DE2921828C2 - Auflager mit hoher innerer Dämpfung für Bauwerke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Auflager, das zwischen einem Bauwerk und dessen Fundament angeordnet ist und aus einem Stapel parallelliegender Bleche besteht, zwischen denen Schichten aus mit den Blechen durch Vulkanisation verbundenem, elastischem, praktisch nicht kriechendem Elastomer angeordnet sind.

Bei Auflagern ist in manchen Fällen erwünscht, daß sie eine starke innere Dämpfung besitzen, damit die von einem solchen Auflager getragenen Bauwerke oder deren Fundamente weniger empfindlich auf dynamische Beanspruchungen beliebigen Ursprungs (Windstöße, Bremskräfte von Schwerfahrzeugen) reagieren, ebenso wenig auf seismische Erschütterungen. Von besonderer Bedeutung ist dies für Bauwerke, die besonders hohen Sicherheitsanforderungen genügen müssen, beispielsweise Kernkraftwerke.

Um die zerstörende Wirkung von seismischen Erschütterungen zu verringern, hat man schon Auflagereinrichtungen vorgeschlagen, die eine Gleitbewegung des aufliegenden Bauwerks gegenüber seinem Fundament zulassen, wenn die Beanspruchung einen bestimmten Schwellenwert überschreitet

Zum gleichen Zweck sind außerdem Auflager bekannt, die unter Belastung eine Abwälzbewegung viskoser Massen zwischen parallelliegenden Platten entstehen lassen.

Der Nachteil derartiger Vorrichtungen liegt darin, daß bei seismischen Bewegungen das Gebäude verschoben wird und beispielsweise mit Arbeitszylindern an seinen Platz zurückgeführt werden muß, denn Rückstellmittel sind an den Vorrichtungen nicht vorgesehen.

Aus diesem Grunde sind sie ungeeignet, einer Bremswirkung oder einer Windwirkung Widerstand zu leisten.

Ferner sind bewehrte Elastomerlager bekannt, die aus einer Obereinanderschichtung von Elastomerschichten bestehen, weiche durch Stahlbleche voneinander getrennt sind, an denen die Schichten haften, damit sie nicht zusammengedrückt werden (vgl. FR-PS 11 80 205). Bei einer Seitwärtsverschiebung des Bauwerks gegenüber dem Fundament erfährt das Auflager eine Schubbeanspruchung, und seine Elastizität verhindert zumindest teilweise die Übertragung der Horizontalkraft, die die Verschiebung herbeigeführt hat.

Diese bekannte Vorrichtung, die zwar das Bauwerk

und sein Fundament sofort in die Mittellage zurückfährt, hat aber doch den Nachteil einer nur geringen Pämpfungswirkwng, Bei aufeinanderfolgenden Erschütterungen entsteht in dem Elastomer eine Energiespeicherung, und infolge von Resonanz oder »Aufschaukeln« kann die übertragene Wirkung bis zur Zerstörung des Bauwerks anwachsen. Versuche haben gezeigt, daß das ausgedehnte Spektrum der seismischen Erschütterungen die Eigenfrequenzen der getragenen Bauwerke einschließt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein das Bauwerk mit seinem Fundament verbindendes Auflager der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß der Effekt der Rückführung des Bauwerks in seine Mittellage mit der Wirkung der Dämpfung von plötzlich auftretenden Beanspruchungen gekoppelt ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwischen mindestens zwei Blechen innerhalb der Umrißlinie der Elastomer-Schichten Hohlräume vorgesehen sind, die zumindest mit einer eine hohe innere Dämpfung aufweisenden Substanz gefüllt sind, die mindestens einen Teil der eine Verformung des Auflagers hervorrufenden Energie zu absorbieren vermag.

Derartige Substanzen sind z. B. ein viskose;.- Fluid, etwa Pech, oder sie können von Anhäufungen fester Körner oder von kantigen Teilchen, etwa von Sand, gebildet sein, die die Energie in einem abgeschlossenen Raum durch innere Reibung und durch Reibung an den Wänden dieses Raumes absorbieren. Körner dieser Art können auch von einer viskosen Substanz umgeben sein.

Bei dieser Substanz handelt es sich vorzugsweise um ein viskoeiastisches Elastomer, das sowohl chemisch als auch hinsichtlich der Vulkanisation mit dem elastischen Elastomer verträglich ist und eine starke innere Dämpfung aufweist

Bekannte viskoelastische Elastomere dieser Art können, da bei ihnen unter dem von dem Bauwerk auf sein Fundament ausgeübten Druck ein starkes Kriechen hervorgerufen wird, nur zwischen den parallelliegenden Blechen eingesetzt werden. Ihre Einschließung zwischen den Blechen und dem sie umgebenden elastischen Elastomer erlrubt die Ausnützung ihrer vollen Dämpfungseigenschaften ohne Gefahr des Kriechens.

