DE3603352A1

DE3603352A1 - Antiseismische auffangvorrichtung fuer traegerkonstruktionen, insbesondere von bruecken oder viadukten

Info

Publication number: DE3603352A1
Application number: DE19863603352
Authority: DE
Inventors: Pellegrino Rom/Roma Gallo
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-02-04
Filing date: 1986-02-04
Publication date: 1986-08-07
Also published as: GB8602565D0; US4720882A; IT8547638A0; DE3603352C2; GB2171764A; FR2582030B3; IT8547638A1; IT1182174B; FR2582030A1; GB2171764B

Description

PELLEGRINO GALLO

No.3, Via Eleonora Düse

Ι-ΟΟ197 Roma/Italien

Antiseismische Auffangvorrichtung für Trägerkonstruktionen, insbesondere von Brücken oder Viadukten

Die Erfindung betrifft eine antiseismische Auffangvorrichtung für Trägerkonstruktionen von Brücken, Viadukten und dgl, Im besonderen bezieht sich die Erfindung auf Auffangvorrichtungen zur Verwendung an Trägerkonstruktionen von Brücken oder Viadukten in erdbebenträchtigen Regionen, bei welchen die Trägerkonstruktionen lediglich auf den Pfeilern ruhen, ohne mit diesen einstückig verbunden zu sein.

Es ist offensichtlich, daß eine Trägerkonstruktion, welche nur auf den Pfeilern aufliegt, bei durch Erdbeben hervorgerufenen Erschütterungen gegenüber den Pfeilern, auf denen sie ruht, in gefährlicher Weise verschoben wird, wodurch die Auflageeinrichtungen und Verbindungsstellen zwischen den einzelnen Trägerkonstruktionen beschädigt werden bzw. auch brechen können.

Infolgedessen ist eine Vorrichtung erforderlich, die - den seismischen Stoß sofort absorbiert bzw. diesem entgegenwirkt, unabhängig von der Richtung, aus welcher dieser kommt, ohne dabei nennenswert deformiert zu werden, um auf diese Weise Relativbewegungen zwi-

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sehen einer Trägerkonstruktion und einem pfeilerartigen Vorsprung zu verhindern (Klemmwirkungen an den Tragelementen und Verbindungsstellen);

- innerhalb von Sicherheitsgrenzen auch beim Auftreten erheblicher Relativbewegungen zwischen benachbarten Pfeilern in Quer- oder Längsrichtung ihre Wirksamkeit nicht verliert;

- jede geringste Verschiebung der Trägerkonstruktionsköpfe aufgrund einer Drehung oder Kräfteübertragung der Auflageachse aufgrund von Überbelastungen oder Schrumpfwirkungen sowie thermisch bedingter Kriecherscheinungen so auffängt, daß sie den offiziellen Bestimmungen entsprechen (italienische Bestimmungen gem. Akte No. 64 vom 2. Februar 1974, und den ministeriellen Verfügungen vom 2. August 1980; 1. April 1983; 19. Juni 1984).

Bisher laufen diesbezüglich Vorschläge zur Lösung des Problems bzw. der genannten Forderungen darauf hinaus, daß mindestens zwei Auffangvorrichtungen am Kopf der Trägerkonstruktion sowie an einer dem festen Tragelement entsprechenden Stelle vorgesehen sind.

Im einzelnen sind Kopplungsvorrichtungen zum Auffangen von Längsverschiebungen bekannt, welche den Kopf der Trägerkonstruktion mit dem Pfeiler an der Seite der festen Tragelemente von außen verbinden.

Zur Verhinderung von Querverschiebungen ist es bekannt, an den Pfeilerkosntruktionen Auffangvorrichtungen wie seitliche Auffangelemente oder Seitenwände aus Metall oder Beton vorzusehen, wobei diese Maßnahmen über den Rahmen des üblichen Bauprogramms hinausgehen, so daß sich die Baukosten beträchtlich erhöhen.

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Es ist jedoch festgestellt worden, daß am Kopf der Trägerkonstruktion angeordnete Auflängelemente bei Verwendung von mehr als einem Element, wie nach dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik, beim Auftreten von Relativverschiebungen in Querrichtung der Kapitale einander benachbarter Pfeiler einem wesentlich höheren Drehmoment in entgegengesetzten Richtungen unterliegen, als dies bei Längsverschiebungen der Fall ist, für welche die Vorrichtungen konstruiert worden sind.

Darüber hinaus bringt die Technik der Anordnung der Vorrichtungen außerhalb des festen Kopfes der Trägerkonstruktion in dem Raum zwischen einem Kopf und dem Kopf eines benachbarten Brückenbogens, gemäß dem Stand der Technik den Nachteil mit sich, daß zwischen den Köpfen ein Zwischenraum von einem oder mehr Metern verbleibt. Darüber hinaus erhöht sich aufgrund der großen Länge des Hebelarmes für die seismischen Kräfte gegenüber der Auflageebene die Trägerkonstruktion, die auf die antiseismische Vorrichtung wirkende Belastung.

