Gununilager für Brücken und ähnliche Bauwerke mit besonderer Eignung für Verdrehungen Die Erfindung betrifft ein Gummilager für Brücken und ähnliche Bauwerke, welches aus einem mit einer die Querdehnungen begrenzenden Bewehrung versehenen La gerkörper aus Gummi besteht.
Gummilager, welche * insbesondere Verschiebungen parallel zu den belasteten Flächen durch ihre Schub verformung gut aufzunehmen vermögen, sind in ver- schiedenen Ausführungen bekannt. Um die Tragfähigkeit zu vergrössern, wird die Querdehnung derartiger Lager behindert, wodurch ein Verhalten des praktisch inkom- pressiblen Gummis erzwungen wird, das dem einer Flüs sigkeit in einem Druckzylinder ähnelt.
Zum Begrenzen der Querdehnung sind hochzugfeste Bewehrungseinlagen parallel zu den belasteten Flächen angeordnet. Die Einlagen bestehen aus Blechen, Draht gittern oder Geweben, die durch Reibung, Verkleben oder Vulkanisation mit dem Gummi verbunden sind.
Bei Längenänderungen oder Belastungen der auf dem Lager abgestützten Bauwerke parallel zu den belasteten Flächen ergeben sich Schubverformungen des Gummi lagers parallel zu den Bewehrungseinlagen, die Schub spannungen sind nicht sehr gross und gleichförmig über die Fläche des Lagers verteilt. Sie sind für die Trag fähigkeit des Lagers von. zweitrangiger Bedeutung.
Unter senkrechter Last, also einer Last senkrecht zu den Bewehrungseinlagen, möchte der Gummi seitlich ausweichen. Dies wird durch die Haftung an den Ein lagen verhindert. Es treten Schubspannungen zwischen dem Gummi und den Einlagen auf, die eine Zugbean spruchung der Bewehrungseinlagen ergeben. Diese Schub spannungen weisen am Rand des Lagers eine hohe Span nungsspitze auf und werden in Lagermitte null.
Verdrehungen der Lager uni Achsen parallel zu den Bewehrungseinlagen, also senkrecht zur Hauptbelastung, wie sie aus der Durchbiegung oder einem Kippen, der auf dem Lager abgestützten Bauwerke oder durch mangelnde Parallelität der tragenden und der belastenden Fläche, insbesondere bei Verwendung vorgefertigter Bauteile, entstehen nach dem gleichen Prinzip wie bei senkrechten Lasten zusätlich Schubspannungen zwischen Gummi und Einlagen.
Diese Schubspannungen weisen am Rand noch ausgeprägtere Spitzen auf als die Schubspannungen aus senkrechter Last.
Bei grösseren Verdrehungen hebt sich das Bauwerk häufig am nicht gedrückten Rand von dem Gummilager ab, wodurch am gedrückten Rand die Schubbeanspru chung aus senkrechter Last und Verdrehung weiter an wächst.
Die grossen örtlichen Schubspannungen am Lager rand können zu einem Ablösen des Gummis von den Bewehrungseinlagen oder zu deren Zerstörung führen. Die Behinderung der Querdehnung fällt dadurch aus, und das Lager ist nicht mehr imstande, die ihm zuge dachten Lasten aufzunehmen.
Um bei den bekannten Gummilagern eine grössere Verdrehbarkeit zu ermöglichen, müsste die Lagerdicke erhöht werden. Neben den hierdurch entstehenden zusätz lichen Kosten würde zugleich die Belastbarkeit der Lager sinken, da sie mit zunehmender Höhe unter senkrechter Last leichter ausknicken. Es handelt sich nicht um ein Biegeknicken, sondern um ein Schubknicken, welches darauf zurückzuführen ist, dass der Schubmodul der Lager um 2 bis 3 Zehnerpotenzen unter ihrem Elastizi- tätsmodul liegt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vor allem durch Lasten senkrecht zu den Bewehrungseinlagen und Verdrehungen um Achsen parallel zu den Beweh- rungseinlagen auftretenden Schubspannungen herabzu setzen, damit die Beanspruchung des Lagers durch Ver drehungen und senkrechte Belastungen gesteigert werden kann, ohne dass die Gefahr eines Ablösens des Gummis von der Bewehrung besteht.
Die Lösung besteht darin, dass der Randbereich des Lagerkörpers elastisch nachgiebiger ausgebildet ist als der Mittelteil.
Durch die grössere elastische Nachgiebigkeit des Randbereiches wird erreicht, dass sich in diesem die Spannungsspitzen aus Belastungen senkrecht zu den Be- wehrungseinlagen und Verdrehungen um Achsen paral lel zu den Bewehrungseinlagen nicht ausbilden können.
Die Schubspannungen aus durch Längenänderungen oder Belastungen parallel zu den belasteten Flächen erzwun genen Schubverformungen des Lagers sind der elastischen Nachgiebigkeit des Gummis proportional und deshalb in dem elastisch nachgiebigeren Randbereich ebenfalls kleiner.
Durch diese Abminderung der Schubspannungsspit- zen am Lagerrand können die verträglichen Beanspru- chungen eines Gummilagers aus Belastungen senkrecht zu den Bewehrungseinlagen und Verdrehungen um Achsen parallel zu diesen wesentlich gesteigert werden.
Die nach der Erfindung vorgeschlagene grössere elastische Nachgiebigkeit des Randbereiches kann da durch herbeigeführt werden, dass der Gummi des La gerkörpers zum Rand hin zunehmend elastisch nach giebiger ausgebildet ist.