Durch eine derartige Anordnung erhält man ein Auflager, dessen innere Dämpfung zwei- bis viermal so groß sein kann wie bei einer vergleichbaren Vorrichtung, die lediglich ein elastisches Elastomer aufweist.

Außerdem weisen Auflager mit einer viskosen oder viskoelastischen Dämpfungssubstanz eine Verwindungssteifigkeit auf, die von der Geschwindigkeit der aufgebrachten Verformungen abhängig ist; diese Steife ist um so größer, je schneller die Vorgänge ablaufen. Somit setzen derartige Auflager, die Kunstbauten tragen, der B-emswirkung vcn Schwerfahrzeugen oder der Wirkung von Windstößen eine erhebliche Steife entgegen, wodurch die Bewegung dieser Kunstbauten gegrenzt wird, während sie sich nachgiebig gegenüber langsamen Einwirkungen von Temperatur und Feuchte zeigen und erhöhte Spannungen in dem Bauwerk vermeiden.

Anhand der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen soll die Erfindung erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Auflagers nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt in der Ebene Il in Fi g. I,

Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch eine gegenüber den F i g. 1 und 2 abgeänderte Ausführungsform.

Fig,4 einen Teilschnitt durch die Variante nach F i g, 3 in größerem Maßstabe,

Fig,5 einen axialen Vertikalschnitt durch eine weitere Variante,

F i g, 6 eine Teildraufsicht auf die in F i g. 5 wiedergegebene Ausführungsform sowie

Fi g, 7 und 8 zwei weitere Ausführungsvarianten von Auflagern im Vertikalschnitt
Nach den F i g, J und 2 sind übereinandergestapeite

ίο Bleche t untereinander durch Schichten aus elas'tischem Elastomer 2 verbunden, das auf die einander gegenüberliegenden Seiten dieser Bleche vulkanisiert ist

Da das Elastomer nachgiebig ist also einen niedrigen Elastizitätskoeffizienten hat und das untere Blech auf einem Fundament ruht während das obere Blech ein Bauwerk trägt kann dieses Bauwerk sich gegenüber dem Fundament in jeder Richtung um einen Betrag verschieben, der ungefähr der Höhe des Stapels entspricht Nach der Verschiebung sorgt das Elastomer für die Rückführung des Bauwerks in seine Ausgangslage.

Um die Hinbewegung des Bauwerks oder seine Rückbewegung zu dämpfen, sind gemuräf der Erfindung Plättchen 3 in die Elastomerschicht eingelassen.

Derartige Plättchen können aus Sand mit kantigen Körnern, die in Pech oder eine andere Substanz hoher Viskosität aufgenommen sind, oder aus einem festen, aber leicht verformbaren oder leicht zerstörbaren Material hergestellt werden. Eine Verschiebung der Bleche relativ zueinander wird daher durch die innere Reibung der Körner in den Plättchen gegeneinander und durch die äußere Reibung der an der Oberfläche liegenden Körner an den Blechflächen abgebremst.

Bei der in F i g. 3 wiedergegebenen Ausführungsform ruht das Bauwerk 4 auf seinem Fundament 5 unter Zwischenschaltung des ein Auflager bildenden gestapelten Elements 6. Dieses Element umfaßt zwischen dicken außenliegenden Blechen 31 bzw. 32, die an das Bauwerk 4 bzw. das Fundament 5 anstoßen, einen Stapel aus dünneren Blechen 33 und aus Elastomerschichten 34, die Ausnehmungen zeigen, so daß in ihrem Mittelbetrieb übereinanderliegende Hohlräume 35 entstehen.

Diese Hohlräume 35 können beliebigen Umriß haben, vorzugsweise parallel zu dem Umriß des Auflagers verlaufend, das im allgemeinen rund oder rechteckig ist. Jeder Hohlraum 35 enthält eine Platte 36, deren Ränder 36a unter 45° abgeschrägt sind womit eine maximale Horizontalverschiebung eines Blechs gegenüber dem anderen gleich der Dicke der Elastomerschicht möglich ist. Die in jedem Hohlraum verbleibenden Zwischenräume werden mit erhitztem flüssigen Pech oder einem anderen Material hoher Viskosität gefüllt. Dazu dienen Rohransätze 37 bzw. 38 (zum Füllen bzw. als Entlüftungsrohr) und in die Bleche 33 bzw. die Platten 36 geschnittene Kanäle 39 bzw. 40. Man kann diere Zwischenräume auch bei der Herstellung mit einem Elastomer geeigneter Zusammensetzung ohne Zusatz von Vulkanisationsmittel füllen, so daß es viskoplastisch bleibt, während die Elastomer-Schichten 34 das Vulkanisationsmittel enthalten und an den Blechen 33 sowie 3J und 32 haften.