Ferner wirken aufgrund des Vorhandenseins fester Tragelemente an den Trägerkonstruktionen die durch ein Erdbeben hervorgerufenen Erschütterungen unmittelbar auf die starren Teile (feste Tragelemente), bevor die antiseismische Vorrichtung wirksam werden kann, welche auf keinen Fall starrer ausgebildet sein kann als das Tragelement selbst. Die Vorrichtung muß genügend elastisch sein, um auftretende elastische Deformationen aufgrund einer Biegung der Trägerkonstruktion zulassen zu können.

ist

Auch/der Versuch, dem Nachteil der auftretenden Kräftemomente aufgrund der Relativverschiebungen der Kapitale einander benachbarter Pfeiler in Querrichtung durch nur ein Auffangelement zu begegnen, welches in diesem Fall ebenfalls am Kopf der Trägerkonstruktion angeordnet ist, deshalb unbefriedigend, da dieses einzige Element der vollen seismischen Kraft entgegenwirken muß, so daß die damit verbundenen Baugrößen inakzeptabel werden.

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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Verbesserung der Effektivität antiseismischer Auffangvorrichtungen.

Um diese Aufgabe zu lösen, ist die Verwendung einer antiseismischen Auffangvorrichtung vorteilhaft, welche eine freie Drehung der Tragkonstruktion sowohl in der senkrechten als auch in der horizontalen Ebene sowie ein Gleiten in senkrechter als auch in Längsrichtung ermöglicht. Dabei soll gleichzeitig unter normalen Betriebsbedingungen ein Kopf des Bogens fest gehalten werden, und im Falle von Erschütterungen aufgrund von Erdbeben beide Köpfe.

Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem kann vorteilhafterweise dadurch gelöst werden, daß folgende Bedingungen eingehalten werden:

Die seismische Erschütterung· muß auf beide Köpfe eines jeden Brückenbogens verteilt werden; die Anzahl der Auffangelemente ist je Kopf auf nur ein Element zu beschränken; das Auffangelement ist mittig und unter dem Kopf anzuordnen; eines der beiden Auffangelemente muß sich aufgrund der allmählichen Deformationen der Tragkonstruktion, hervorgerufen durch thermische Veränderungen, Schrumpfungen oder Kriechen, frei in Längsrichtung bewegen können. Alle vorgesehenen Tragvorrichtungen müssen beweglich sein.

Im einzelnen wird aufgrunddessen, daß das System so in Längsrichtung gleiten können muß, daß die allmählichen Deformationen aufgrund" der statischen Bedingungen, wie thermische Veränderungen sowie Schrumpfungs- und Kriecheffekte auch möglich sind, ohne daß dies besondere Auswirkungen hat, und daß gleichzeitig die Gleitbarkeit so vorgesehen sein muß, daß starken Belastungen unter dynamischen Bedingungen in Form von unmittelbaren Reaktionen als Funktion der Erschütterungsgeschwindigkeit entgegengewirkt wird, erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Auffangvorrichtung mit einem doppelt wirkenden Kolben in einer Kammer zu versehen und die Kammer mit einer Flüssig-

keit hoher Viskosität und mit nahezu konstanten Eigenschaften bei veränderlichen Temperaturen zu füllen.

Im vorliegenden Fall, in welchem eine Tragkonstruktion eingesetzt wird, welche an dem beweglichen Kopf entsprechenden Stellen lediglich auf beweglichen Tragelementen ruht, ist der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehene Kolben mit Längsschlitzen versehen, durch welche die Flüssigkeit allein durch die Wirkung der allmählichen Belastungskräfte von der einen Kammer in die andere strömt, während dies nicht oder nur in ganz geringem Maße, unter der Einwirkung schneller Belastungen, beispielsweise bei Erschütterungen durch Erdbeben, der Fall ist, wobei die minimal zulässige Verschiebung der Komprimierbarkeit der Flüssigkeit entspricht.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine antiseismische Auffangvorrichtung an einer dem festen Kopf der Tragkonstruktion entsprechenden Stelle vorgesehen, wobei diese Vorrichtung einen doppelt wirkenden Kolben aufweist, welcher in diesem Fall keinen Längsschlitz für den Durchtritt von Flüssigkeit aufweist, um lediglich eine minimale Verschiebung, entsprechend der Komprimierbarkeit der Flüssigkeit, zu ermöglichen und damit den genannten Kopf zu blockieren.

Gemäß der Erfindung wird eine antiseismische Auffangvorrichtung für Tragerkonstruktxonen von Brücken, Viadukten und dgl. vorgesehen, bei denen die Tragkonstruktion lediglich auf den Pfeilern aufliegt, wobei die Vorrichtung getrennte Auffangeinrichtungen aufweist, und zwar jeweils eine Einrichtung an jedem Trägerkonstruktionskopf bzw. an dem beweglichen und dem festen Kopf entsprechenden Stellen, wobei diese Einrichtungen in bezug auf die Elemente der Trägerkonstruktion mittig angeordnet sind und einen zentralen Körper mit einer prismaförmigen Basis aufweisen, welcher mit seinem unteren Teil über Gleiteinrichtungen auf kugelförmigen Anlenk- oder

