DE2921828A1

DE2921828A1 - Auflager mit hoher innerer daempfung fuer bauwerke

Info

Publication number: DE2921828A1
Application number: DE19792921828
Authority: DE
Inventors: Michel Pompei; Pierre Xercavins-Guarro
Original assignee: Freyssinet International STUP SA
Current assignee: Freyssinet International STUP SA
Priority date: 1978-05-31
Filing date: 1979-05-29
Publication date: 1979-12-06
Also published as: DE2921828C2; BR7903404A; YU124979A; PT69708A; ES481069A1; GB2034436A; GB2034436B; IT1121053B; YU40996B; CA1126768A; IT7923087A0

Description

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Nr. 12.5^0 vom 28.5.1979

FREISSINET INTERNATIONAL (STUP) 66, route de la reine F-92100 Boulogne Billancourt

Auflager mit hoher innerer Dämpfung für Bauwerke

Priorität aus der Französischen Patentanmeldung

Nr. 78 16289 vom 31. Mai 1978 und Nr. 78 33995 vom 12. Dezember 1978

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Die'Erfindung batrlfft ein Auflager, das eine starke innere Dämpfung besitzt, 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 die Erfindung 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 <las 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 Auflager "mit umhülltem Elastomeren" bekannt, die aus einer Ubereinanderschichtung von Elastomerschichten bestehen, welche durch Stahlbleche voneinander getrennt sind, an denen die Schichten haften, damit sie

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nicht zusammengedrückt werden. Bei einer Seitwärtsver-Schiebung des Bauwerks gegenüber dem Fundament erfährt das Auflager eine Torsionswirkung, 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 zurückführen, hat aber doch den Nachteil einer nur geringen Dämpfungswirkung. 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 tatsächlich gezeigt, daß das ausgedehnte Spektrum der seismischen Erschütterungen die Eigenfrequenz oder die Eigenfrequenzen der getragenen Bauwerke einschließt.

Durch die Erfindung läßt sich die Wirkung der Dämpfung von plötzlich auftretenden Beanspruchungen mit dem Effekt der Rückführung in eine Mittellage bei einem das Bauwerk mit seinem Fundament verbindenden Auflager koppeln.

Ein Auflager für ein Bauwerk auf seinem Fundament enthält einen Stapel parallelliegender Bleche, zwischen die Schichten aus elastischem Elastomer vulkanisiert sind, und ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen mindestens zwei Blechen innerhalb der Umrißlinie der Schichten Räume vorgesehen sind, die zumindest mit einer Substanz gefüllt sind, die mindestens einen Teil der Energie zu absorbieren vermag, die seine Verformung hervorruft.

Derartige Substanzen sind z.B. ein viskoses Fluid, etwa Pech, oder sie können von kantigen Teilchen, etwa von

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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 viskoelastisches Elastomer, das sowohl chemisch als auch hinsichtlich der Vulkanisation mit dem elastischen Elastomer verträglich ist und eine starke innere Dämpfung aufweist.

Bekannte 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 elastischen Elastomer, das sie umgibt, erlaubt die Ausnützung ihrer vollen Dämpfungseigenschaften ohne Gefahr des Kriechens.

Die innerhalb der Schichten aus elastischem Elastomer ausgesparten Räume können auch durch die Hüllbleche reichen, d.h_e sie können Hohlräume im Inneren des Auflagers bilden.

Innerhalb der Umrißlinie jeder Elastomerschicht kann der Umriß der die Dämpfungssubstanz aufnehmenden Bäume beliebige Form habenj er kann z.B. rund sein und es können mehrere Umrisse vorgesehen sein, so daß gewissermaßen Plättchen der energieabsorbierenden Substanz abgegrenzt werden.

Vorzugsweise ist bei jeder Schicht aus elastischem Elastomer der Umriß des Raumes, der die absorbierende Substanz aufnimmt, parallel zu demjenigen des genannten Elastomers, und vorzugsweise sogar homothetisch zu ihm.

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Ohne die Erfindung darauf beschränken zu wollen, daß in jeder Schicht jeweils ein elastisches und ein viskoelastisches Elastomer mit ihren Flächen aneinander grenzen, erhält man ein Auflager, dessen innere Dämpfung zwei- bis viermal so groß sein kann wie bei einer vergleichbaren bekannten Vorrichtung, die lediglich ein elastisches Elastomer aufweist_e

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

Aus der US-Patentschrift 3 920 231 und der niederländischen Patentanmeldung 77 12 269 sind bereits Anordnungen bekannt, die aus einer Übereinanderschichtung von Blechen und Elastomeren bestehen, die an ihren beiden Enden geschlossen ist und eine mehr oder weniger viskose Flüssigkeit einschließt. Bei diesen Anordnungen wird die Inkompressibilität von Flüssigkeiten ausgenutzt, um die Verformung der Anordnungen zu begrenzen und die durch sie gebildeten Federn zu versteifen.