Bei einer solchen Ausführung erfolgt die reibungsbedingte Dämpfung einerseits in den engen Zwischenraum men 44 zwischen der Oberseite der Platte 36 und den

hi Unterseiten der Bleche, andererseits in der bmfangsrinne 45 jedes Hohlraumes 35 unter der Wirkung der Strömung J?s viskosrn Materials, das sich bei einer Verwindung des Auflagers von dem sich verengenden

Raum in den sich erweiternden Raum verlagert.

Um diese auf das Fließen der viskosen Flüssigkeit zurückzuführende Bremswirkimg zu erhöhen (Fig.4), sind zwei Gruppen von konzentrischen Rahmen (oder Ringen) 41 und 42 vorgesehen, die abwechselnd an zwei aufeinanderfolgenden oder nichtbenachbarten Blechen 33 oder auch in den auBenliegenden Blechen 31 und 32 angebracht werden können, wobei die Zwischenbleche 33 in ihrer Mitte durchbrochen sind. In den Innenhohlräumen dieses Auflagers werden auf diese Weise Ringleitungen 43 gebildet, die bei einer Verwindung des Auflagers die viskose Substanz aus ihren verengten Abschnitten in ihre erweiterten Abschnitte drücken.

Das in F i g. 3 gezeigte Auflager kann auch zweiteilig ausgeführt werden, nämlich aus dem ringförmigen Außenteil, hergestellt in einer Vulkanisationsform, und dem Mittelteil, das in dem Mittelraum des Außenteils zwischen den außenliegenden Blechen 31 und 32 ausgebildet ist.

n_as in rjnn F i g .5 und 6 dargestellte Ausführungsbeispiel hat Kastenform und besitzt einen Boden 57, eine obere, mit einer Kreisöffnung versehene Wand 58 und eine Seitenwand, die von Zwischenblechen 59 gebildet wird, die in das elastische Elastomer 69 eingebettet sind. Der auf diese Weise gebildete zylindrische Hohlraum wird mit einer Abdeckung 60 verschlossen, die einstückig verbunden ist mit einem Mittelbolzen 61. an dem Scheiben 62, 63, 64 abnehmenden Durchmessers befestigt sind. Diese Scheiben sind von einem Ring aus elastischem Elastomer umgeben, der aus zwei Halbzylindern 70 zusammengesetzt ist, die in der Durchmesserebene 70a aneinandergefügt sind und jeweils halbringartige Blechplatten 65 und 66 tragen, von denen die zweite einen größeren Innendurchmesser hat als die erste.

Wie zuvor kann der zylindrische Hohlraum durch eine Öffnung 67 in der Abdeckung 60 (die Entlüftungsöffnung ist nicht gezeichnet) mit Pech oder einer anderen viskosen flüssigkeit gefüllt werden.

Bei der Benutzung verformt sich die ganze Anordnung unter der Einwirkung einer seillich angreifenden Kraft durch Verwindung der elastischen Elastomere 69 , und 70. wie es schematised durch die strichpunktiert gezeichneten Linien angedeutet ist, wobei die zwischen den Scheiben 62, 63, 64 und den Halbringen 65 und 66 befindliche Substanz hoher Viskosität einer Druck- und Scherbeanspruchung ausgesetzt ist, wodurch die allein

im auf die Viskosität zurückzuführende Dämpfung erheblich erhöht wird.

Nach Fig. 7 sind zwischen den äußeren Hüllblechen 51 Zwischcnblecho 52 angeordnet. Zwei benachbarte Bleche sind durch une dünne Elastomerschicht vonein-

i-, ander getrennt. Ein Abschnitt in Randnähe besieht aus elastischem Elastomer 53 mit verhältnismäßig niedriger Dämpfung und ein innerer Abschnitt, der das Elastomer 53 daran hindert, zwischen die es umschließenden Bleche zu fließen, aus viskoelastischem Elastomer 54 mit

Jd hoher innerer Dämpfung. Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 umhüllt das erste Elastomer 53 die Zwischcnbleche 52, wodurch diese geschützt sind und die Gefahr eines Fließens des Elastomers 54 verringert ist.

