DE2825606A1

DE2825606A1 - Hochbelastbares auflager

Info

Publication number: DE2825606A1
Application number: DE19782825606
Authority: DE
Inventors: Edward Robert Fyfe; Stewart Charles Watson
Original assignee: Watson Bowman Associates Inc
Current assignee: Watson Bowman Associates Inc
Priority date: 1977-07-05
Filing date: 1978-06-10
Publication date: 1979-01-18
Also published as: AU3680278A; NZ187434A; JPS5417447A; AU516757B2; SE438514B; SE7805330L; NO782244L; FR2396919A1; FR2396919B1; ES470268A1; BR7803576A; PH16573A; JPS62125115U; CH630682A5; CA1100714A; GB1604125A; ZA782235B

Description

PATENTANWÄLTE Z ö/L U U U U

HELMUT SCHROETZR KLAUS LEHMANN

DIPL.-PHYS. DIPL.-INC.

-3-

WATSON-BOWMAN ASSOCIATES INC. . cu-wb-11

Se/H 7. 6. 1978

Hochbelastbares Auflager

Vorliegende Erfindung befaßt sich in erster Linie mit einer Verbesserung von Auflagern, wie sie in den US-Patentschriften 3 8o6 975 und 3 921 24o beschrieben und gezeigt sind. Die aus diesen Patentschriften bekannten Auflager sind in erster Linie dazu bestimmt, Brückenfahrbahnen auf Pfeilern und Widerlagern abzustützen, wobei eine Rotations- und/oder Translationsbewegung zwischen der Brückenfahrbahn und dem Pfeiler oder dem Widerlager stattfindet. Die Erfindung schafft jedoch auch eine Verbesserung an Auflagern ähnlicher grundsätzlicher Bauweise, wobei jedoch keine Rotations- oder Translationsbewegung zwischen der Brückenfahrbahn und dem Pfeiler oder Widerlager vorgesehen sein muß. Die Erfindung läßt sich auch bei Auflagern anwenden, die andere Bauwerke, z. B. Gebäude tragen. Die Erfindung will hauptsächlich sicherstellen, daß das Auflager die Fähigkeit erhält, sehr schweren Lasten widerstehen zu können, und daß die Lasttragfähigkeit stabilisiert wird.

In Auflagern vom vorher genannten Typ wird eine Elastomer-Zwischenlage, im allgemeinen zwischen 6 und 127 mm dick, zwischen zwei flache Platten eingefügt, die wiederum mit der Brückenfahrbahn oder irgend einem anderen Bauwerk und dem Pfeiler, Wider-,lager oder einem anderen Fundament befestigt werden. Bei der Art von Auflagern, wie sie in den oben geannten Patentschriften beschrieben sind, ist eine dritte Platte mit der Möglichkeit gleitender Bewegung relativ zu einer der Platten befestigt und

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D-707 SCHWÄBISCH GMOND GEMEINSAME KONTEN: D-8 MÜNCHEN 70 Telefon: (07171) 56 90 Deutsche Bank München 70/37369 (BLZ 700 70010) Telefon: (0 89) 7719 5t H. SCHROETER Tcleg»mme: Schroepu Schwabisch Gmünd 02/00 535 (BLZ 413 700 86) K.LEHMANN Telegramme: Schroep* Bodugu« 49 Telex: 7248 861 pagd d Pwticheekkonto Mündien 167941-804 LipowtkyitraSe 10 Telex: 5 212 248 ptwe d

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an dem Bauwerk oder dem Fundament verankert, um eine Translationsbewegung zuzulassen. Es sind Mittel vorgesehen, um Schubbeanspruchungen in der Elastomer-Zwischenlage auf ein Mindestmaß zu bringen, ohne die notwendige Rotation zwischen der ersten und der zweiten Platte und die durch das Gewicht des Bauwerks erfolgende Zusammendrückung der Elastomer-Zwischenlage zu stören. Vorzugsweise hat die Elastomer-Zwischenlage Kreisform, während der seitliche Rand der Zwischenlage vorzugsweise hohl ist. Praktisch waren die Elastomer-Zwischenlagen zur Verwendung in dieser Art von Auflager doppelkegelig (d.h. sie sehen wie ein Paar Kegelabschnitte, einer verkehrt- über dem anderen, aus).

