DE69215495T2

DE69215495T2 - Laminiertes gummilager sowie verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE69215495T2
Application number: DE69215495T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Fujisawa; Hiroomi Matsushita; Teruo Sasaki
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 1991-08-23
Filing date: 1992-08-19
Publication date: 1997-04-17
Anticipated expiration: 2012-08-20
Also published as: WO1993004301A1; US5465945A; EP0554461A4; EP0554461A1; DE69215495D1; EP0554461B1

Description

Die Erfindung betrifft einen elastischen Verbund-Lagerblock und ein Verfahren zur Auslegung von elastischen Verbund-Lagerblöcken, insbesondere betrifft sie einen elastischen Verbund-Lagerblock der geeignet ist, auf Aufbauten (wie z.B. Gebäude, Brücken, Behälter o.dgl., Geräte (z.B. elektronische Rechner, medizinische Geräte, Sicherheitsgeräte, Präzisions-Werkzeug-Maschinen, Analyse-Instrumente o.dgl.) und kunsthandwerkliche Geräte durch Erdbeben, mechanische Schwingungen, oder Verkehrsvibrationen einwirkende Beschleunigungen zu reduzieren, und ein Verfahren zur Auslegung von elastischen Verbund-Lagerblöcken.
Der Stand der Technik kennt erdbebensichere Lagerungen zur Reduzierung von in Konstruktionen und verschiedensten Vorrichtungen eingebrachte Beschleunigungen, in Ausführungsformen als elastische Verbund-Lagerblöcke, bestehend aus altemierend aufeinander geschichteten steifen Platten und gummiartigen elastischen Platten.
Diese dem Stand der Technik gemäßen elastischen Verbund-Lagerblöcke (Fig. 14) sind konstruktiv aus altemierend aufeinander geschichteten steifen Platten 1 und gummiartigen elastischen Platten 2 so aufgebaut, daß sie einen Verbund 3 bilden, der einen vertikalen zentralen hohlen Teil 4 besitzt. Ferner kennt der Stand der Technik elastische Verbund-Lagerblöcke der peripher zwangsgeführten Art, bei denen ein zylindrischer Visco-elastischer Körper oder plastischer Körper 5 in den zentralen zylindrischen hohlen Teil 4 des Verbundes 3 eingepaßt ist (Fig. 15).
In der Anwendung werden elastische Verbund-Lagerblöcke dieser Konstruktion zwischen einem Oberbau, z.B. einem Gebäude oder einem Stockwerk und einem Fundament oder einer Betonplatte angeordnet, wobei Ankerplatten (nicht dargestellt) an der obersten und der untersten steifen Platte 1 jedes elastischen Verbund-Lagerblockes befestigt werden.
Wenn ein Erdbeben oder andersartige Schwingungen auftreten, reduzieren diese elastischen Verbund-Lagerblöcke Eingangs-Beschleunigungen durch ihre Zug- und Druckverformungen in vertikaler Richtung und Scherverformungen in horizontaler Richtung, um so Gebäude, verschiedenartige Vorrichtungen und kunsthandwerkliche Geräte von Erdbeben und andersartigen Schwingungen zu isolieren und sie dadurch vor Erdbeben und andersartigen Schwingungen zu schützen.
Bezüglich des Betriebsverhaltens hängt die Stabilität dieser elastischen Verbund-Lagerblöcke in Bezug auf Schwankungen der vertikalen Last hauptsächlich von dem inneren Durchmesser der steifen Platten 1 des Verbundes 3 ab. Im Fall des in Fig. 14 dargestellten elastischen Verbund- Lagerblockes ermöglicht eine Vergrößerung des inneren Durchmessers einen Erdbebenschutz-Lagerblock zu schaffen, dessen vertikale Federkonstante niedriger ist (das Erdbebenschutz-Verhalten und das Schwingungs- Unterdrückungsverhalten sind besser), wodurch der Aufwand an elastischem, gummiartigem Material reduziert und damit die Materialkosten verringert werden. Wenn jedoch der Innendurchmesser vergrößert wird, neigt der Verbund-Lagerblock, wenn der einer horizontalen Scher-Verformung ausgesetzt wird, zum Knicken, selbst bei sehr kleinen Verformungen. D.h., die Vergrößerung des Innendurchmessers hat eine gegenteilige Wirkung auf die vertikale Federkonstante und das Knickverhalten. Im Falle des elastischen Verbund-Lagerblockes des peripher begrenzten Typs (Fig. 15), bei dem ein zylindrischer visco-elastischer Körner 5 in dem zylindrischen hohlen Teil 4 des Verbundes 3 angeordnet ist, wird, wenn der Innendurchmesser reduziert wird, um die Stabilität gegen große Horizontal-Verformungen bei Schwankungen der Vertikallast zu verbessern, das Volumen des visco-elastischen Körpers oder plastischen Körpers 5 verringert, wodurch es unmöglich gemacht wird, den erforderlichen Dämpfungswert zu erhalten. Bei einem solchen elastischen Verbund-Lagerblock wirkt eine Vergrößerung des Innendurchmessers der steifen Platten 1 des Verbundes 3 dem Dämpfungsverhalten und dem Knickverhalten entgegen; d.h., sie beeinflußt die beiden Verhaltensarten nachteilig.
