DE2116586A1

DE2116586A1 - Baulager für Brücken und Großbauten

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Publication number: DE2116586A1
Application number: DE19712116586
Authority: DE
Inventors: der Anmelder. E04b 1-66 ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-04-13
Filing date: 1971-04-05
Publication date: 1971-10-28
Also published as: CH541672A; CA942909A; ES194304Y; GB1316004A; ES194304U; HK46277A; FR2089380A5

Description

8000 München 25, _Ä „ _ . · Eisenacher Straße !7

S^ Dl p L-I ng. R. H. Ba hf

Pa«,Anw. Herrmann-Trenlepoh. Dip I.-PHy S. Eduard ΒθΙΖίθΓ Fernsprecher: »»«

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Telegrammanschnft: PATENTANWÄLTE Babetzpat München

Bahrpatente Herne Telex 05 245 62

Telex 08229853 >5215JiO<

|— · . ~2 I 1 Q 5 8 6 Bankkonten:

Bayrische Vereinsbank München 952287 Dresdner Bank AG Herne 202 436 Postscheckkonto Dortmund 558 68

Ref.: μ 02 907 B/Se

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München

2. April 1971

Edward Robert Pyfe, 5220 Lakeshore Road, East, Burlington, Ontaria, Canada

Baulager für Brücken und Großbauten

Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen an Baulagern, wie sie beispielsweise in Brücken und Großbauten verwendet werden, um statische und dynamische Belastungen des Bauwerks aufzunehmen, gleichzeitig aber Relativbewegungen der Teile des Bauwerks, zwischen denen das Lager angeordnet ist, erlauben.

Baulagerpolster der genannten Art enthalten allgemein einen Körper aus gummiartigem oder elastomeren Material mit eingebautem Verstärkungsmaterial, beispielsweise Metallplatten, die mit ihren flachen Flächen im allgemeinen parallel zu den Ober- und Unterflächen des Lagerpolsters angeordnet sind.

Im allgemeinen werden solche Lager horizontal und vertikal belastet. Die vertikale Belastung umfaßt das Todgewicht des gelagerten Bauwerks und jede lebende Belastung am Bauwerk und diese Belastung wird senkrecht auf die Boden- und Oberflächen des Lagers und wird von dem elastomeren oder gummiartigem Material aufgenommen, das somit unter Druck gesetzt wird. Die horizontalen Belastungen ergeben sich aus der Bewegung des gelagerten Bau-

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Werkes durch Wärmeausdehnung oder -zusammenziehung. Dadurch wird die Oberfläche des Lagers seitlich bezüglich der Bodenfläche Terschoben, so daß das Lager unter Scherbelastung steht.

Die Größe des Lagers hängt weitgehend von der Größe der aufzunehmenden Belastung ab. Der horizontale Querschnittsbereich wird entsprechend der maximalen, vom Lager aufzunehmenden Vertikalbelastung und der BelastungsfäMgkeit des gummiartigen oder elastomeren Materials gewählt. Die senkrechte Höhe des Lagers hängt unter anderem von der senkrechten Dicke des elastomeren Materials ab, die wiederum wenigstens teilweise von der maximalen Neigung abhängig ist, der das Lager ausgesetzt werden kann, und-der Notwendigkeit sicher zu stellen, daß das gummiartige Material oder Elastomere unter den maximalen Kippbedingungen keiner Zugspannung ausgesetzt wird. Die Dicke des gummiartigen Zwischenstückes oder Elastomeren wird außerdem so gewählt, daß die Kippung und horizontale Ausbiegung vom Lager aufgenommen werden kann, ohne daß es zu einer überbeanspruchung in der Scherung kommt.