Verbindungselementen in der Bodenplatte ruht, wobei der zentrale Körper im oberen Teil mit vertikalen Zapfen versehen ist, welche so ausgelegt sind, daß sie gleitend in eine erste zylindrische Aufnahme einkoppelbar sind, welche einstükkig mit einem gleitfähigen Gegengehäuse verbunden ist, wobei das zylindrische Gegengehäuse seinerseits wieder in einer zweiten zylindrischen Aufnahme gleitet, welche einstückig mit der Trägerkonstruktion verbunden ist. Darüber hinaus weist der zentrale Körper eine mittige Gewindebohrung in Längsrichtung für die gleitende Aufnahme eines doppelt wirkenden Kolbens an ihrem Ende auf, wobei der Kolben mit seinem Trommelkopf, welcher eine Anzahl von Längsschlitzen aufweisen kann oder auch nicht, den mittleren Teil der Längsbohrung in zwei, eine hochviskose Flüssigkeit aufweisende Kammern unterteilt, wobei an einander gegenüberliegenden Seiten der Außenoberfläche des Kolbens Hohlzylinder vorgesehen sind, die ein Außengewinde für den Eingriff mit dem Innengewinde der genannten Bohrung, welche das Gegenstück zu den Endbereichen des Kolbens darstellt, aufweisen, welche die Form einer sphärischen Schale haben und mit Plattenelementen mit Außenbereichen mit konkaven Passungen für die Verbindung mit den sphärischen Schalenbereichen der Kolbenköpfe korrespondieren, wobei die Plattenelemente auf den Seitenoberflächen der Trägerelemente gleiten, welche als Gegenstücke für die Längsbelastungen wirken und über Zapfen im Inneren von Seitenelementen für die Aufnahme von Querstößen drehbar gelagert sind, wobei die Seiten parallel zur Kolbenachse angeordnet und in ihren unteren Bereichen mit in die Bodenplatte einpaßbaren Längszähnen und Quernasen versehen sind, wobei die Bodenplatte sowohl mit den Seiten für die Aufnahme quer verlaufender Stöße als auch mit dem Pfeilerkopf über Befestigungsmittel einstückig verbunden ist, und zwischen den Seiten für die Aufnahme von Querstößen und der prismaförmigen Basis Lagen aus verstärktem Hartgummi vorgesehen sind.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erste zylindrische Aufnahme mit der der vertikale Zapfen verbindbar ist, einstückig mit dem gleitfähigen Gegengehäuse über eine Mörtel- oder Harzschicht zwischen der zylindrischen Aufnahme und dem Gegengehäuse verbunden.

vorzugsweise ist die Stange der doppelt wirkenden Zylinder in drei Teile unterteilt, welche miteinander über zwei der Achse entlang angeordnete Zapfen verbunden sind, um ein leichteres Herausziehen der mittigen prismaförmigen Basis aus ihrem Gehäuse zu ermöglichen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen die auf die Außenoberfläche des Kolbens aufgebrachten Hohlzylinder aus mit Dichtungen versehenen Buchsen.

Weiter besteht nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das Befestigungsmittel zwischen der Bodenplatte und den Seitenelementen für die Aufnahme von Querstößen aus einer Befestigungsschraube, welche in eine Ankerbuchse einführbar ist, die mit der Bodenplatte verschweißt ist, sowie aus einem mit einer Ankerplatte versehenen Verankerungsstift.

Vorteilhafterweise bilden die zwischen den Seiten zum Auffangen von Querstößen und die prismaförmige Basis eingebrachten Schichten Stoßplatten aus verstärktem Neoprengummi.

Es ist offensichtlich, daß die in Längsrichtung auftreffende seismische Kraft durch die erfindungsgemäße Vorrichtung über beide Köpfe der Tragkonstruktion verteilt wird, wodurch eine Kräftekonzentration lediglich auf bestimmte Stellen erheblich verringert wird, womit ein großer Vorteil gegeben ist.

Abgesehen von der Eliminierung kostenintensiver seitlicher Elemente, wie z.B. Seitenwände oder dergleichen, zur Eindämmung bzw. zum Auffangen seitlicher Stöße, welche zudem viel Raum erfordern, wirkt die erfindungsgemäße Vorrichtung darüber

hinaus dank des Fehlens eines Spiels oder einer Spannungsabhängigkeit ihrer einzelnen Bauelemente als auch dank ihrer kompakten Form bereits im Augenblick des Entstehens eines in Querrichtung erfolgenden seismischen Stoßes diesem entgegen. Gleichzeitig wird eine Relativverschiebung zwischen der Trägerkonstruktion und den Pfeilern, mit denen die Konstruktion verbunden ist, verhindert, um sowohl die Trageinrichtungen als auch die Verbindungsstellen vor Beschädigungen zu schützen.

Darüber hinaus sorgt das Vorhandensein von Anlenkelementen in der Vorrichtung dafür, daß die Tragachsen der Trägerkonstruktion sich unter der Einwirkung auftretender Über-

vorsprunge

belastungen frei drehen können, als auch, daß sich die /einander benachbarter Pfeiler in bezug aufeinander und sogar um einen bemerkenswerten Betrag querverschieben können. Hierdurch wird die Gefahr gefährlicher Drehkraftübertragungen an den vorhandenen Tragelementen, welche, wie vorstehend beschrieben, alle beweglich sind, vermieden.