Bei der Auslegung der dem Stand der Technik entsprechenden oben beschriebenen elastischen Verbund-Lagerblöcke wurde der Innendurchmesser der steifen Platten 1 des Verbundes 3 empirisch bestimmt, da keine geeigneten Mittel vorlagen, ihn rechnerisch zu ermitteln; d.h., dem Stand der Technik gemäß gibt es kein geeignetes Auslegungsverfahren für elastische Verbund-Lagerblöcke.
Insbesondere war es bisher unmöglich, einen elastischen Verbund-Lagerblock auszulegen mit einem hervorragenden Erdbebenschutz-Verhalten und hervorragendem Schwingungsreduktions-Verhalten in vertikaler Richtung, der gleichzeitig eine hohe Knick-(Oberflächen)-Spannung und einen geeigneten inneren Durchmesser hat. Insbesondere im Falle des elastischen Verbund- Lagerblockes mit einem im zylindrischen hohlen Teil 4 des Verbundes 3 angeordneten visco-elastischen oder plastischen Körpers 5 war die Auslegung eines elastischen Verbund-Lagerblockes mit höchstmöglicher Dämpfung unter Auslegungsbedingungen und mit höchstmöglicher Knick-(Oberflächen)- Spannung nicht definitiv.
Die Patentschrift FRA-2602293 beschreibt einen elastischen Verbund- Lagerblock bestehend aus steifen Platten und gummiartigen elastischen Platten, die altemierend aufeinandergeschichtet sind, um einen Verbund zu bilden mit einem sich vertikal erstreckenden zentralen hohlen Teil. Gegenüber den o.g. Problemen ist es Aufgabe der Erfindung geeignete Mittel zur universellen Bestimmung des inneren Durchmessers der steifen Platten des Verbundes zu beschreiben, und einen elastischen Verbund-Lagerblock mit einer geeigneten Form und ein Verfahren zur Auslegung dieses Verbund- Lagerblockes vorzuschlagen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren vorgeschlagen zur Auslegung eines elastischen Verbund-Lagerblockes bestehend aus steifen Platten und gummiartigen elastischen Platten, die altemierend aufeinander geschichtet sind, um einen laminaren Verbund zu bilden, mit einem zentraleren angeordneten sich vertikal erstreckenden hohlen Teil, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch die Schritte: Messung der Knicklasten einiger elastischer Verbund-Lagerblöcke mit unterschiedlichen äußeren und inneren Dimensionen der steifen Platten mittels Grenzlast- oder Scher-Tests; Ermittlung der Knick-(Oberflächen)-Spannung durch Division der Knicklast durch die Druckaufnahmefläche; Zeichnung einer Näherungskurve des Verhältnisses von [Knick-(Oberflächen)-Spannung 1 sekundärer Formkoeffizient] zu [steife Plattenbreite 1 Auslegungsverschiebung] in einem X-Y Koordinatensystem, unter Verwendung der individuellen Knick-(Oberflächen)-Spannungen und der sekundären Formkoeffizienten der elastischen Verbund-Lagerblöcke, der steifen Plattenbreite und der Auslegungsverschiebung, die benutzt wurden, um die Knick-(Oberflächen)-Spannung zu ermitteln; Ermittlung des Schnittpunktes zwischen der oben genannten Näherungskurve mit einer geraden Linie parallel zur Achse [Breite der steifen Platten 1 Auslegungsverschiebung] durch einen Wert ermittelt durch Division der erforderlichen Knick-(Oberflächen)-Spannung des zu fertigenden elastischen Verbund-Lagerblockes durch den sekundären Formkoeffizienten des vorgesehenen elastischen Verbund-Lagerblockes; und durch Ermittlung der maximalen internen Dimension der steifen Platten aus ihrer äußeren Dimension durch Verwendung der minimalen Breite der steifen Plattenbreite, die durch Multiplikation des Wertes aus [steife Plattenbreite 1 Auslegungsverschiebung] des obengenannten Schnittpunktes mit der Auslegungsverschiebung.