2i Die ganze Anordnung, bei der das Elastomer 54 mit starker innerer Dämpfung vollständig umschlossen ist von einem elastischen Elastomer 53. ist in allen Richtungen in der Ebene der Hüllbleche 51 beweglich. Um dice Beweglichkeit zwischen dem Auflager und

jo dem aufgenommenen Bauwerk zumindest in einer Richtung zu begrenzen, können Anschläge vorgesehen sein, die eine den auftretenden Kräften angepaßte Festigkeit besitzen.

Die Grundrißform der Auflager (rechteckig, quadra-

J5 tisch, rund, auch ringförmig mit zwei elastischen Ringen, die einen plastischen Ring umgeben) hängt von der Form und der Masse des aufzunehmenden Bauwerks ab.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche;

1. Auflager, das zwischen einem Bauwerk und dessen Fundament angeordnet »st und aus einem Stapel parallelliegender Bleche besteht, zwischen denen Schichten aus mit den Blechen durch Vulkanisation verbundenem, elastischem, praktisch nicht kriechendem Elastomer angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen mindestens zwei Blechen (1) innerhalb der Umrißlinie der Elastomer-Schichten (2) Hohlräume vorgesehen sind, die zumindest mit einer eine hohe innere Dämpfung aufweisenden Substanz gefüllt sind, die mindestens einen Teil der eine Verformung des Auflagers hervorrufenden Energie zu absorbieren vermag.

2. Auflager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Füllsubstanz um ein viskoses Fluid handelt

3. Auflager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daS die Füllsubstanz Anhäufungen fester Körner entnält

4. Auflager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum mit starren Elementen versehen ist, die bei Verformung des Auflagers durch einen Drosselvorgang eine Strömung des viskosen Fluids verursachen, aufgrund derer eine reibungsbedingte Dämpfung im Auflager bewirkt wird.

5. Auflager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch _M gekennzeichnet, daß die den Hohlraum nach oben und unten begrenzenden, einander gegenüberliegenden Bleche (33) starr mit festen Elementen (41, 42) verbunden sind, die bsi Verformung des Auflagers durch eine Relativbewegung eine Bewegung des viskosen Fluids hervorrufen.

6. Auflager nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Elemente (41,42) geschlossene konzentrische Umrißlinien aufweisen und wechselweise starr mit den einander gegenüberliegenden Blechen verbunden sind.

7. Auflager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die starren Elemente als parallel zu den Blechen verlaufende Platten (36) ausgeführt sind, die wechselweise mit einem der beiden Bleche, die den das viskose Fluid enthaltenden Hohlraum nach oben und unten begrenzen, und der den Hohlraum umgebenden Wand, die durch den Stapel aus Blechen und Elastomer-Schichten gebildet ist, starr verbunden sind.

8. Auflager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der das Fluid aufnehmende Hohlraum eine zylindrische Ausnehmung ist, die durch eine Abdeckung (60) verschlossen ist, die einen in den Hohlraum ragenden Mittelbolzen (61) trägt, an dem eine Anzahl konzentrischer, im Durchmesser abgestufter, parallel zu den Blechen verlaufender Scheiben (62, 63, 64) angebracht sind, zwischen die flache Halbringe (65,66) eingeschaltet sind, die von zwei Halbzylindern (70) aus elastischem Elastomer gehalten werden, die zusammengesetzt einen die Scheiben (62, 63, 64) umgebenden Zylinder bilden, der in die zylindrische Ausnehmung eingesetzt ist.

9. Auflager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Füllsubstanz um ein viskoelastisches Elastomer (54) handelt, das bei ein und demselben Vorgang zusammen mit dem elastischen Elastomer (53) an die Bleche vulkanisiert und an ihnen zum Haften gebracht ist-

10_t Auflager nach Anspruch!), dadurch gekennzeichnet, daß jede Schicht aus elastischem Elastomer (53) mindestens einen geschlossenen Raum ausspart, in den das vjskoelastische Elastomer (54) eingeschlossen ist,

11. Auflager nach Anspruch IA dadurch gekennzeichnet, daß, wenn nur ein einziger abgeschlossener Hohlraum vorgesehen ist, dessen Umrißlinie parallel zur äußeren Umrißlinie des elastischen Elastomers (53) der Schicht verläuft

12. Auflager nach Anspruch!), dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenbleche (52) seitlich durch das elastische Elastomer (53) eingefaßt sind.

13. Auflager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Beweglichkeit des Auflagers in Richtung parallel zu den Ebenen der Bleche in einer Richtung durch mindestens einen Anschlag begrenzt ist.