Die verwendeten Flüssigkeiten können jedoch nicht die Wirkung einer inneren Reibung hervorrufen. Demgegenüber wird nach der vorliegenden Erfindung dank der in den abgeschlossenen Raum eingefüllten hochviskosten Substanzen

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eine Dämpfung der Federwirkung herbeigeführt, die umso stärker ist, je höher die Verformungsgeschwindigkeit dieser Federn ist.

Anhand der nachstehenden Beschreibung soll die Wirkungsweise der Erfindung erläutert werden«

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Elements einer ersten Ausführungsform der Erfindung?

Fig. 2 zeigt einen Schnitt in der Ebene II in Fig. 1|

Fig. 3 ist ein Vertikalschnitt durch eine gegenüber den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Gegenständen atigeänderte Ausf ührungsf ormj ■

Fig. 4 zeigt einen Teilschnitt durch die Variante nach Fig. 3 iß größerem Maßstäbe;

Fig. 5 ist ein axialer Vertikalschnitt durch eine weitere Variante;

Fig. 6 ist eine Teildraufsicht auf die in Fig. wiedergegebene Ausführungsformι

Fig. 7 und 8 zeigen im Vertikalschnitt zwei weitere erfindungsgemäße Ausführungsvarianten von Auflagern.

Nach den Fig. 1 und 2 sind übereinandergestapelte Bleche 1 untereinander durch Schichten aus elastischem Elastomer 2 auf die einander gegenüberliegenden Seiten dieser Bleche vulkanisiert.

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 Bichtung um einen Betrag verschieben, der un-

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gefähr 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 gemäß 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 Pig. 3 wiedergegebenen Ausführungsform ruht das Bauwerk 4 auf seinem Fundament unter Zwischenschaltung des gestapelten Elements 6. Dieses Element umfaßt zwischen dicken außenliegenden Blechen Jl bzw. 32, die an das Bauwerk bzw. das Fundament anstoßen, einen Stapel aus dünneren Blechen 33 und Elastomerschichten Jk₉ die Ausnehmungen zeigen, so daß in ihrem Mittelbereich übereinanderliegende Räume 35 entstehen.

Diese Räume können beliebigen Umriß haben, vorzugsweise parallel zu dem Umriß des Auflagers verlaufend, das im allgemeinen rund oder rechteckig ist.

Jeder Hohlraum 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 er-

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hitztem flüssigen Pech oder einem anderen Material hoher Viskosität gefülltf dazu dienen die Bohransätze 37 bzw» 38 (zum Pullen bzw. als Entlüftungsrohr) und die in die Bleche 33 bzw. die Platten 36 geschnittenen Kanäle 39 bzw. 4-0. Man kann diese Zwischenräume auch bei der Herstellung mit einem Elastomer geeigneter Zusammensetzung ohne Zusatz von Vulkanisationsmitteln füllen, so daß es viskoplastisch bleibt, während die Schichten 34 das Vulkanisationsmittel enthalten und an den Blechen 33 sowie 3I und 32 haften.

Bei einer solchen Ausführung erfolgt die reibungsbedingte Dämpfung einerseits in den engen Zwischenräumen 44 zwischen der Oberseite der Platte 36 und den Unterseiten der Bleche, andererseits in der Umfangsrinne 45 jedes Hohlraums unter der Wirkung der Strömung des viskosen Materials, das sich bei einer Verwindung des Auflagers von dem sich verengenden Baum in den sich erweiternden Baum verlagert.

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

Das in Fig. 3 gezeichnete Auflager kann auch zweiteilig ausgeführt werden, nämlich als ringförmiges Außenteil, hergestellt in einer Vulkanisationsform, um dem Mittelteil,

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das in dem Mittelraum dieses Umfangteils zwischen den abschließenden Endbereichen 31 und 32 ausgebildet ist.

Das in den Figo 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 den Zwischenbleichen 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, abnehmenden Durchmessers befestigt sind. Diese Scheiben sind von einem Ring aus elastischem Elastomer 70 umgeben, der aus Hälften 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 seitlich angreifenden Kraft durch Verwindung der elastischen Elastomere 69 und 70, wie es schematisch 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 auf die Viskosität zurückzuführende Dämpfung erheblich erhöht wird.