Ferner wird erfindungsgemäß ein elastischer Verbund-Lagerblock vorgeschlagen, bei dem steife Platten und gummiartige elastische Platten altemierend aufeinander geschichtet sind, um einen Verbund mit einem sich vertikal erstreckenden zentralen hohlen Teil darin zu bilden, wobei dieser elastische Verbund-Lagerblock dadurch gekennzeichnet ist, daß die Breite der steifen Platten in einem Bereich liegt, der die Bedingung erfüllt:
B/S≤A&sub4;+A&sub2;[(W/X&sub0;)+B&sub1;]-0,5+A&sub3;(W/X&sub0;)
B/S≥A&sub5;+A&sub2;[(W/X&sub0;)+B&sub2;]-0,5+A&sub3;(W/X&sub0;)
(wobei A&sub2;, A&sub3;, A&sub4;, A&sub5;, B, B&sub1;, B&sub2; Konstanten sind)
B/S≥ s/S
0< W≤Do/2
dabei sind: W die Breite der steifen Platten), 5 der sekundäre Formkoeffizient, alo die Standard-(Oberflächen)-Spannung, X&sub0; die Auslegungsverschiebung, A der Sicherheitsfaktor, B die Knick-(Oberflächen)-Spannung, s die Auslegungs- Knick (Oberflächen)-Spannung, und Do die äußere Dimension der steifen Platten
Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind, daß das Verhältnis der Stabilität gegen Schwankungen der Vertikallast auf den elastischen Verbund-Lagerblock und der Breite der steifen Platten durch Grenzlasttests oder Schertests ermittelt wird; und die geeignete Breite der steifen Platten unter Auslegungsbedingungen (Auslegungsverschiebung, Standard-Knick-(Oberfiächen)-Spannung, externer Dimension der steifen Platten und sekundärer Form koeffizient) aus den durch diese Tests gewonnen Verhältnissen bestimmt wird; und schließlich die geeignete interne Dimension der steifen Platten ermittelt wird; wodurch ein elastischer Verbund-Lagerblock ausgelegt wird, der in Bezug auf vertikale Last- Schwankungen eine überragende Stabilität besitzt und der eine geeignete Form besitzt. Ein elastischer Verbund-Lagerblock mit einem in dem o.g. hohlen Teil angeordneten visco-elastischen oder plastischen Körper besitzt durch das erfindungsgemäße Auslegungsverfahren eine hohe Sicherheit und eine hohe Dämpfungskonstante.
Im Falle eines elastischen Verbund-Lagerblockes bestehend aus steifen Platten und gummiartigen elastischen Platten, die alternierend aufeinander geschichtet sind, um einen Verbund mit einem sich vertikal erstreckenden zentralen hohlen Teil zu bilden, ist es mittels des erfindungsgemäßen Auslegungsverfahrens möglich, einen optimalen elastischen Verbund-Lagerblock mit einer hohen Stabilität gegen vertikale Lastschwankungen auszulegen, der gleichzeitig eine geeignete Form besitzt. Ferner hat ein erfindungsgemäßer elastischer Verbund- Lagerblock mit einem in dem o.g. hohlen Teil angeordneten visco-elastischen oder plastischem Körper eine hohe Stabilität (gegen Vertikallastschwankungen) und eine hohe Dämpfungskonstante; d.h., es läßt sich ein elastischer Verbund- Lagerblock mit hervorragenden Betriebscharakteristiken realisieren, dessen praktischer Nutzen sehr hoch ist.