Bauingenieure haben bereits Brücken und Bauwerke entwickelt, die vergrößerte Anforderungen an solche Lager.stellen, indem sie fordern," daß wachsende Belastungen ohne Vergrößerung an Größenabmessungen und Kosten aufgenommen werden. Vorteilhaft sollen sogar wohl Größe als auch Kosten verringert werden. So wurden beispielsweise die bekannten tager mit einer oder mehreren offenen Schichten aus Neoprenelastomeren nur für Brücken von verhältnismäßig kurzer Spannweite, d.h» bis ca. 135 m (400 Fuß) verwendet. Lager für größere Spannweiten machen es wegen der veJiältnismäßig hohen auf die Lager wirkenden Kräfte erforderlich, das Neopren vollständig zu umhüllen, so daß das sogenannte verhältnismäßig teuere Topflager entsteht. Heute sind aber bereits Brücken mit einer Spannweite bis zu 500 m (1600 Fuß) üblich und es steht zu erwarten, daß sich der Trend zur Vergrößerung der Spannweite fortsetzt. Außerdem besteht die allgemeine Neigung, den Querschnitt der Tragsäulen soweit als möglich zu reduzieren, so daß man die Situation nicht einfach dadurch beherrschen kann, daß man die Abmessungen des Lagers vergrößert.

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Werden die horizontalen Abmessungen des Lagers durch Verwendung eines elastomeren Materials mit höherer Belastungsfähigkeit reduziert, dann muß man wegen der auf das Lager aufgebrachten Scherkräfte eine dickere Schicht verwenden und das Lager wird infolgedessen wesentlich dicker. Probleme ergeben sich auch durch den Zwang zur Sicherung einer mechanischen Bindung zwischen dem Elastomeren und den anderen Teilen des Lagers, wie den maximal angelegten Scherkräften zu widerstehen vermag.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines neuartigen Baulagers.

Die Erfindung will ferner ein neuartiges Baulager-unter Verwendung wenigstens einer nicht unter Spannung stehender Schicht aus eiastomerem Material und von einfacher billiger Konstruktion schaffen.

Durch die Erfindung wird ein Baulager mit einem Lagerglied vorgeschlagen, das dem zu lagernden Bauwerksteil in Eingriff steht und zwischen dem und einem Träger für das Lager bei in der Arbeitsstellung auf dem Träger angeordneten Lager eine Schicht aus gummiartigem oder elastomeren Material angeordnet ist, und dafe sich kennzeichnet durch wenigstens ein einen Scherwiderstandeingriff mit dem Lagerglied herstellendes mitwirkendes Lagerglied, das eine Zusammendrückung der elastomeren Schicht und ein Verkippen des Lagergliedes relativ zum Träger unter Belastung erlaubt und mit dem Träger in scherresistentem Eingriff steht.

Das mitwirkende Lagerglied kann ein Stift sein, der durch das elastomere Material hindurchgreift und mit einem Ende in scherresistentem Eingriff mit dem Lagerglied steht.

Das Ende des mit dem Lagerglied in Eingriff stehenden Stiftes kann eine äußere Eorm in Form eines KugelSegmentes haben, das in eine mit dem Stift koaxiale zylindrische Bohrung im Lagerglied verschiebbar eingreift. Es kann gegebenenfalls auch ein Bund mit entsprechender Innenform das Stiftende umfassen, wobei der Bund aufei zylindrisch ist und verschiebbar in eine Zylinder-

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bohrung im Lagerglied eingreift, die koaxial mit dem Bundäußeren und dem Stift verläuft.

Gegebenenfalls können das Lagerglied und das scherresistente Lagerglied plattenartige Teile auf entgegengesetzten Seiten der elastomeren Schicht aufweisen, wobei eines der Lagerglieder eine Oberfläche besitzt, die den scherresistenten Eingriff mit der benachbarten Fläche des anderen (3-iedes herstellt, welche sich in Richtungfles anderen Gliedes erstreckt und die zuerst erwähnte Oberfläche umgibt.

Der scherred-stente Eingriff kann be^ Aufbringen von 50 $ bis 75 f- der maximal ausgelegten Scherbelastung aufnehmen.