Aus den vorstehenden Gründen wird gleichzeitig auch den Relativbewegungen in Längsrichtung entgegengewirkt, da dieses Auffangsystem verhindert, daß die Pfeiler unter der Einwirkung der in Längsrichtung auftretendenKraftkomponente aufgrund des Erdstoßes in Schwingungen geraten, indem eine Gleitbewegung aufgrund der thermischen Gegebenheiten und der allmählichen Deformationen ermöglicht wird.

Im besonderen ist festzustellen, daß die in Längsrichtung gleitende Doppelgehäusestmktur im Inneren der Trägerkonstruktion, in die die erfindungsgemäße Vorrichtung eingebracht wird, den Einbau bereits im Stadium der Auslegung der Trägerkonstruktion ermöglicht bzw. erleichtert, wobei Abweichungen bei der Auslegung in der Größenordnung von mehreren Zentimetern akzeptabel sind.

Die vorstehend beschriebene Konstruktion umfaßt eines der wesentlichen Merkmale der vorliegenden Erfindung und ermöglicht darüber hinaus die volle Demontage sowie gegebenenfalls den Einsatz der beschriebenen antiseismischen Vorrichtung, ohne ein Anheben der Trägerkonstruktion erforderlich zu machen, wobei der Vorgang der Demontage weiter durch die Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung in Form der dreifach geteilten Kolbenstange erleichtert wird.

Die Auffangvorrichtung nach der Erfindung, welche speziell für die Verwendung an Brücken und Viadukten mit isostatisch angebrachten Trägerkonstruktionen ausgelegt ist, läßt sich vorteilhafterweise auch bei Trägerkonstruktionen mit kontinuierlicher Bogenführung verwenden, jedoch ist der Kolbenhub auch als Funktion der allmählichen Deformationen, entsprechend der Länge der kontinuierlichen Bogenabschnitte, auszulegen .

Als konstruktive Variante ist als Alternative zu dem doppelt wirkenden Kolben in Abhängigkeit von dem festen Kopf der Trägerkonstruktion eine Ausführungsform vorgesehen, bei welcher in der prismaförmigen Basis und an den einander gegenüberliegenden Querflächen zwei Hohlgehäuse mit einer entgegenwirkenden Materialschicht am Boden vorgesehen sind, welche zwei zylindrische Elemente enthalten, deren Enden als sphärische Schalen ausgebildet sind, die das Gegenstück zu Plattenelementen mit konkaven Außenflächenteilen bilden, um nur solche Verschiebungen abzufangen, die sich aus der Drehbewegung des mittigen Körpers des festen Auffangelementes ergeben, wobei hier eine vereinfachtere Form gegeben ist.

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ti Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Spren§darste1.1ung der Auffangvorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische Teildarstellung der Fig. 1, aus welcher der doppeltwirkende Kolben mit seiner Lagerung hervorgeht;

Fig. 3A eine Draufsicht auf die eingebaute Vorrichtung; Fig. 3B eine Draufsicht auf die Bodenplatte;

Fig. 4 einen Mittelschnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie A-A nach Fig. 4 und 6;

Fig. 6 eine Ansicht ähnlich nach Fig. 4 der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche mit dem festen Kopf verbunden ist;

Figl 6A eine Teilansicht eines Senkrechtschnitts in Längsrichtung durch einen Teil des prismaförmigen mittigen Körpers gemäß einer alternativen Ausführungsform, welcher dem festen Kopf zuzuordnen ist;

Fig. 7 einen Senkrechtschnitt in Querrichtung durch die Vorrichtung nach Fig. 1 der Erfindung;

Fig. 8A, 8B und 8C einen Schnitt in Querrichtung bzw. in Längsrichtung sowie eine Draufsicht auf einen Pfeiler einer Caisson-Trägerkonstruktion, in welcher die erfindungsgemäße Vorrichtung Verwendung findet; und

Fig. 9Α, 9Β und 9C einen Schnitt in Querrichtung bzw.

in Längsrichtung sowie eine Draufsieht auf einen Pfeiler einer Balken-Trägerkonstruktion, in welcher die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung Verwendung findet.

Aus Fig. 1 ist insbesondere ersichtlich/ daß die erfindungsgemäße Vorrichtung in zwei Teile A und B unterteilt ist, welche jeweils einstückig mit einer Trägerkonstruktion 7 und einem pfeilerartigen Vorsprung verbunden ist.

Teil A zeigt ein Gehäuse 1 für einen Zapfen 2 eines die Basis bildenden mittigen prismaförmigen Körpers 3, welcher beispielsweise aus 3ONiCrMo 12 UNI 7845-Stahl besteht und über eine Mörtel- oder Harzschicht 4 einstückig mit einem zylindrischen Gegengehäuse 5 verbunden ist (in Fig. 1 nicht dargestellt), wobei das zylindrische Gegengehäuse 5 in einer zylindrischen Aufnahme bzw. einem Gehäuse 6,- weiches einstückig."mit oder Trägerkonstruktion 7 verbunden ist, verschiebbar angeordnet ist. Das Gehäuse 1 des Zapfens 2 ist an seiner Außenseite mit radial angeordneten Rippen 8 versehen, um die Berührungsfläche mit dem Füllmaterial zu vergrößern.

