<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Belastungen in Verbundkörpern, die aus einer gummi-elastischen Masse mit Bewehrungsblechen bestehen.
Brückenlager haben die Aufgabe, die Auflagerkräfte von der Brücke in die Auflagerbank zu leiten, ohne den Baustoff der Brücke oder der Auflagerbank zu überbeanspruchen. Zu diesem Zwecke werden Gummikissen verwendet, die mit mehreren einvulkanisierten Stahlplatten durchsetzt sind. Hierbei verlaufen die Stahlplatten parallel zur Auflagefläche der Brücke bzw. der Auflagebank und sind alle an den Aussenflächen und den Rändern von Gummi überdeckt. Durch den Auflagerdruck entsteht im Gummi ein dreidimensionaler Druckspannungszustand. Die Schubspannungen erzeugen in den Stahlblechen Zugkräfte.
Bisher war es üblich, die Auflasten von Lagerpunkten über mechanische oder hydraulische Polster zu messen, die vollflächig in einer Normalebene zur Belastungsrichtung liegen. Zu diesem Zwecke wurden, z. B. bei Brücken, mechanische Kraftmessteller, hydraulische Messteller, Topflager oder Kapselpressen verwendet. Bei hydraulischen Messinstrumenten bestand der Nachteil, dass die mit Flüssigkeit gefüllte Kapsel und die von ihr zu Manometern etc. führenden Leitungen Verletzungen erfahren konnten.
Bei den topfartigen Kraftmesslagem, welche die zwischen Oberbau und Unterbau auftretenden Kräfte übernehmen, ist eine runde Elastomerscheibe von einem Topf und seinem Deckel umschlossen und lässt Kippungen des Deckels zu. In der Elastomerscheibe baut sich ein der Kraft des Oberbaues proportionaler hydrostatischer Druck auf, der mit einem Drucksensor gemessen und in ein technisches Signal umgewandelt wird.
Der Nachteil dieser Kraftmesslager liegt darin, dass der Druckmesser nur den hydrostatischen Druck erfassen kann, demzufolge Kippmomente nicht erfasst werden.
Die Kraftmessteller bestehen aus einer Tellerfeder, welche zwischen zwei starren Widerlagerplatten liegt. Die Zusammendrückung der Tellerfeder und die Spannung wird an drei Stellen zwischen den Widerlagerplatten mit Hilfe einer Messuhr ermittelt. Bei diesen Kraftmesstellern besteht die Gefahr des Bruches oder Funktionsbeeinträchtigung der Tellerfedern ; ausserdem ist bei dieser Messung nur eine sehr grobe Messmöglichkeit geboten.
Weiters war es üblich, zur Messung von Belastungen an verschiedenen Bauteilen Dehnmessstreifen zu applizieren. So ist es bekannt, in Zug- und Druckstäbe Dehnmessstreifen einzulegen. Weiters wurde der Vorschlag gemacht, bei Brückenwiderlagern aus bewehrter Erde im Zuge des lagenweisen Aufbaues der Wand Bewehrungsbänder aus Stahl oder Kunststoff einzulegen, die Zugkräfte aufnehmen und über Reibung in den Boden abtragen können. Diese Bewehrungsbänder werden mit Dehnmessstreifen versehen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die Messung unter Nutzung der spannungs-und verformungsmässigen Gegebenheiten der in Verbund mit den gummi-elastischen, z. B. Elastomerschichten, liegenden Bewehrungsbleche einfach durchführen zu können.
Belastungsmessungen an einem elastischen Stahlverbundkörper mit Hilfe eines Dehnmessstreifens schienen aber bisher nicht zielführend wegen der indifferenten Verhaltensweise der gummi-elastischen Masse. Diese Annahme schien bestätigt durch die Tatsache, dass das Lastverformungsverhalten dieses Verbundkörpers versteifend ist. Selbst bei 100 %iger Verbundwirkung zwischen Elastomer und Bewehrungsblechen war nicht mit Sicherheit anzunehmen, dass die Bewehrungsbleche infolge Lastbeanspruchung ein lineares Dehungsverhalten zeigen würden.
Überraschenderweise hat sich jedoch gezeigt, dass diese Aufgabe mit einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst werden kann, dass der Rand mindestens eines Bewehrungsbleches mit mindestens einem Dehnmessstreifen verbunden ist.
Die sich aus den Spannungen in den gummi-elastischen, z. B. Elastomerschichten, bei ordnungsgemässen Verbund ergebenden Zugbeanspruchungen der Bewehrungsbleche und die daraus resultierenden Verformungen sind an den Blechrändern gut messbar und folgen exakt den Materialgesetzen von Stahl.
Bei entsprechender Anordnung der Dehnmessstreifen können neben Rückschlüssen auf die Vertikalbelastung auch solche auf die Kippbeanspruchung gezogen werden. Zu diesem Zwecke ist der Rand mit mehreren, verschiedene Messrichtungen erfassenden Dehnmessstreifen verbunden.
Eine besonders exakte Messung ist bei einer Zentrierung der Bewehrungsbleche in der gummi-elastischen, z.
B. Elastomermasse, gegeben. Hiebei ist vorzugsweise ein Bewehrungsblech in der Höhenmitte und mindestens je ein Bewehrungsblech oberhalb und unterhalb im gleichen Abstand vom mittleren Bewehrungsblech angeordnet.
Weitere Voraussetzung für Rückschliessbarkeit auf Beanspruchungen (statisch oder auch dynamisch) ist die grundsätzliche Eichung der Verbundkörper nach anwendungsgerechter Vorbeanspuchung.