Nachstehend sind einige Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt zur Erläuterung der erfindungsgemäßen elastischen Verbund-Lagerblöcke und eines Verfahrens zur Auslegung erfindungsgemäßer elastischer Verbund-Lagerblöcke, wobei Fig. 1 (a) einen Querschnitt eines elastischen Verbund-Lagerblockes mit einem in einem zylindrischen hohlen Teil angeordneten visco-elastischen oder plastischen Körper zeigt, und Fig. 1(b) einen Querschnitt eines elastischen Verbund-Lagerblockes ohne viscoelastischem oder plastischem Körper in dem hohlen Teil zeigt;
Fig. 2 einen Querschnitt eines elastischen Verbund-Lagerblockes mit einer vertikalen Belastung in einem Grenzlasttest, in dem Zustand in dem er horizontal verformt ist;
Fig. 3 ein charakteristisches Diagramm des Verhätnisses zwischen vertikaler Last und horizontaler Reaktion in einem Grenzlasttest eines elastischen Verbund-Lagerblockes;
Fig. 4 Grundrisse zur Erläuterung der Druckauflagefläche eines elastischen Verbund-Lagerblockes;
Fig. 5 einen Querschnitt eines während eines Schertests unter einer vertikalen Last horizontal verformten elastischen Verbund-Lagerblockes;
Fig. 6 ein charakteristisches Diagramm des Verhältnisses zwischen Scher- Verschiebung und horizontalen Reaktion während eines Schertests eines elastischen Verbund-Lagerblockes, dessen gummiartige elastische Platten aus einem Material bestehen, das unter Zugverformung weniger Kornbildung erzeugt;
Fig. 7 ein charakteristisches Diagramm des Verhältnisses zwischen Scher- Verschiebung und horizontaler Reaktion während eines Schertests eines elastischen Verbund-Lagerblockes, dessen gummiartig elastischen Platten aus einem Material bestehen, das unter Zugspannungs-Verformung mehr Kornbildung erzeugt;
Fig. 8 ein charakteristisches Diagramm des Verhältnisses von [Knick- (Oberflächen)-Spannung / sekundärer Form-Koeffizient] zu [Breite der steifen Platten / Auslegungsverschiebung] während eines durchgeführten Grenzlasttests;
Fig. 9 ein charakteristisches Diagramm des Verhältnisses von [Knick- (Oberflächen)-Spannung 1 Sekundärer Form-Koeffizient] zu [Breite der steifen Platten / Auslegungsverformung] während eines Grenzlasttest, der durchgeführt wurde, um die Funktion eines erfindungsgemäß ausgelegten elastischen Verbund-Lagerblockes als erdbebensichere Lagerung zu erläutern;
Fig. 10 ein charakteristisches Diagramm des Verhältnisses von [Knick- (Oberflächen)-Spannung / Sekundärer Form koeffizient] zu [Breite der steifen Platten / Auslegungsverformung] während eines durchgeführten Grenzlasttests eines ersten vergleichenden Beispiels;
Fig. 11 ein charakteristisches Diagramm des Verhältnisses von [Knick- (Oberflächen)-Spannung 1 Sekundärer Form koeffizient] zu [Breite der steifen Platten / Auslegungsverschiebung] während eines durchgeführten Grenzlasttests eines zweiten vergleichenden Beispiels;
Fig. 12 ein charakteristisches Diagramm des Verhältnisses von [Knick- (Oberflächen)-Spannung / Sekundärer Form koeffizient] zu [Breite der steifen Platten / Auslegungsverformung] während eines durchgeführten Grenzlasttests eines dritten vergleichenden Beispiels;
Fig. 13 ein charakteristisches Diagramm des Verhältnisses von (Knick- (Oberflächen)-Spannung /Sekundärer Form koeffizient] zu [Breite der steifen Platten / Auslegungsverschiebung] während eines durchgeführten Grenzlasttests einer vierten vergleichbaren Ausführungsform;
Fig. 14 einen Querschnitt einer Ausführungsform eines elastischen Verbund- Lagerblockes; und
Fig. 15 einen Querschnitt einer anderen Ausführungsform eines elastischen Verbund-Lagerblockes.