Aus Teil B der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ersichtlich, daß der Zapfen 2 mit dem die Basis bildenden mittigen prismaförmigen Körper 3, in welchem sich ein Gehäuse eines doppeltwirkenden Kolbens befindet, einstückig verbunden ist, wobei der Kolben beispielsweise aus gehärtetem und angelassenem C40 UNI 7845-Stahl (Siehe Fig. 2) besteht und eine Kolbenstange 9 mit einem Kopf 10 aufweist, deren Enden 11 und 12 die Form einer sphärischen Schale aufweisen'-'und zwei becherartigen Gegenformen 13 und 14 aus beispielsweise rostfreiem NiCr 18/8-Stahl entsprechen, welche an den Seitenoberflächen von in Querrichtung verlaufenden Elementen 15, 16 zur Aufnahme von Stös-

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sen in Längsrichtung gleiten können.

Zwei mit einem Außengewinde versehene zylindrische Muffen 24 und 25 sind an der Außenoberfläche der Stange 9 vorgesehen,wobei die Muffen so ausgelegt sind, daß sie mit dem entsprechenden Innengewinde der Bohrungen der quer verlaufenden Enden des die Basis bildenden mittigen prismaförmigen Körpers 3 verbindbar sind. Die Querelemente 15 und 16 sind drehbar über Zapfen 17 in den Seiten 18 und 19 für die Aufnahme in Querrichtung erfolgender Stöße gelagert, welche mit einer Bodenplatte 27 einstückig verbindbar sind. Die Bodenplatte kann dabei aus Fe 430 UNI 7070-Stahl hergestellt und über ein System, bestehend aus einer Befestigungsschraube 20 in einer Ankerbuchse 21, einem Ankerstift 22 und einer Ankerplatte 23, befestigt werden. Der Pfeil in der Figur verweist auf die Verschiebungen in vertikaler, horizontaler und in Längsrichtung sowie auf die Drehbewegungen in der horizontalen und vertikalen Längsebene des Aufnahmeelementes. Fig. 3A zeigt die an der Bodenplatte befestigte Vorrichtung nach Fig. 1.

Folgende Bauteile sind dargestellt: der mit dem die Basis bildenden.mittigen prismaförmigen Körper 3 verbundene Zapfen 2, die zylindrischen Muffen 24 und 25, durch welche sich die Kolbenstange 9 hindurchbewegt, die Enden 11, 12 in Form von sphärischen Schalen, welche den becherartigen Gegenformen 13 und 14 entsprechen und an den Seitenoberflächen der Querelemente 15 und 16 zum Auffangen von Stößen in Längsrichtung gleiten können,wobei diese beispielsweise aus FeC 520 UNI 3158-Stahl bestehen und über die Zapfen innerhalb der Seiten 18 und 19 für die Aufnahme von Querstößen angeordnet sind.

Desgleichen sind aus verstärktem Hartgummi bestehende Platten 26 zum Auffangen von Stößen zwischen dem Körper 3 und den Seiten 18 und 19 zum Auffangen von Stößen in Querrichtung ersichtlich, wobei die Seiten an der Bodenplatte 27 mittels Schrauben 20 befestig sind und vorzugsweise aus

. 13 -

Gummi auf Elastomerbasis mit dünnen Stahlblecheinlagen
bestehen.

Fig. 3B zeigt die Bodenplatte 27 mit ihren Ankerbuchsen sowie die Bohrungen für den Ankerstift22 zum Befestigen der Seiten 18, 19 zum Auffangen seitlicher Stöße (nicht dargestellt) genauer.

Fig. 4 und 6 zeigen die Vorrichtung nach Fig. 1 mit dem Füllmaterial 4, wodurch das Gehäuse 1 des Zapfens 2 einstückig mit dem Gegengehäuse 5 verbunden ist. Das Füllmaterial wird dabei in den hohlen Raum durch ein Einspritzrohr 28 verbracht.

Fig. 4 zeigt Längsschlitze 29, 30 in dem Kopf 10 im einzelnen, über welche eine Flüssigkeit hoher Viskosität
von einer Kammer des Zylinders in eine andere strömen
kann.

Fig. 6 zeigt einen Kopf 10 ohne Schlitze. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Kolbenstange 9 in drei Teile unterteilt, welche miteinander über die axialen
Zapfen 31 in Verbindung stehen.

Mit dem Bezugszeichen 32 ist ein sphärisches Gelenkelement versehen, welches beispielsweise aus rostfreiem
NiCr 18/8 -Stahl besteht und sich in einer konkaven
Passung 33 der Bodenplatte 27 befindet.

Fig. 6A zeigt eine alternative Ausführungsform des mittigen Körpers 3¹, der so ausgebildet ist, daß er anstelle der Stange 9 mit ihren Enden 11 einen ähnlichen Teil,
dessen Ende mit 11' bezeichnet ist, bildet. Dieses Ende weist in seinem äußersten Bereich das Gegenstück zu dem Becherelement 13 auf, welches auf der Seitenoberfläche
des Querelements 15 gleiten kann, und an der der anderen

-l/r-

Seite entsprechenden Stelle ist es mit einer Schicht 39 eines federnden Materials, vorzugsweise Kunststoff, wie "Adipren" oder "Erlaton" versehen.

