Für den Neubau von trogförmigen Bahnbrücken aus Stahl existieren nur wenige Bauformen zur Ausbildung der Fahrbahnplatte. Das Sandwich Plate System (SPS) könnte eine Alternative zu den etablierten Varianten sein. Das SPS ist ein Verbundsystem aus zwei stählernen Deckschichten verbunden durch einen massiven Kern aus einem speziellen Polyurethan (PUR). Die vorliegende Arbeit widmet sich auf zwei Ebenen den offenen Fragen zur Anwendung des Sandwich-Plate-Systems im Neubau von Bahnbrücken.

Im ersten Teil wird auf der Werkstoff-Ebene das spezielle PUR im Kern des SPS hinsichtlich seiner veränderlichen Steifigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur und der Zeit experimentell charakterisiert. Dafür werden mithilfe von Dynamisch-Mechanisch-Thermischen Analysen (DMTA) die viskoelastischen Eigenschaften des speziellen PUR in Abhängigkeit von der Zeit und der Temperatur sowie deren Veränderung durch Tempern und Nachvernetzen untersucht. Neben der konventionellen Auswertung über eine rein horizontale Zeit-Temperatur-Verschiebung (ZTV) wird eine neue Methode erprobt, um die strukturelle Veränderung des PUR innerhalb eines Versuchs zu berücksichtigen. Je nach Methode ergeben sich aus den DMT Analysen unterschiedliche Zusammenhänge für die veränderliche Steifigkeit des PUR. Im Vergleich mit weiteren Kriech- und Relaxationsversuchen an dem PUR zeigt sich die konventionelle Art der Auswertung als zuverlässiger. Auf Basis des verallgemeinerten Maxwell-Modells und mithilfe eines semi-kontinuierlichen Ansatzes für die Prony-Reihe wird ein Materialmodell zur Berechnung der Steifigkeit des PUR entwickelt, welches danach an den experimentellen Ergebnissen validiert wird. In einigen der Versuche werden außerdem Beobachtungen zur Grenze des linear-viskoelastischen Bereichs für das PUR gemacht.

Im zweiten Teil werden auf der Bauteil-Ebene die Auswirkungen des veränderlichen Kernmaterials auf die Tragwirkung von SPS-Elementen theoretisch betrachtet. Dabei wird der zuvor gefundene Zusammenhang für die Steifigkeit des PUR in Abhängigkeit von der Zeit und der Temperatur berücksichtigt. In einer Voruntersuchung werden zunächst Verfahren zur Berechnung von Sandwichelementen exemplarisch verglichen und hinsichtlich ihrer Eignung zur Anwendung auf SPS-Elemente mit verschiedenen Kernsteifigkeiten untersucht. Anschließend wird an drei für Fahrbahnplatten relevanten Einfeld-Sandwich-Systemen mithilfe der Sandwichtheorie dicker Deckschichten eine analytische Studie zu den Auswirkungen einer veränderlichen Kernsteifigkeit durchgeführt. Dabei werden das (visko-)elastische Tragverhalten anhand der Verformung und die Beanspruchung der Deckschichten anhand der Randspannung betrachtet. Aus den gewonnenen Erkenntnissen werden sowohl ein Leitfaden für den Entwurf von SPS-Elementen mit veränderlicher Kernsteifigkeit als auch Grenzen für deren Anwendung im Bahnbrückenbau formuliert.