testmessungen (21.07.2000).

Nullmessung [Epoche 0] (22.07.2000, Tagmessung, Zeit: abhängig vom Baufortschritt).

1. Wiederholung [Epoche 1] (26.07.2000, Tagmessung, Zeit: 12:30-15:30).

2. Wiederholung [Epoche 2] (02.08.2000, Tagmessung, Zeit: 12:30-15:30).

3. Wiederholung (06.09.2000):

Nachtmessung [Epoche 3n] (Zeit: 01:30-04:30).

Tagmessung [Epoche 3t] (Zeit: 12:30-15:30).

Die Tagmessungen sind um ca. 14:00 (größter Temperatureinfluß auf die Schiene) durchzuführen. Die Nachtmessung soll mit der Tagmessung innerhalb eines 24h-Zyklus erfolgen, wobei wegen der tiefsten Temperatur die Messung wenige Stunden vor Sonnenaufgang durchgeführt werden sollte.

Inhaltsverzeichnis:

1.	Projektbeschreibung	7
2.	Meßkonzept und Auswertungsgrundlagen	11
2.1	Festlegung des Koordinatensystems	12
2.2	Festlegungen bzgl. des Standpunktes	12
2.3	Planung der Referenzpunkte	14
2.4	Punktmessung (Prismenmittelpunkte)	14
2.5	Reduktion der Prismenmittelpunkte auf die Schiene	15
2.6	Varianzrechnung	19
3.	Meßinstrumentarium und Meßystem	23
3.1	Tachymeter	23
3.2	Satzmeßprogramm SAM 2.3 für das S10	24
3.3	Auswertesoftware	25
3.4	Nivellier	25
3.5	Meteorologische Meßgeräte	25
3.6	Reflektoren	26
3.7	Meßadapter mit Neigungsmesser	26
4.	Realisierung	30
4.1	Meßpfeiler	30
4.2	Referenzpunkte	32
4.3	Prismenpunkte/Schienenpunkte	34
5.	Vorbereitende Messungen im Labor und vor Ort	35
5.1	Justierung des Adaptersystems	35
5.2	Kalibrierung des Neigungsmessers HL-PLANAR NS-5/P2	35
5.3	Bestimmung des Reduktionsvektors	36
5.4	Datenkonvertierung von Zeiss M5-Daten für Geosi 6.0	36
5.5	Testmessungen vor Ort - Beobachtungsplan	36
5.6	Laborkalibrierung der meteorologischen Meßgeräte	38
6.	Durchführung der Messung	39
6.1	Standpunktkontrolle	39
6.2	Meßvorbereitung	39
6.3	Messung der Prismenmittelpunkte und Aufnahme der meteorologischen Daten	41
6.4	Neigungsmessung	41
7.	Meßauswertung und Ergebnisse	42
7.1	Standpunktkontrolle	42
7.2	Datenaufbereitung	44
7.3	Berechnung der Prismenmittelpunkte	45
7.4	Kreisausgleichung (nur für Nullepoche)	45
7.5	Reduktion auf die Schiene	47
7.6	Qualitätsangaben bzgl. der Messungen (Varianzrechnung)	48
7.7	Analyse der Verschiebungen	52
7.8	Zusatzuntersuchung: Meteorologische Streckenkorrektur versus Korrektur aus Streckenverhältnismessungen	61
	Referenzen	65
	Anhang	66
Anhang A	Testnetz - Dach	66
Anhang B	Bestimmung des Reduktionsvektors	70
Anhang C	Beispieldatensatz (Rec 500 Datensatz)	71
Anhang D	Datenkonverter	72
Anhang E	Horizontierung	75
Anhang F	Auswertung der Pfeilerneigung	76
Anhang G	Berechnung der Kreisparameter (Näherungswerte für die Ausgleichung)	80
Anhang H	Kreisausgleichung	81
Anhang I	Neigungsdaten	83
Anhang J	Reduktion und Fehlerrechnung	85
Anhang K	Koordinaten der Schienenpunkte	87
Anhang L	Verschiebungen	88
Anhang M	Fehlerellipsen	94
Anhang N	Streckenverhältnisse	97