Bevorzugte Ausführungsformen der'Erfindung sollen im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigen in

Fig. 1 eine Vorder- bzw. Hückansi ht eines Lagers gemäß der vorliegenden Erfindung zur Lagerung eines Brückenbauteils; und in den

bis 5 Querschnitte durch verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Lagers.

Fig. 1 zeigt eine typische Anwendung eines Lagers gemäß der vorliegenden Erfindung zur Unterstützung eines Bauwerkteils, beispielsweise eines Brückenteiles 10 auf dem Kopf einer einzelnen schlanken senkrechten Trägersäule 11. Das Lager itt allgemein mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet.

Das in Fig. 2 wiedergegebene Lager enthält zwei im Abstand angeordnete, flache, kreisförmige Platten 13 und 14 mit einer einzigen, zurSeite offenen, gleichmäßigen, flachen zylindrischen Schicht 15 aus einem elastomeren oder gummiähnlichem Material, das zwischen die Platten eingesetzt und mit ihnen durch geeignete Behandlung verbunden/st. Ein massiver, fester, scherresistenter Stift 16 verläuft koaxial mit den beiden Platten und der elastomeren Schicht zwischen den Platten und überträgt jede auf die

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Platte 13 aufgebra hte Scherkraft unmittelbar auf die Platte 14 und umgekehrt ohne daß die Kraft auf die Elastomerenschicht übertragen werden kann.

Bei dieser Ausführungsform ist der Stift 15 starr mit der Platte

14 dadurch verbunden, daß er einstückig mit ihr hergestellt ist. Sein in die andere Platte 13 greifendes Ende hat die Außenform eines Kugelsegments, welches vertikal verschiebbar in einer zylindrischen Bohrung 17 in der Platte 13 sitzt, die.koaxial zum Stift verläuft. Das vertikale Verschieben des Stiftendes in der Bohrung ermöglicht die Bewegung der Platten aufeinander zu und voneinander weg, wenn die der Elastomerenschicht unter der angelegten Belastung schwankt, während der Schwenkeingriff ein entsprechendes Verkippen der beiden Platten erlaubt, wenn sich der gelagerte Bauteil auf dem Lager bewegt.

Die untere Platte 13 ist fest an der Säule 11 in geeigneter Weise befestigt. Da die in Pig. 1 wiedergegebene Säule aus Beton besteht, ist die Platte mit nach unten weisenden Verankerungsstiften 18 üblicher Bauform vorgesehen. Ein Glied 19 von umgekehrter U-Form ist in ähnlicher Weise an dem Brückenbauteil über nach oben vorstehende Verankerungsstifte 20 befestigt. Die Oberflächen 19a und 13a des Gliedes 19 bzw. der Platte 13 weisen eine Schicht 21 aus niedrige Reibung aufweisendem Kunststoffmaterial, wie es beispielsweise von DuPont unter der Handelsmarke "Teflon" verkauft wird auf, das zwischen sie so eingesetzt ist, daß sie leicht relativ zueinander gleiten können, um die entsprechende Bewegung der Brücke auf dem lager aufzunehmen. Die die Oberfläche 19a erfassende Oberfläche des lagers 21 ist mit einer großen Anzahl von flachen Ausnehmungen 22 versehen, die jeweils ein geeignetes Schmiermaterial enthalten, um die gleitende Reibung herabzusetzen. Die mit den sich nach unten erstreckenden Teile 19b des Lagerg'liedes 1.9 erstreckenden Kanten der Platte

15 sind mit Schichten 23 aus niedrige Reibung aufweisendem Material versehen, um die Gleitreibung zwischen ihnen herabzusetzen.