Fig. 5 zeigt das Kopplungssystem der beiden Grundteile A und B der Vorrichtung im einzelnen. In diesem System bestehen alle Zylinder aus Fe 510 UNI 7070. Fig. 7 zeigt das Tragsystem der Seiten 18, 19 zum Auffangen von seitlichen Stoßen, welche mit der Bodenplatte 27 über Längszähne 34 und Querzungen 35 (siehe Fig. 4 und 6) sowie über das sphärische Gelenk 32 befestigt sind, das sich in der konkaven Passung 33 in der Bodenplatte 27 befindet.

Das Befestigungssystem zwischen den Seiten 18, 19 zum Auffangen von Querstößen und der Bodenplatte 27 umfaßt die in den Ankerbuchsen 21 gehaltenen Befestigungsschrauben 20, den Ankerstift 22 und die Ankerplatten 23. Fig. 8A, 8B und 8C sowie 9A, 9B und 9C zeigen klar die besondere Anordnung der Vorrichtung 36 nach der vorliegenden Erfindung an den inneren Wölbungsflächen 37 der Trägerkonstruktion 7 sowie mittig gegenüber der genannten Konstruktion an dem Pfeiler 38, sowie die Anordnung zweier Vorrichtungen 3 6 für zwei aufeinanderfolgende Bogen der Caissonoder Kasten-Trägerkonstruktion 7 (Fig. 8C) der Balken-Trägerkonstruktion (Fig. 9C).

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand einer bevorzugten Ausführungsform im einzelnen erläutert. Dabei wird für die antiseismischen Auffangelemente bei Eisenbahnbrückenträgern (ein Element für jeden Trägerkonstruktionskopf) ein Gewicht von 120 metrischen Tonnen zugrundegelegt.

Die verschiedenen Bauteile der Vorrichtung wurden statischen Erprobungstests unterworfen, deren Ergebnisse in bezug auf Beanspruchung und spezifische Spannungs- bzw.

-rS-

Belastbarkeitscharakteristiken aus Nachstehendem hervorgehen.

Für die verschiedenen Elemente und Bauteile wurden Materialien mit einer Spannungsbelastbarkext wie angegeben bevorzugt.

BEWEGLICHES AUFNAHMEELEMENT . QU.ERELEMENT

Wirkung der Vorrichtung in Längsrichtung; Biegemoment an der Mittellinie: M .. = 12.600.000 kg mm Scherbeanspruchung an der Mittellinie: T « = 60.000 kg Maximale Zugbeanspruchungen an der Mittellinie des Trägers: 6^_ΎΛ = 18,85 kg/mm²
^ _T1 = 3,94 kg/mm²

Die ideale Zugbeanspruchung ist: ^m₁ = 6,82 kg/mm

Biegemoment an dem festen Endabschnitt der Tragzapfen:

M„ = 1.500.000 kg mm
Scherbeanspruchung: T „ = 60.000 kg Maximale Zugbeanspruchungen: ^₁-..„ = 15,27 kg/mm 7^m₁₂

= 10,57 kg/mm²

2 Ideale Zugbeanspruchung: ^·_τ2 ⁼ 18,30 kg/mm

Zur Anwendung kommen soll ein Fe 510 UNI 7070-Stahl, dessen zulässige Dehnfestigkeit

^- =21 kg/mm² ist.

SEITENTEIL

a) Auf die Vorrichtung einwirkende transversale Kräfte: Die transversale Belastung F beträgt 120.000 kg.

■X-

In dem am stärksten beanspruchten Teil:

Biegemoment: M_ = 8.25O.OOO kg mm a

Scherbeanspruchung: T₁-, = 50.000 kg

Maximale normale ZugfestigkeitCT-c = 20,53 kg/mm

Maximale Scherbeanspruchung: t^, = 7/77 kg/mm

Ideale Zugbeanspruchung: G*'.„ = 13,45 kg/mm

b) Auf die Vorrichtung einwirkende Kräfte in Längsrichtung: Der am meisten beanspruchte Teil der Seitenkonstruktion ist der mit der Bohrung für die Aufnahme des Zapfens des Querelementes versehene Teil.

Maximale Belastung jedes Zapfens: R = 60.000 kg

,

Maximale normale Zugbeanspruchung: CL_m„ = 13,78 kg/mm

J! IA *\

Scherbeanspruchung: *T£__m = 10,59 kg/mm

jj j.

/ 2

Ideale Zugbeanspruchung: ^.„_m = 18,34 kg/mm .

IJJ 1

Es kann dasselbe Material verwendet werden wie für das Querelement, wenn es sich um ein Fachwerk handelt. Ansonsten darf der für das Gußstück zu verwendende Stahl in seinen mechanischen Eigenschaften nicht unter denen eines Fe 510 D UNI 7070-Stahls liegen.

VERANKERUNGSSTIFT

Maximale Belastung des Stiftes: R₀ = 50.000 kg

SD

Zu verwendende Schrauben: M 52 χ 3 UNI 5740-65 Normale Zugbeanspruchung: β"* = 27,32 kg/mm.