Schwankungen der Lastaufnahmefähigkeit der Elastomer-Zwischenlage sind aufgetreten. Dies ergibt sich aus der Aufzeichnung von Last-/Weg-Kurven für die Lager, wobei der Weg für ein Auflager unter Belastung in manchen Fällen größer als in anderen ist. Es wurde nun festgestellt, daß diese Schwankungen in Beziehung zu Schwankungen der Haftbindung der Elastomer-Zwischenlage mit den genannten Platten ober-und unterhalb derselben gesetzt werden kann. Man kann dabei annehmen, daß dadurch den oberen und unteren Oberflächen der doppeltkegeligen Zwischenlage unter Last eine seitliche Größenzunahme ermöglicht wird, die in gewissem Umfang irreversibel ist. Vorliegende Erfindung verhindert durch bauliche Maßnahmen einen seitlichen Größenzuwachs der äußeren Oberflächen der Elastomer-Zwischenlage und bringt deshalb die Belastbarkeit solcher Lager auf einen Höchstwert, der gleichmäßig erzielt und aufrecht erhalten wird.

Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung ist auch ein Sicherheitselement vorgesehen, das die Zwischenlage im Auflager vor der Gefahr der überlastung und vor der Trennung ,von den genannten Platten während der Drehung schützt. Kurz gesagt bestehen die baulichen Maßnahmen aus Mitteln, die an der Platte befestigt sind und eine gegenseitige mechanische Sperre mit der Elastomer-Zwischenlage ergeben, so daß beim

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Zusammendrücken der doppelt-kegeligen oder ähnlich ausgebildeten Zwischenlage eine dem seitlichen Größenzuwachs der oberen und der unteren Oberfläche dieser Zwischenlage entgegengesetzte Kraft ausgeübt wird.

Weitere Merkmale der Erfindung sowie die dadurch erzielten Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der einige Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert sind. Es zeigen
Fig. 1 einen Schnitt durch eine bevorzugte Ausfuhrungsform des neuen Auflagers,

Fig. 2 die Ansicht einer im Auflager der Fig. 1 verwendeten Platte, Fig. 3 eine Seitenansicht der Zwischenlage des Auflagers der Fig.

in teilweise zusammengedrücktem Zustand, Fig. M eine Seitenansicht der Zwischenlage des Auflagers der Fig, I in weiter zusammengedrücktem Zustand,

Fig. 5 bis Io Schnitte durch Auflager-Zwischenplatten und angrenzende Platten weiterer Ausführungsbeispiele von Auflagern gemäß vorliegender Erfindung.

Wie in Fig. 1 gezeigt, enthält das Auflager drei Bestandteile aus Stahl, nämlich eine rechtwinkelige Oberplatte 1, eine rechtwinkelige Mittelplatte 2 und eine Grundplatte 3· Eine kreisförmige Zwischenlage 4 für das Auflager befindet sich zwischen der Mittelplatte 2 und der Grundplatte 3. Ein Kunststoffblatt 5 niedriger Reibung befindet sich in einer Ausnehmung 6 in der Oberseite der Mittelplatte 2, um die Reibung zwischen der Mittelplatte 2 und der Oberplatte 1 herabzusetzen. Die Oberplatte 1 und die Grundplatte sind mit Betonankern 7 und 7¹ versehen, wodurch sie mit einem Brückenpfeiler 8 bzw. einer Brückenfahrbahn 9 verbindbar sind. Jedoch versteht es sich, daß die beschriebenen Auflager auch in anderen Arten von Aufbauten Verwendung finden können. Die Oberplatte 1 ist mit nach unten ragenden Seitenplatten Io und 11 versehen, die sich entlang gegenüberliegenden Seiten der Mittelplatte 2 erstrecken und eine relative Gleitbewegung zwischen der Brückenfahrbahn 9 und dem Pfeiler 8 im wesentlichen auf eine einzige Richtung einschränken. Jedoch versteht es sich, daß auch andere

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Anordnungen Anwendung finden können, ζ. B. eine solche, die eine Gleitbewegung in allen Richtung zuläßt, wobei die Platten Io und 11 wegfallen. Umgekehrt könnte auch eine Gleitbewegung im wesentlichen in allen Richtungen unterbunden werden, was von: den Anforderungen des Einzelfalls abhängt.

Das Auflager ist mit einem Bolzen 12 ausgestattet, der aus einem Stück mit der Grundplatte 3 besteht und in eine zylindrische Manschette 13 wie in US-PS 3 806 975 und 3 921 24o in Verbindung mit Fig. 3 derselben beschrieben eingreift. Die grundsätzliche Ausbildung dieser Einzelheit ist aus diesen Schriften bekannt, weshalb sie hier nicht weiter erläutert wird.

Die Zwischenlage 4 des Auflagers ist aus einem Polyurethan-Elastomer, vorzugsweise von 85 bis 95 auf der Durometer-Skala, Shore A, in doppeltkegeliger Form hergestellt. Die Abmessungen der Zwischenlage 4 hängen von dem voraussichtlich zu tragenden Gewicht ab, bewegen sich jedoch in tpyischen Fällen für den Außendurchmesser zwischen loo und 1 52o mm, wobei der Durchmesser an der Stelle in der Mitte typischerweise 3 bis 5o mm geringer als der äußere Durchmesser der Zwischenlage 13t.