Das bevorzugte Material für die ELastomerensehi.cht 15 ist Polyurethan, beispielsweise ein Material, welches eine Belastung von

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OBIGINAMNSPECtE©

140 kg/cm (2000 p.s.i.) aufnehmen kann, wie Vergleich zu einer Belastungsaufnahme von 56 kg/cm (800 p.s.i.) für Neopren. Als praktisches Beispiel sei darauf hingewiesen, daß ein lager, das 200-t Belastung widerstehen kann, ca. 66 cm (26 Zoll) Durchmesser bei Neopren aufweisen muß, bei Polyurethan aber nur ca. AO cm (16 Zoll) benötigt. Darüber hinaus können wegen der Anwesenheit des Stiftes 16' im wesentlichen keine Scherkräfte auf die Elastomerenschicht übertragen werden und ihre Dicke braucht deshalb nur so groß zu sein, daß sie die durch den Schwenkeingriff des Stiftes mit der Platte 13 erlaubte Kippung aufzunehmen vermag. Die Kippung, die sich bei einem Baukörper erzielen läßt, läßt sich, leicht als Winkel berechnen und die Begrenzung liegt darin, daß die Dicke ausreichen muß um sicher zu ψ stellen, daß der gestreckte Teil der Elastomerenschicht unter Druck bleibt und nicht unter Spannung gerät. Bei dem oben erwähnten praktischen Ausführungsbeispiel braucht die Elastomerenschicht nur ca. 25 mm (1 Zoll) stark zu 'sein, während ein übliches Neoprenlager eine Schicht von vielleicht 100 mm (4 Zoll) Dicke benötigt, um den aufgebrachten Scherkräfteiy&iderstehen zu können, Auch sind die Bindungen zwischen der Schicht 15 und den Platten 13 und 14 keinen merklichen Scherkräften ausgesetzt, so daß die sonst durch mögliche Fehler dieser Bindungen vorzusehenden Begrenzungen vermieden sind. Es hat sich herausgestellt, daß allgemein höhere Festigkeit aufweisende Elastomere, wie PoIyurethanke verhältnismäßig schwierig mit Metallen zu verbinden

~ sind.

Bei der in Fig. 3 wiedergegebenen Ausführungsform erfolgt die scherresistente Schwenkverbindung des Stiftes 16 mit dem Lagerglied oder der Platte 13 mit Hilfe eines zylindrischen Bundes 24, die eine innere Zylinderoberfläche aufweist, die dem Ende 'des Stiftes im wesentlichen entspricht und das Stiftende eng umfaßt. Der Bund besitzt eine äußere Zylinderoberflache, die einem G-lextsitz in der Zylinderbohrung 17 ermöglicht, so daß der Bund zur Aufnahme von Dickenänderungen der Elastomeren- ^: schicht bei Belastung gleiten kann. Die Ausführungsformen können selbstverständlich umgekehrt werden,

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Bei allen beschriebenen Ausführungsformen nimmt die Verbindung des Stiftes 16 mit der Platte 13 sowohl Kippbewegungen als auch senkrechte Bewegungen der Platte 13 auf, da dies baumäßig die bevorzugte Anordnung ist. Jedoch ist es beispielsweise bei den Ausftihrungsformen nach den Fig. 2 und 3 für die Verbindung des Stiftes mit der Platte 13 auch möglich Kippbewegungen aufzunehmen, während die Verbindung mit der Platte 14 die vertikalen Bewegungen aufnimmt, wobei der Stift in vertikaler Richtung in einer geeigneten Bohrung verschiebbar ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist das umgekehrteü-förmige Glied 19 der vorhergehenden Ausführungsformen nicht ein einstükkiger Bauteil sondern besteht aus getrennten Teilen in Form einer Platte 19, einer anderen die entfernbaren Verankerungsstifte 20 tragenden Platte 25 und einer Seitenschiene 26, wobei die getrennten Teile durchschrauben 27 zusammengehalten werden. Die Platte H ist mit entfernbaren Stiften 18 versehen. Eine solche Anordnung ermöglicht den Auseinanderbau des lagers zur Herausnahme und/oder Unterhaltung etc. Eine dünne Schicht 28 aus Material mit einem besonders niedrigem Reibungskoeffizient gegenüber dem Material der Schicht 21 ist auf· die Oberfläche der Platte 19 festgeklemmt, die mit der Schicht 21 in Eingriff steht. Ein besonders geeignetes Material ist eine Schicht aus poliertem rostfreiem Stahl, wobei die Verwendung einer solchen Schicht auch die Notwendigkeit vermeidet, die entsprechende Fläche der Platte 19 polieren oder genau bearbeiten zu müssen.