Nachstehend wird das erfindungsgemäße Auslegungsverfahren für elastische Verbund-Lagerblöcke ausführlich beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Auslegung von elastischen Verbund- Lagerblöcken, bestehend aus steifen Platten 1 und gummiartigen elästischen Platten 2, die alternierend so aufeinander geschichtet sind, daß sie einen Verbund 3 mit einem sich vertikalen erstreckenden zylindrischen hohlen Teil 4 bilden, beinhaltet die Schritte: Evaluierung der Stabilität gegen Schwankungen der auf den elastischen Verbund-Lagerblock wirkenden vertikalen Belastung, Ermittlung des Verhältnisses zwischen dieser Stabilität und der Breite W der steifen Platten 1 mittels eines Grenzlasttest oder Schertests (durch eine Näherungskurve, ermittelt durch einen Grenzlasttest oder Schertest), Ermittlung einer geeigneten Breite (Minimumbreite) der steifen Platten 1 unter Auslegungsbedingungen (Auslegungsverschiebung, Standard-Knick- (Oberflächen)-Spannung, äußerer Durchmesser der steifen Platten 1, sekundärer Form koeffizient, Auslegungs-Knick-(Oberflächen)-Spannung) aus dem o.g. Verhältnis, und Ermittlung eines geeigneten inneren Durchmessers D1 (max. innerer Durchmesser) der steifen Platten 1, so daß ein elastischer Verbund-Lagerblock einer geeigneten Form geschaffen wird. Wenn ein viscoelastischer oder plastischer Körper 5 in den zylindrischen hohlen Teil 4 des elastischen Verbund-Lagerblockes, der eine durch das erfindungsgemäße Verfahren gegebene, geeignete Form besitzt, eingesetzt wird, Fig.1(a) kann ein elastischer Verbund-Lagerblock mit einem max. Dämpfungswert realisiert werden. Selbst wenn ein solcher visco-elastischer oder plastischer Körper nicht in den o.g. zylindrischen hohlen Teil eingesetzt wird, Fig.1 (b), kann ein elastischer Verbund-Lagerblock mit hervorragenden Schwingungs-Reduktions- Eigenschaften in vertikaler Richtung realisiert werden. Zusätzlich kann der innere Durchmesser DI der steifen Platten 1 berechnet werden durch zweimalige Subtraktion der Breite W der steifen Platten 1 vom äußeren Durchmesser DO der steifen Platten 1.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Knicklast (Beschreibung folgt später) durch die Durchführung eines Grenzlasttestes oder eines Schertestes (Beschreibung folgt später) ermittelt, um die Einflüsse von Laständerungen in vertikaler Richtung auf den elastischen Verbund-Lagerblock zu kennen.
Als erstes wird der Grenzlasttest beschrieben. Der Grenzlasttest wird so durchgeführt, daß eine vertikale Last PV auf einen elastischen Verbund- Lagerblock aufgebracht wird, der sich in einem Zustand befindet, in dem er horizontal um die Auslegungsverschiebung X&sub0; gemäß Fig. 2 horizontal ausgelenkt ist, und das Verhältnis zwischen der vertikalen Last PV, und der horizontalen Reaktion PH ermittelt wird, um die bei horizontaler Reaktion = 0 (Fig. 3) auftretende vertikale Last zu finden (diese vertikale Last wird nachstehend als Knicklast PVB bezeichnet). Der Quotient der Division der im Test gemessenen Knicklast PVB durch die Druckaufnahmefläche wird nachstehend als Knick-(Oberflächen)-Spannung B bezeichnet. Gemäß Fig. 4 (a) bis Fig. 4 (k) können verschiedene Querschnittsformen des Verbundes 3 in orthogonaler Richtung zur Schichtrichtung (horizontale Richtung) betrachtet werden: z.B., kreisförmige, rechteckige, polygonale Querschnitte etc. In diesem Fall bezieht sich der Begriff druckaufnehmende Fläche (schraffierte Fläche) auf den Querschnitt orthogonal zur Schichtrichtung des Verbundes 3 minus der Querschnittsfläche des hohlen Teiles 4. In dem Fall, daß ein visco-elastischer oder plastischer Körper 5 in dem zylindrischen hohlen Teil 4 angeordnet ist und wenn der visco-elastische Körper oder plastische Körper 5 eine Vertikallast aufnehmen kann, ist die Druckaufnahmefläche die dargestellte schraffierte Fläche plus der Querschnittsfläche des visco-elastischen oder plastischen Körpers orthogonal zur Schichtrlchtung, wenn dagegen der visco-elastische oder plastische Körper 5 in vertikaler Richtung nicht belastbar ist, ist die dargestellt schraffierte Fläche allein die Druckaufnahmefläche.