Der Idealfall ist in einer stetig zunehmenden elastischen Nachgiebigkeit zu sehen, doch wird man aus wirtschaftlichen Gründen häufig einer stufenweise zum Rand hin zunehmenden elastischen Nachgiebigkeit den Vorzug geben. In diesem Fall kann der Lagerkörper im Querschnitt aus nebeneinander an geordneten, fest miteinander verbundenen Streifen aus Gummi bestehen, deren Nachgiebigkeit jeweils grösser ist als die des zur Körpermitte hin angrenzenden be nachbarten Streifens.
Eine zum Rand hin zunehmende elastische Nach giebigkeit kann aber auch dadurch erreicht werden, dass die Dicke des Lagerkörpers zum Rand hin zunimmt.
Weiter besteht die Möglichkeit, die Dicke der Be- wehrungseinlagen von der Mitte zum Rand abnehmen zu lassen, wodurch ebenfalls eine grössere elastische Nachgiebigkeit des Randbereiches erzielt wird.
Schliesslich besteht auch die Möglichkeit, dass nur ein Teil der Bewehrungseinlagen, und zwar vorzugsweise diejenigen im Bereich der Ober- und Unterseite des La gerkörpers, von der Lagermitte in den Randbereich des Lagerkörpers geführt ist.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Er- findung dargestellt.
Bei dem in Abb. 1 im Querschnitt dargestellten Lager wird die grössere elastische Nachgiebigkeit des Rand bereichs dadurch erreicht, dass am Rand elastisch nach giebiger Gummi verwendet ist. Die Querdehnung wird durch Bewehrungseinlagen 3 aus Metall eingeschränkt. Das Lager kann im Grundriss jede beliebige Form haben. Die Höhe des Lagers und die Zahl der Bewehrungsein- lagen 3 kann frei gewählt werden.
Der Streifen 2 im mitt leren Bereich ist härter als der Streifen 1 des Rand bereichs. Die Streifen 1 und 2 können durch Vulkanisa- tion miteinander und mit den Bewehrungseinlagen 3 verbunden sein, wodurch die Tragfähigkeit des Lagers steigt. Die Pfeile symbolisieren die Hauptbelastungs- richtungen.
Die Zunahme der elastischen Nachgiebigkeit zum Rand kann auch in mehreren Schritten erfolgen, wie es in Abb. 2 an dem Schnitt ein anderes Lager gezeigt ist. An den verhältnismässig harten Streifen 2 in der Mitte des Lagerkörpers schliessen sich zum Rand hin jeweils weichere Streifen 5 und 4 an.
Am Rand ist wieder der weichste Streifen 1 angeordnet. Der Übergang zu weiche rem Gummi kann in beliebig vielen Stufen oder sogar stufenlos erfolgen. Die Bewehrungseinlagen 6 dieses La gers bestehen aus Drahtgitter oder Gewebe. Die Anzahl der Einlagen ist ebenso wie der Grundriss des Lagers beliebig.
Abb. 3 zeigt den Schnitt durch ein Lager, das aus dem mittigen Streifen 2 und dem an Rand angeordneten Streifen 1 grösserer elastischer Nachgiebigkeit besteht und bei dem die Querdehnung biespielsweise - wie im oberen Teil der Abb. dargestellt - durch Bewehrungs- einlagen 7 und 8 aus Blech behindert ist, deren Dicke zum Rand hin abnimmt. Die Bewehrungseinlage 7 besteht aus einem Blech, dessen Dicke stufenförmig zum Rand hin abnimmt. Die Anzahl der Stufen ist beliebig.
Die Grundrissform des Bleches entspricht der Form des Gummilagers. Von derartigen Einlagen kann eine be liebige Anzahl übereinander angeordnet sein. Bei der Bewehrungseinlage 8 nimmt deren Blechdicke stufenlos zum Rand des Lagerkörpers ab.
Im unteren Teil der Abb. 3 ist eine andere Beweh- rungsanordnung dargestellt. Hier ist nur ein Teil der Bewehrungseinlagen 9 von der Mitte bis in den Rand bereich des Lagerkörpers geführt. Hierzu gehören die Einlagen, die der Unterseite des Lagerkörpers benach bart sind.
Die Bewehrungseinlagen 7, 8, 9 können auch aus einem hochfesten Gewebe oder einem Drahtgitter beste hen. Sie sind zum Erhöhen der Tragfähigkeit fest mit dem Gummi verbunden.
Eine weitere Möglichkeit, den Lagerkörper zum Rand hin elastisch nachgiebiger auszubilden, besteht darin, dass die Dicke der des Lagerkörpers zum Rand hin zunimmt. Diese Möglichkeit kann mit einer zum Rand hin zuneh menden elastischen Nachgiebigkeit nebeneinander an geordneter Streifen gekoppelt werden, wodurch die Eignung für Verdrehungen um Achsen senkrecht zu der Hauptlastrichtung noch verbessert wird.
Wie in Abb. 4 gezeigt ist, kann das Gummilager also auch aus einem bikonkaven Lagerkörper bestehen. Die Bewehrungseinlagen 10 aus Metall oder Gewebe sind gekrümmt oder in Streifen 11 angeordnet.
Abb. 5 zeigt eine Ausführung, bei der die grössere Weichheit des Randbereichs durch eine stufenweise Zu nahme der Dicke nies Lagerkörpers zum Rand hin er reicht wird. Die Bewehrungseinlagen 3 können Bleche, Drahtgitter oder Gewebe sein.