Das über die Platte 14 vorstehende Ende des Stiftes 16 greift in ein mit ihm aisanmenwirkendes, an der Platte 13 befestigtes Gehäuse 29. Die zylindrische Bohrung 17 im Gehäuse hat einen vorbestimmt größeren Durchmesser als der Stift 16, so daß einige Scherkräfte auf die Elastomerenschicht 15 aufgebracht werden können, bevor der scherresistente Stift um das Gehäuse 29 miteinander in scherresistenten Eingriff kommen. Vorzugsweise liegt die Größe der von der Elastomerensiiicht aufzunehmenden Scherkraft ν er dem Fingriff bei ca. 50 1 und kann bis zu ca. 75 $> der maximalen Scherbelastung des Lagers anwachsen, wobei der Eest, wenn er überhaupt aufgebracht wird, von der scherresistenten Verbindung aus

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Stift und Gehäuse aufgenommen wird. Bei einigen Anwendungsgebieten ist eine solche Konstruktion vorzuziehen.und ermöglicht die Verwendung eines Stiftes 16 von kleinerem Durchmesser im Vergleich zu den Stiften der vorher beschriebenen Ausführungsformen.

Bei der Ausführungsform nachFig. 5 ist der Stift 16 tatsächlich mit der Platte H vereinigt, die in der Ebene kreisförmig ist,' ' so daß die Platte 14 als mechanisches Äquivalent des Stiftes angesprochen werden kann. Die Platte ist mit einer Kantenfläche 14a versehen, die entsprechend der Fläche des Stiftes 16 geformt ist, und wirkt mit einer inneren kreiszylindrischen Fläche 29a des ringförmigen Gliedes 29 zusammen, das an der Kante der Platte 13 befestigt ist, gegebenenfalls Kreisform aufweist. Die Außenfläche des Gliedes 29 besitzt Rechteckform und trägt die niedrige ^ Reibung aufweisende Glieder 23, die auf die Seitenschienen 26 wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform greifen. Der Ring 29 kann gegebenenfalls auch an der Platte 14 befestigt sein und sich in Richtung der Platte 13 erstrecken, so daß ein Schwenkeingriff mit der Platte 13 entsteht, der Scherkräften widerstehen kann. Die Flächen 14a sind konvex gekrümmt, was vorzusehen ist, jedoch kann gegebenenfalls oder zusätzlich die mit ihnen zusammenwirkende Fläche 29a, die die Fläche 14a umgibt, konkav gekrümmt sein. Obwohl das Elastomere von den Platten 13 und 14 und der Ringfläche 29'a umgeben ist,, wird es doch¹' durch diese Flächen nicht physikalisch eingegrenzt.

Die Konstruktion nach den verschiedenen lAusführungsformen na/eh " der Erfindung läßt sich auch auf andere Lager übertragen, beispielsweise auf schwimmende Lager, wo keine seitliche Eingrenzung durch die Schienen 26 erforderlich ist.