Der sekundäre Formkoeffizient S, der einer der Auslegungsbedingungen für elastische Verbund-Lagerblöcke ist, ist ein Wert, der als Quotient aus der Division des äußeren Durchmessers Do der steifen Platten 1 durch die Gesamtdicke nR TR der gummiartigen elastischen Platten 2, die ein Produkt der Multiplikation der Dicke TR der gummiartigen elastischen Platten 2 mal der Zahl der Schichten nR der Platten 2 ist. Daraus folgt, daß ein elastischer Verbund- Lagerblock mit einem sekundären Formkoeffizienten S, der für die Gesamtdicke nR TR der gummiartigen elastischen Platten 2 hoch ist, einen größeren äußeren Durchmesser Do hat und damit weniger anfällig gegen Ausknicken ist. Umgekehrt bedeutet, daß ein elastischer Verbund-Lagerblock mit einem kleinen sekundären Formkoeffizienten S, d.h., daß der äußere Durchmesser Do der steifen Platten 1 klein ist im Verhältnis zu der Gesamtdicke nR TR der gummiartigen elastischen Platten 2, anfälliger zum Ausknicken ist. Die Auslegungsverschiebung X&sub0;, die eine weitere Auslegungsbedingung ist, ist der größte absehbare Auslenkungswert bei der Auslegung eines elastischen Verbund-Lagerblockes, die stattfindet, wenn der Verbund 3 beim Auftreten eines Erdbebens unter vertikaler Last horizontal ausgelenkt wird. Die Standard-Knick-(Oberflächen)-Spannung &sub0;, die der Auslegungs-verschiebung zugeordnet ist, ist eine vertikale Belastung einer Einheitsfläche des elastischen Verbund-Lagerblockes. Sie ergibt sich als Quotient aus der Division der Standard-Knick-(Oberflächen)-Spannung B durch den Sicherheits-faktor a. D.h., die Standard-Knick-(Oberflächen)- Spannung ale dividiert durch den festen Sicherheitsfaktor a (unter Berücksichtigung dieser Standard-Knick-(Oberflächen)-Spannung B) ist die Auslegungs-Knick-(Oberflächen)-Spannung &sub0;. Der Sicherheitsfaktor a ist eine Auslegungstoleranz, die verwendet wird, um die Auslegungs-Knick(Oberflächen)-Spannung s so zu ermitteln, daß ein Ausknicken in Erwartung eines Anstieges der vertikalen Last infolge eines Blockierungsphänomens in der Oberkonstruktion in Bezug auf die Standanrd Knick-(Oberfiächen)- Spannung verhindert wird. Üblicherweise beträgt der Sicherheitsfaktor a eine Einheit oder mehr, S ≥ a × &sub0;. Vorzugsweise beträgt der Sicherheitsfaktor a 1,5 bis 3.
Nachstehend wird der Schertest beschrieben. Im Schertest wird der elastische Verbund-Lagerblock gemäß Fig. 5 horizontal in einen Zustand ausgelenkt, in dem eine feste vertikale Last PV auf den elastischen Verbund-Lagerblock einwirkt und das Verhältnis zwischen der resultierenden Scherverschiebung X und der resultierenden Horizontalreaktion PH verwendet wird, um die Scherverschiebung X&sub0; zu ermitteln, die man erhält, wenn die horizontale Reaktion PH = 0 ist (Fig. 6). Wenn diese Scherverschiebung gleich der Auslegungsverschiebung ist, was eine Auslegungsbedingung ist, ist die vertikale Last PVB' bei der Auslegungsverschiebung X&sub0;. Die Knick- (Oberflächen)-Spannung B, wird in gleicher Weise wie bei dem Grenzlasttest berechnet. Das Verhältnis zwischen der Scherverschiebung X und der horizontalen Reaktion PH eines einem Schertest unterworfenen elastischen Verbund-Lagerblockes, dessen elastische, gummiartigen Platten aus einem Material hergestellt sind, das weniger Kornbildung durch Dehnverformung erzeugt, ist in Fig. 6 dargestellt, wobei, wenn die Scherverschiebung XII beträgt, die horizontale Reaktion den maximalen Wert PHMAX annimmt, und wenn die Scherverschiebung den