Das für die Schrauben zu verwendende Material gehört der Klasse 8,8 an.

MITTIGER KÖRPER

Biegemoment an der Arbeits- bzw. Nutzlinie des unteren Trägers:

M₁ = 23,583,337 kg mm

Maximale Scherbeanspruchung am unteren Träger: T₁ = F =

120.000 kg

2 Maximale normale Zugfestigkeit: &i = 22,56 kg/mm

Maximale Scherbeanspruchung: T^₁ = 4,36 kg/mm

2 Ideale Zugbeanspruchung:&. = 7,55 kg/mm Maximale Scherbeanspruchung am oberen Träger: T? = 9,24 kg/

mm Ideale Zugbeanspruchung: CJ^. = 16,00 kg/mm

Bezüglich des Gewindeteils der beiden Köpfe sind die Ergebnisse folgende:

2 Maximale normale Zugbeanspruchung: β"_ = 6,15 kg/mm

j 2

Maximale Scherbeanspruchung: TL, = 10.01 kg/mm

Ideale Zugbeanspruchung: a.„ = 17,33 kg/mm

Spezifischer Druck an der Seite des Schraubengewindes:

2
P_SF =5,37 kg/mm

Maximale Zugfestigkeit, bestimmt an dem "MITTIGEN KORPER¹¹J = 22,56 kg/mm².

Für die Konstruktion dieses Bauelementes kann ein gehärteter und angelassener Stahl vom Typ 40 Cr UNI 5232-64 verwendet werden.

DRUCKKOLBEN

Spezifischer Druck am sphärischen Kopf der Stange P

=18,86 kg/mm²

Maximaler Druck der Innenflüssigkeit: p. = 628 kg/cm .

Bei solchen Werten des maximalen Drucks können die von der Firma POLIPAC hergestellten SELEMASTER-Dichtungen Verwendung finden, welche bei Arbeitsdrücken von bis zu

2
700 kg/cm verwendet werden können.

Auf die Schulter ausgeübter Druck: F = 41,308 kg Scherbeanspruchung: ΠΪ = 3,08 kg/mm Ideale Zugbeanspruchung: O"*-, = 5,3 kg/mm

Dieses Bauelement kann ebenfalls mit Fe 510 UNI 7O7O-Stahl hergestellt werden.

FESTES AUFFANGELEMENT

Die mit einer solchen Vorrichtung durchzuführenden statischen Erprobungstests sind in Analogie zu den mit dem beweglichen Auffangelement durchgeführten Tests vorzunehmen, sowohl bei der Ausführungsform, bei welcher der schlitzlose doppeltwirksame Kolben Verwendung findet, als auch bei der Ausführungsform mit den beiden zylindrischen Körpern in der prismaförmigen Basis.

Es ist zu bemerken, daß bei der Untersuchung der Vorrichtung die Betriebsspannungen von wesentlicher Bedeutung sind, indem diese Spannungen, wenngleich sie sehr viel geringer sind als die aufgrund seismischer Stöße auftretenden Spannungen, sehr viel häufiger sind.

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Claims

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PELLEGRINO GALLO

No.3, Via Eleonora Düse

I-OO197 Roma/Italien

Antiseismische Auffangvorrichtung zur Trägerkonstruktion, insbesondere von Brücken oder Viadukten

Patentansprüche

Antiseismische Auffangvorrichtung für Trägerkonstruktionen von Brücken oder Viadukten und dergleichen, bei denen ^* der Träger lediglich auf Pfeilern ruht, dadurch gekenn- / zeichnet, daß diese getrennte Auffangeinrichtunofⁿaufweist, und zwar jeweils eineEinrichtung an jedem Brückenträgerkopf bzw. an einer dem beweglichen Kopf und an einer dem festen Kopf entsprechenden Stelle, wobei diese Einrichtungen in bezug auf die innere Wölbfläche (37) des Trägers (7) mittig angeordnet sind und einen zentralen Körper (3) mit einer prismaförmigen Basis aufweisen, welcher mit seinem unteren Teil über Gleiteinrichtungen auf kugelförmigen Verbindungselementen (32) an einer Bodenplatte (27) ruht, wobei der zentrale Körper (3) im oberen Teil mit mindestens einem vertikalen Zapfen (2) versehen ist, welcher so ausgelegt ist, daß er gleitend in ein zylindrisches Gehäuse (1) einführbar ist, welches mit einem Gegengehäuse (5) verbunden ist, wobei das Gegengehäuse (5) seinerseits in einer zylindrischen Aufnahme (6) gleitet, welche einstückig mit der Trägerkonstruktion (7) verbunden ist, wobei der Körper (3) darüber hinaus im

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oberen Teil mit einer Längsbohrung versehen ist, an