Weitere Merkmale der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert, in welcher Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt sind. Es zeigen Fig. 1 in schematischer Weise eine Lagerungsart einer Brücke, Fig. 2 den Teil (A) der Fig. 1 in grösserem Massstab und Querschnitt, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie (m-ni) der Fig. 2, Fig. 4 eine andere Form des einvulkanisierten Bewehrungsbleches in Draufsicht, Fig. 5 den Querschnitt einer weiteren Ausführungsform des Elastomerlagers nach dem Vulkanisieren und Fig. 6 einen Einsatzkörper in schematischer Darstellung.
In Fig. 1 bezeichnet (1) die Brücke, (2) die Auflagerbank und (3) ein zwischengelagertes gummi-elastisches, z. B. Elastomerlager, welches, wie Fig. 2 zeigt, mit Stahlblechen (4) bewehrt ist. Die Stahlbleche (4) sind in einem gummi-elastischen, z. B. Elastomerkissen (5), eingebettet, welches über dem obersten Stahlblech sowie unter dem untersten Stahlblech eine Schichte bildet und ausserdem auch die Ränder der Stahlbleche, wie Fig. 3
<Desc/Clms Page number 2>
zeigt, vorzugsweise zentrisch umschliesst. Vorzugsweise wird eine ungerade Anzahl der Stahlbleche (4) gewählt, sodass eines derselben, im vorliegenden Fall das Stahlblech (4A), in der Höhenmitte des Lagers (3) gelegen ist.
Es ist natürlich auch möglich, das zu Messzwecken dienende Bewehrungsblech bzw. die zu Messzwecken dienenden Bewehrungsbleche der Höhe nach im gummi-elastischen Lager exzentrisch anzuordnen. Bei der Ausführungsform der Erfindung nach den Fig. 2 und 3 hat das gummi-elastische, z. B. Elastomerlager vier im Grundriss rechteckige oder quadratische Stahlbleche, wobei in der Mitte der Ränder der Stahlbleche (4A) Aussparungen (6) vorgesehen sind, in welchen Randpunkte der Bewehrungsbleche (4A) freigelegt sind, an denen jeweils ein Dehnmessstreifen (7) befestigt ist. Diese nach aussen offenen Aussparungen (6) haben gleichzeitig auch eine Zentrierungsfunktion.
In Fig. 3 ist das Bewehrungsblech (4A) strichliert im unverformten Zustand und voll übertrieben im verformten Zustand dargestellt.
Die durch die Belastung des gummi-elastischen, z. B. Elastomerlagers, durch die Brücke erzeugte Schubverformung, Kippverformung und Verformung aus Vertikalbelastung kann am Bewehrungsblech (4A) mittels des jeweiligen Dehnmessstreifens (7) gemessen werden. Wie bereits eingangs erwähnt, wird durch die Schubverformung der Elastomermasse auf das Blech eine Zugkraft übertragen, während bei einer Kippverformung der eine Rand des Bewehrungsbleches unter stärkerem Druck als der gegenüberliegende Rand steht und dementsprechend zusammengedrückt wird.
Das Bewehrungsblech und damit auch das Elastomerlager können beliebige Form annehmen.
In Fig. 4 ist beispielsweise ein kreisrundes Bewehrungsblech dargestellt. Bei einem derartigen Bewehrungsblech ist es vorteilhaft, die Dehnmessstreifen an drei Randpunkten, wie angedeutet, anzuschliessen, welche in Winkelabständen von 120 gelegen sind.
Obwohl alle Bewehrungsbleche verformt werden, ist die Verformung beim mittleren Bewehrungsblech die grösste. Es ist daher vorteilhaft, mindestens drei Bewehrungsbleche zu verwenden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, im gummi-elastischen, z. B. Elastomerlager nur ein Bewehrungsblech vorzusehen. Ausserdem ist es vorteilhaft, oberhalb und/oder unterhalb des zu den Messzwecken dienenden Bewehrungsbleches bzw. der zu Messzwecken dienenden Bewehrungsbleche mindestens ein einfaches Bewehrungsblech anzuordnen, das an keinen Dehnmessstreifen angeschlossen ist.
Durch Anordnung der Dehnmessstreifen an vier Punkten eines quadratischen oder rechteckigen Bewehrungsbleches bzw. an drei Punkten eines kreisrunden Bewehrungsbleches kann auch eine zentrale Kippmessung durchgeführt werden. Zur Herstellung des gummi-elastischen, z. B. Elastomerlagers, werden die Bewehrungsbleche in eine Form eingelegt, welche mit Elastomermasse ausgefüllt wird. Um die Aussparungen im Bereiche der Ränder des mittleren Bewehrungsbleches zu erzielen, werden an diesen Stellen Aussparung-un Zentrierkörper (8) eingelegt, die nach dem Vulkanisieren aus dem Elastomerlager herausgenommen werden, wofür im genannten Körper (8) ein Gewindeloch (9) zum Einschrauben eines Griffes mit einem Gewindebolzen vorgesehen ist. Bei dieser Darstellung ist das mittlere Bewehrungsblech (4A) dicker als die übrigen Bewehrungsbleche.
In gleicher Weise können auch Belastungen anderer Verbundkörper festgestellt werden, bei denen über ein gummi-elastisches Medium Beanspruchungen auf in Verbund eingebaute Bewehrungsbleche übertragen und somit messbar werden.
PATENTANSPRÜCHE 1. Vorrichtung zum Messen von Belastungen in Verbundkörpern, die aus einer gummi-elastischen Masse mit Bewehrungsblechen bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand mindestens eines Bewehrungsbleches (4A) mit mindestens einem Dehnmessstreifen (7) verbunden ist.