Wert XM überschreitet, die horizontale Reaktion PH graduell abnimmt, bis sie bei der Scherverschiebung X&sub0; Null wird. Dagegen ist das Verhältnis zwischen der Scherverschiebung X und der horizontalreaktion PH während eines Schertests eines elastischen Verbund- Lagerblockes, dessen gummiartige elastische Platten aus einem Material hergestellt sind, das infolge der Dehnverformung Mehrkornbildung erzeugt, in Fig. 7 dargestellt, wobei bei der Scherverschiebung XC oder größer (wenn die gummiartigen elastischen Platten aus hochdämpfendem natürlichem Gummi hergestellt sind, üblicherweise X&sub0; > XC) der Schermodul der gummiartigen elastischen Platten durch Kornbildung der gummiartigen elastischen Platten vergrößert wird, dadurch wächst die horizontale Reaktion PH mit wachsender Scherverschiebung X, wie durch die ausgezogenen Linien in Fig. 7 dargestellt, bis der elastische Verbund-Lagerblock bei der Scherverschiebung XB bricht. Die gestrichelten Linien in Fig. 7 zeigen das Verhältnis zwischen der Scherverschiebung und der horizontalen Reaktion für den Fall, bei dem die gummiartigen elastischen Platten weniger Kornbildung infolge Dehnverformung erzeugen. Da das Anwachsen des Schermoduis durch Kornbildung gerging ist, ist die horizontale Reaktion 0 bei der Scherverschiebung X&sub0;, so daß die Knicklast PVB' ermittelt werden kann. Im Falle der Fig. 7 ist es jedoch schwierig, die Auslegungsverschiebung X&sub0; direkt durch einen Schertest zu messen, so daß es unmöglich ist, die Knicklast zu ermitteln. Bei dem Grenzlasttest kann die Knicklast bei kleiner oder keiner Kornbildung in den gummiartigen elastischen Klappen gemessen werden, da der Test bei der Verschiebung X&sub0; beginnt, die kleiner ist als die Scherverschiebung XC bei der die Kornbildung beginnt. Ferner hat die durch den Grenzlasttest ermittelte Knick-(Oberflächen)- Spannung ale bei der Auslegungsverschiebung X&sub0; weitgehend den gleichen Wert wie die durch den Schertest ermittelte Knick-(Oberflächen)-Spannung B. Die Knick-(Oberflächen)-Spannung kann durch einen Grenzlasttest und auch durch einen Schertest ermittelt werden; jeder der beiden Tests kann benutzt werden. Die Knick-(Oberflächen)-Spannung wurde mittels eines Grenzlasttests ermittelt, der weniger durch einen Anstieg des Schermoduls infolge von Kornbildung der gummiartigen elastischen Platten beeinflußt ist, und der es gestattet, die Knick-(Oberflächen)-Spannung B leicht zu messen. Die erzielten Resultate werden nachstehend erläutert.
Fig. 8 zeigt das Verhältnis zwischen der Knick-(Oberflächen)-Spannung B, die aus der durch den durchgeführten Grenzlasttest gemessenen Knicklast PVB ermittelt wurde, und der Breite W der steifen Platten 1 des elastischen Verbund-Lagerblockes. Im Kennliniendiagramm Fig. 8 ist auf der Abzisse der Quotient aus Breite W / Auslegungsverschiebung X&sub0; an Stelle der Breite W der steifen Platten 1 aufgetragen, um unerwünschte Abhängigkeiten von der Auslegungsverschiebung X&sub0; zu vermeiden, da die Knick-(Oberflächen)- Spannung B sich mit dem Wert der Auslegungsverschiebung X&sub0; ändert. In gleicher Weise ist im Kennliniendiagramm Fig. 8 der Quotient aus Knick(Oberflächen)-Spannung B / sekundärer Formkoeffizient 5 an Stelle der Knick-(Oberflächen)-Spannung B auf der Koordinate aufgetragen, um unerwünschte Einflüsse des sekundären Formkoeffizienten S zu vermeiden, da die Knick-(Oberflächen)-Spannung B sich mit dem Wert des sekundären Formkoeffizienten S ändert.