, T-.JJ τ j. -i j *, ,ι. einrichtungen , deren Ende doppelt wirkende Kolben/gleitena angeordnet sind, wobei diese Kolbeneinrichtungen mit ihrem Kopf (10) welcher mit Längsschlitzen (29) versehen sein kann, den mittleren Teil der Längsbohrung in zwei Kammern unterteilt, welche eine Flüssigkeit hoher Viskosität enthalten, und wobei Hohlzylinder an einander gegenüberliegenden Seiten der Außenoberfläche des Kolbens (10) vorgesehen sind, welche ein Außengewinde für den Eingriff mit dem Innengewinde der Bohrung aufweisen, die das Gegenstück zu den Endbereichen des Kolbens (10) bildet, wobei diese Enden als kugelförmige Schalenelemente (11, 12) ausgebildet sind, welche das Gegenstück bilden zu Plattenelementen (15, 16) mit konkaven äußeren Aufnahmebereichen (13, 14) für die Verbindung mit den kugelförmigen Schalenelementen (11, 12) des Kolbens (10), wobei die Eⁿ⁽3en in den Seitenflächen der Plattenelemente (15, 16) gleiten, welche Gegenstücke zu den Längsbewegungen darstellen, und über Zapfen (17) drehbar in Seitenteilen (18, 19) zum Auffangen von Querstößen gelagert sind, wobei die Seiten (18, 19) parallel zur Kolbenachse angeordnet und an ihren unteren Enden mit Längszähnen (34) und Querzungen (35) versehen sind, die mit der Bodenplatte (27) korrespondieren, welche mit den Seiten TTB, 19) für die Aufnahme von Querstößen und mit dem Pfeilerkopf über Befestigungsmittel (20, 21, 22, 23) verbunden sind und wobei zwischen den Seitenteilen (18, 19) zum Auffangen von Querstößen und dem Körper (3) mit der prismaförmigen Basis mehrere Schichten aus verstärktem Hartgummi vorgesehen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste zylindrische Aufnahme (1),mit der der vertikale Zapfen (2) verbindbar ist, mit dem gleitfähigen Gegengehäuse (5) über eine. Mörtel- oder Harzschicht (4) zwischen diesen einstückig verbindbar ist.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (9) des doppelt wirkenden Kolbens (10) in drei Teile unterteilt ist, welche miteinander über zwei Zapfen entlang ihrer Achse verbunden sind.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlzylinder an der Innenseite des Kolbens (10) aus Buchsen mit Dichtungen bestehen.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung zwischen der Bodenplatte (27) und den Seitenteilen (18, 19) zum Auffangen von Querstößen aus einer Befestigungsschraube (20) besteht, welche mit einer Ankerbuchse (21), die mit der Bodenplatte (27) verschweißt ist, sowie mit einem weiteren Befestigungselement in der Bodenplatte (27) verbindbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten aus verstärktem *" Hartgummi zwischen den Seitenteilen (18, 19) für die Aufnahme von Querstößen und den Körper (3) mit prismaförmiger Basis aus Stoßplatten aus verstärktem Hartgummi bestehen .
7. Antiseismische Auffangvorrichtung für Trägerkonstruktionen von Brücken oder Viadukten und dergleichen, bei denen der Träger lediglich auf den Pfeilern aufliegt, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine Auffang- oder Kontrolleinrichtung umfaßt, welche an einer Stelle, welche dem festen Kopf der Trägerkonstruktion selbst entspricht sowie mittig in bezug auf die inneren Wölbflächen (37) derselben anzuordnen ist, wobei die Auffangeinrichtung einen zentralen Körper (3¹) mit einer prismaförmigen Basis aufweist, die mit ihrem unteren Teil über Gleiteinrichtungen auf kugelförmigen Verbindungselementen an der Bodenplatte (27) ruht,

und wobei der Körper (3) im oberen Teil mit mindestens einem Zapfen (2) für die gleitende Verbindung mit einem zylindrischen Gehäuse (1) versehen ist, welches mit einem gleitfähigen Gegengehä. -e (5) einstückig verbunden ist, das seinerseits an eine zylindrische Aufnahme (6) gekoppelt ist, welche einstückig mit der Trägerkonstruktion (7) verbunden ist, ferner an zwei einander gegenüberliegenden Querflächen zwei Hohlgehäuse für den Eingriff mit Zylindereinrichtungen über eine dazwischen angeordnete Schicht eines entgegenwirkenden Materials (39) vorgesehen sind, wobei die Enden (11·) der Zylindereinrichtungen die Form eines kugelförmigen Schalenelementes aufweisen und das Gegnstück zu Plattenelementen (15, 16) bilden, welche konkave äußere Aufnahmebereiche (13, 14)für die Aufnahme der genannten Bereiche der kugelförmigen Schalenelemente der Enden der Zylindereinrichtungen aufweisen, welche an den Seitenoberflächen der Plattenelemente gleitbar angeordnet sind, die Gegenmittel für die Längsbewegungen darstellen und über Zapfen (17) drehbar im Inneren von Seitenteilen (18, 19) für die Aufnahme von Querstößen gelagert sind, welche parallel zur Kolbenachse angeordnet und in ihren unteren Bereichen mit Längszähnen (34) und Querzungen (35) versehen sind, welche Gegenstükke zu der Bodenplatte (27) bilden, die mit den Seitenteilen (18, 19) zum Auffangen von Querstößen und mit dem Pfeilerkopf über Befestigungselemente (20, 21, 22, 23) verbunden ist, wobei zwischen den Seitenteilen (18, 19) für die Aufnahme von Querstößen und dem Körper (3) mit prismaförmiger Basis eine Anzahl von Schichten vorgesehen ist.

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