Nach Fig. 7 sind zwischen den äußeren Hüllblechen 51 Zwischenbleche 52 angeordnet. Zwei benachbarte Bleche

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sind durch eine dünne Elastomerschicht voneinander getrennt: ein Abschnitt 53 in Bandnähe besteht aus elastischem Elastomer mit verhältnismäßig niedriger Dämpfung und ein innerer Abschnitt 54, eier das Elastomer 53 daran hindert^ zwischen die es umschließenden KLeche zu fließen, aus viskoelastischem Elastomer mit hoher innerer Dämpfung. Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 umhüllt das erste Elastomer 53 die Zwischenbleche, wodurch diese geschützt sind und die Gefahr eines Pließens des Elastomers 5^ verringert ist.

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 beweglich. Um diese Beweglichkeit zwischen dem Auflager und 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 (rechtwinklig, quadratisch, rund, auch ringförmig mit zwei elastischen Ringen, die einen plastischen Ring umgeben) hängt von der Form und der Masse des aufzunehmenden Bauwerks ab.

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Claims

Patentansprüche

Auflager, das zwischen einem Bauwerk und dessen Fundament angeordnet ist, aus einem Stapel parallelliegender Bleche, zwischen die Schichten aus elastischem, praktisch nicht kriechendem Elastomer vulkanisiert sind, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen mindestens zwei Blechen (1) innerhalt) der Umrißlinie dieser Schichten (2) Räume (3) vorgesehen sind, die zumindest mit einer Substanz gefüllt sind, die mindestens einen Teil der Energie zu absorbieren vermag, die seine Verformung hervorruft.
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 , daß die Füllsubstanz Anhäufungen fester Körner enthält«
4. Auflager nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Raum mit starren Elementen versehen ist, die durch einen Drosselvorgang eine Verformung des viskosen Fluids verursachen.
5· Auflager nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die den Raum begrenzenden, einander gegenüberliegenden Bleche (33) starr mit festen Elementen (4l, kZ) verbunden sind, die durch eine Relativbewegung eine Bewegung des viskosen Fluids hervorrufen.

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6. Auflager nach Anspruch 5»

dadurch gekennzeichnet , daß die festen Elemente geschlossene konzentrische Umrißlinien aufweisen und wechselweise starr mit den einander gegenüberliegenden Blechen verbunden sind.
7. Auflager nach Anspruch ^,

dadurch gekennzeichnet , daß die festen Elemente als parallel zu den Blechen verlaufende und wechselweise mit einem der beiden Bleche, die den das viskose Fluid enthaltenden Raum umschließen, und der diesen Baum umgebenden Wand, die durch den Stapel aus Blechen und Elastomer gebildet ist, starr verbundene Platten ausgeführt sind.
8. Auflager nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet , daß der das Fluid aufnehmende Raum eine zylindrische Ausnehmung ist, die durch eine Abdeckung (60) verschlossen ist, die einen Bolzen (6l) trägt, an dem eine Anzahl flacher konzentrischer, ab~ gestufter Scheiben (62, 63, 64-) angebracht, sind, zwischen die flache Halbringe (65, 66) eingeschaltet sind, die von zwei H,albzyl indem (70) aus elastischem Elastomer gehalten werden, die zusammengesetzt einen Zylinder bilden, der in die genannte Ausnehmung eingesetzt ist.
9. Auflager nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß es sich bei der Füllsubstanz um ein viskoelastisches Elastomer (5*0 handelt, das bei ein und demselben Vorgang zusammen mit dem elastischen Elastomer an die Bleche vulkanisiert und an ihnen zum Haften gebracht ist.
10. Auflager nach Anspruch 9»

dadurch gekennzeichnet , daß jede Schicht

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aus elastischem Elastomer mindestens einen geschlossenen Baum ausspart, in den das viskoelastische Elastomer eingeschlossen ist.
11. Auflager nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet , daß, wenn nur ein einziger abgeschlossener Hohlraum vorgesehen ist, dessen Umrißlinie parallel zuijäußeren Umrißlinie des elastischen Elastomers der Schicht verläuft.
12. Auflager nach Anspruch 9»

dadurch gekennzeichnet , daß die Zwischenbleche (52) seitlich durch das elastische Elastomer (53) eingefaßt sind.

13· Auflager nach Anspruch 9»

dadurch gekennzeichnet , daß die Beweglichkeit in Richtung parallel zu den Ebenen der Bleche in einer Richtung durch mindestens einen Anschlag begrenzt ist.

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