Patentansprüche:

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Claims

9 - 2116536 Patentansprüche

1.JBaulager mit einem Lagerglied, das mit dem zu lagernden Bau- ^ werksteil im Eingriff steht und zwischen dem und einem Träger für das ^ager bei in der Arbeitestellung auf dem Träger angeordnetem Lager eine Schicht aus gummiartigem oder elastomeren Material angeordnet ist, gekennzeichnet durch wenigstens ein einen Scherwiderstandseingriff mit dem Lagerglied (.19) herstellendes mitwirkendes Lagerglied (14 oder 16), das eine Zusammendrückung der elastomeren Schicht (15) und ein Verkippen des Lagerglieds (19) relativ zum Träger (11) unter Belastung "erlaubt mit dem Träger (11) in scherresistentem Eingriff steht.

2. Baulager nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i c h net, daß das mitwirkende Lagerglied einen Stift (16) aufweist, der durch die elastomere Schicht (15) hindurchtritt und an seinem dem Lagerglied benachbarten Ende für einen scherresistenten Schwenkeingriff mit diesem Glied ausgebildet ist.

3. Baulager nach Anspruch 2, dadurch geken.nze i ohne t , daß das mit dem Lagerglied in Eingriff stehende Ende des Stiftes kugelsegmentförmige äußere Gestalt a/ufweist und in einer zylindrischen mit dem Stift koaxialen Bohrung (17) im Lager verschiebbar sitzt.

4. Baulager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des mit dem Lagerglied in Schwenkeingriff stehenden Stiftes kugelsegmentförmige äußere Gestalt aufweist und ein Bund (24) von entsprechender Innenform das Stiftende umgibt und außen zylindrisch ausgebildet ist, wobei der Bund in einer zylindrischen Bohrung im Lagerglied verschiebbar sitzt, die koaxial zum Äußeren des Bundes und zum Stift verläuft.

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5. Baulager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet , daß das für den scherresistenten Eingriff mit dem Lagerglied ausgebildete Ende des Stiftes starr mit "einem anderen Lagerglied ist, das aus einer Platte (14) besteht, welche für diesen Eingriff mit dem Lagerglied geeignet ist.

6. Baulager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerglied und das mitwirkende Lagerglied plattenartige Teile auf entgegengesetzten Seiten der elastomeren Schicht (15) sind, wobei eines der Lagerglieder eine Oberfläche (I4a) aufweist, die den scherresistenten .Eingriff mit seiner benachbarten Fläche (29a) des anderen Gliedes herstellt, wobei die benachbarte Oberfläche sich in Richtung des einen Gliedes erstreckt und die zuerst erwähnte Oberfläche umgibt.

7· Baulager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das scherresistente Glied aus einer Platte besteht, deren Außenkante mit einer entsprechenden Innenoberfläche eines bundartigen Gliedes (29) am Lagerglied in Eingriff bringbar ist, wobei das bundartige Glied die elastomere ächicht und das zusammenwirkende Lagerglied umgibt.

8. Baulager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zusammenwirkende Lagerglied kreisförmig mit einer nach außen konvex kreisförmigen Kante und die entsprechende Innenoberfläche (29a) des bundartigen Gliedes zylindrisch sind.

9. Baulager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der scherresistente Eingriff bei Aufbringung von 50 $ bis 75 $> der ausgelegten maximalen Scherbelastung auf das Lager erfolgt.

10. Baulager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-9» dadurch, gekennze ichne t , daß das Lagerglied aus zwei Teilen (13,19) besteht, die für eine in Querrichtung er-

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folgende Gleitbewegung relativ zueinander montiert sind und entsprechende relative Querbewegungen von Teilen eines Bauwerks aufnehmen, zwischen denen das Lager eingesetzt ist.

11. Baulager nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile mit einer dazwischengesetzten Schicht aus niedrige Reibung aufweisendem Material (21 oder 28) zur Verminderung der Gleitreibung zwischen Ihnen versehen sind.

12. Baulager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichn e t , daß wenigstens eine Oberfläche des niedrige Reibung aufweisenden Materials mit einer Vielzahl von Ausnehmungen (22) versehen ist, welche Schmiermaterial enthalten.

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