Gemäß der Erfindung ist die Oberplatte 2 mit einem nach unten ragenden, kreisförmigen Ring 15 versehen, der die Zwischenlage 4 des Auflagers umgibt, wobei jedoch der Innendurchmesser des Rings 15 etwas größer als der Durchmesser der Zwischenlage Ί des Auflagers in deren Ausgangszustand ist. Vorzugsweise wird ein Spiel von 0,8 bis 9,5 mm vorgesehen. In ähnlicher Weise ist die Grundplatte 3 mit einem aufrechten Ring 16 gleichen Durchmessers unter Einhaltung des gleichen Spiels versehen.

Die Anordnung ist so getroffen, daß im Ausgangszustand nach dem Zusammenbau die Zwischenlage 4 des Auflagers weder den Ring 15 noch den Ring 16 berührt. Wenn jedoch das Auflager unter dem Gewicht der Last zusammengedrückt wird, werden zwei Erscheinungen

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beobachtet. Erstens werden, wie in Fig. 3 dargestellt, die kegelförmigen Seiten der Zwischenlage 4 nach außen und gegeneinander ausgebaucht. Schließlich bauchen sich die kegeligen Seiten der Zwischenlage k bei genügender Zusammendrückung des Auflagers soweit aus, daß sie die Ringe 15 und 16 berühren. Jedoch ist die Auslegung solcher Lager so getroffen, daß die eben beschriebene Berührung unter der Nennlast noch nicht eintritt. Auf diese Weise bietet der Ring einen Sicherheitsfaktor, der dann zur Wirkung gelangt, wenn das Auflager überlastet wird. In diesem Zustand erhöht sich der Formfaktor der Zwischenlage, so daß eine weitere Zusammendrückung im wesentlichen unterbunden wird.

Die zweite zu beobachtende Erscheinung besteht darin, daß der Durchmesser der Zwischenlage 4 des Auflagers an ihrer oberen und unteren Oberfläche etwas zunehmen kann, wie es oben beschrieben wurde..Jedoch ist der seitliche Größenzuwachs dieser oberen und unteren Oberflächen durch die Ringe 15 und 16 begrenzt.

Eine dritte Erscheinung kann bei der Rotation oder Kippung des Auflagers beobachtet werden. In diesem Fall wird die Zwischenlage 4 des Auflagers an einer Seite mehr als an der anderen Seite zusammengedrückt. Wenn dieser Fall eintritt, können die nach außen sich ausbauchenden kegeligen Seiten im Bereich der größten Zusammendrückung die Ringe 15 und 16 berühren. Geschieht dies, so wird eine weitere Zusammendrückung in diesem Bereich durch Änderung des Formfaktors der Zwischenlage" wesentlich eingeschränkt.

Ein weitere Vorteil der Erfindung ergibt sich aus dieser Anordnung. Da bei einer Verkippung eine über das vorgesehene Maß hinausgehende Zusammendrückung verhindert wird, lassen sich im Verhältnis weichere Elastomere einsetzen, als dies sonst möglich wäre. Während Rotationsbewegungen können sich, falls erforderlich, wei-6he Elastomere in dem dem zusammengedrückten Bereich gegenüberliegenden Bereich ein wenig dehnen und deshalb die Loslösung " von den Platten 2 und 3 verhindern, die sonst stattfinden könnte. Als Ergebnis hiervon kann den Auflagern eine größere Rotations-

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bewegung als sonst zulässig zugemutet werden.

Insgesamt ergibt sich durch die Erfindung die Wirkung, daß die Nennlasten der Lager höher ansetzbar sind. Z.B. lassen sich nach den gegenwärtigen Erkenntnissen Auflager-Zwischenlagen, die bisher für 17,5 N/mm Nennlast bestimmt waren, nun für 26,6 N/mm verwenden.

Weitere Verbesserungen der Auflager können durch andere Mittel erreicht werden, die den seitlichen Größenzuwachs der oberen und der unteren Oberfläche der Zwischenlage k verringern. Dies ist durch verschiedenerlei mechanische, zur gegenseitigen Sperrung ineinandergreifende Anordnungen erreichbar, bei denen eine nach innen weisende Vertikal- oder Schrägfläche der Mittelplatte 2 und/oder Grundplatte 3 vorhanden ist, die stoßend an einer nach außen weisenden Vertikal- oder Schrägfläche der Zwischenlage 4 des Auflagers innerhalb von dessen Umfang anliegt. Verschiedene Formen von Stoßflächen sind in den Fig. 5 bis Io dargestellt.

Zusammenfassend läßt sich der Erfindung wie folgt beschreiben. Sie ergibt ein hochbelastbares Auflager für Brücken und andere Aufbauten und besteht aus einer oberen und einer unteren Platte sowie einer die Last aufnehmenden Elastomer-Zwischenlage zwischen diesen. Die Zwischenlage ist am Umfang ausgekehlt. Das Auflager ist mit Mitteln versehen, die eine Schubbewegung zwischen der oberen und unteren Platte verhindern, jedoch eine Rotationsbewegung zwischen ihnen gestatten. Es ist eine Einrichtung vorhanden, die der die Last aufnehmenden Elastomer-Zwischenlage mechanisch eine Stoßstelle bietet, um eine seitliche Bewegung der oberen und der unteren Oberfläche der Elastomer-Zwischenlage zu begrenzen oder zu verhindern,ohne das Ausbauchen ihres Umfange zu verhindern.

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Claims

PAl fN^TAMVM LTf.

HELMUT SCHROETER KLAUS LEHMANN

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PATENTANSPRÜCHE

(1.Λ Hochbelastbares Auflager aus einer oberen und einer unteren Platte, einer die Last aufnehmenden Elastomer-Zwischenlage zwischen den Platten, einer über den Umfang der Elastomer-Zwischenlage gehenden Vertiefung und einem zusammenarbeitenden Lagerelement in solcher Bauweise und Anordnung, daß eine Schubbewegung zwischen den Platten im wesentlichen verhindert, jedoch eine Rotationsbewegung zwischen den Platten gestattet ist, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (15, 16 in Fig. 1; weitere Beispiele in Fig. 5 bis lo), die der die Last aufnehmenden Elastomer-Zwischenlage (¹I) mechanisch eine Stoßstelle bietet, wodurch ein seitlicher Größenzuwachs der unteren und der oberen Oberfläche der Elastomer-Zwischenlage unter Last zumindest begrenzt wird, ohne daß eine Ausbauchung des Umfangs verhindert wird.
2. Hochbelastbares Auflager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die mechanisch eine Stoßstelle bietende Einrichtung einen von einer der Platten in eine Nut in einer der Oberflächen der die Last aufnehmenden Elastomer-Zwischenlage ragenden Vorsprung umfaßt.
3. Hochbelastbares Auflager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die mechanisch eine Stoßstelle bietende Einrichtung einen von einer der Oberflächen der die Last auf-

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D-707 SCHWABISCH GMOND GEMEINSAME KONTEN: D-8 MÜNCHEN 70

Telefon: (07171) 56 90 Deutsche Bank München 70/37369 (BLZ 700 700 10) Telefon: (0 89) 77 89

H. SCHROETER Telegramme: Schroepit Schwäbisch Gmiind 02/00 535 (BLZ 613 700 86) K.LEHMANN Telegramme: Schroepat

Bodugasse49 Telex: 724(868 pagdd Postscheckkonto München 167941-804 LipowtkystraSe 10 Telex: 5 212 248 pawe d

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nehmenden Elastomer-Zwischenlage in eine Nut in einer der Platten ragenden Vorsprung umfaßt.
4. Hochbelastbares Auflager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die mechanisch eine Stoßstelle bietende Einrichtung von den Platten (2, 3) nahe dem Umfang der die Last aufnehmenden Elastomer-Zwischenlage (¹I) vorspringende Teile (15, 16) umfaßt.
5. Hochbelastbares Auflager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß in unbelastetem Zustand des Auflagers ein seitliches Spiel zwischen der Oberfläche der die Last aufnehmenden Elastomer-Zwischenlage (¹J) und den vorspringenden Teilen (15, 16) besteht, wodurch der die Last aufnehmenden Elastomer-Zwischenlage (4) ein begrenzter seitlicher Größenzuwachs vor dem Anstoßen an die vorspringenden Teile (15, 16) gestattet ist.
6. Hochbelastbares Auflager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das seitliche Spiel 0,8 bis 9,5 mm beträgt.
7. Hochbelastbares Auflager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die die Last aufnehmende Zwischenlage (¹J) und die vorspringenden Teile (15, 16) Kreisform haben.
8. Hochbelastbares Auflager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die die Last aufnehmende Zwischenlage

(4) doppelt-kegelig ist.
9. Hochbelastbares Auflager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die über den Umfang der Elastomer-Zwischenlage gehende Vertiefung im ganzen Bereich zwischen der oberen

,Oberfläche und der unteren Oberfläche dieser Zwischenlage vorhanden ist.

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