Die aus dem Grenzlasttest erhaltenen Daten sind in nachfolgender Tabelle 1 dargestellt; aus diesen Daten wurde die Näherungskurve L&sub0; (wird später beschrieben) ermittelt. Ferner sind in der Tabelle 1 in den Spalten 1 - 4 Daten von elastischen Verbund-Lagerblöcken gemäß Fig. 1(a) dargestellt, die einen visco-elastischen oder plastischen Körper 5 in dem zylindrischen hohlen Teil 4 enthalten; in den Spalten 5 - 7 sind Daten von elastischen Verbund- Lagerblöcken gemäß Fig. 1(b) dargestellt, die keinen visco-elastischen oder plastischen Körper 5 in dem zylindrischen hohlen Teil 4 enthalten. Tabelle 1
Aus den Daten in Tabelle 1 ist ersichtlich, daß [Knick-(Oberflächen)- Spannung B / sekundär Formkoeffizient S] relativ zu [steife Plattenbreite W / Auslegungsverschiebung X&sub0;] die Kurve L&sub0; in Fig. 8 ergibt. In Fig. 8 beziehen sich die Kreismarkierungen auf elastische Verbund-Lagerblöcke gemäß Fig. 1 (a), in deren zylindrischen hohlen Teilen 4 je ein visco-elastischer oder plastischer Körper 5 angeordnet ist; während sich die Dreiecksmarkierungen auf elastische Verbund-Lagerblöcke gemäß Fig. 1 (b) beziehen, in deren zylindrischen Teilen 4 kein visco-elastischer plastischer Körper 5 angeordnet ist. Die Näherungsformel für die Kurve L&sub0; ist:
αB/S=A+A&sub2;.(W/X&sub0;&supmin;0.5+A&sub3;.(W/X&sub0;).
In diesem Fall ist A&sub1; = 106.7, A&sub2; = -72.48, A&sub3; 24.65, 0< W≤D&sub0;/2,
und X&sub0;> 0.
Die durch die o.g. Näherungsformel angegebene Näherungskurve L&sub0; ergibt die Grenze der zulässigen Auslegung an; und der Wert [Auslegungs-Knick- (Oberflächen)-Spannung als 1 sekundärer Formkoeffizient S], der gleich dem Wert ist, den man erhält, indem man die Auslegungs-Knick-(Oberflächen)- Spannung (die gleich der Standard-Knick-(Oberflächen)-Spannung &sub0; multipliziert mit einem festen Sicherheitsfaktor a ist) durch den sekundären Formkoeffizienten S dividiert, ist die gerade Linie M&sub1; in Fig. 8, repräsentiert durch:
B/S= s/S.
In diesem Fall ist &sub0; = 50 kgf/cm², S = 6.7 und damit S/S = 22.4.
Als Ergebnis ist die durch den Schnittpunkt m&sub0; zwischen der geraden Linie M&sub1; und der Näherungskurve L&sub0; bestimme Breite W der steifen Platten 1 der durch die oben beschriebenen Auslegungsbedingungen gegebene Minimumwert; und der aus diesem Minimumwert WMIN ermittelte innendurchmesser DI der steifen Platten 1 ist der Maximumwert. Damit ist der maximale Innendurchmesser DIMAX bestimmt. Auf diese Weise ist es möglich, einen unter Auslegungsbedingungen optimalen elastischen Verbund- Lagerblock auszulegen, der in Bezug auf Schwankungen der vertikalen Last stabil ist und dessen steife Platten 1 den maximalen Innendurchmesser DIMAX haben. Die Minimumbreite WMIN der steifen Platten 1 ist der durch die Auslegungs-bedingungen bestimmte Minimumwert. Wenn die Breite W der steifen
Platten 1, die größer ist als die Minimumbreite WMIN der steifen Platten 1, in einem durch die gerade Linie M&sub1; und die Näherungskurve L&sub0; begrenzten Bereich liegt, der definiert ist durch die Formeln
B/S≤A&sub2;+A&sub2;.(W/X&sub0;)-0.5+A&sub3;.(W/X&sub0;)
B/S≥ S/S
kann ein elastischer Verbund-Lagerblock unter Auslegungsbedingungen ausgelegt werden, der stabil ist in Bezug auf Schwankungen der Vertikallast und eine geeignete Form besitzt.
Wie oben beschrieben, ist die Näherungskurve L&sub0;, die erforderlich ist, um unter Auslegungsbedingungen einen elastischen Verbund-Lagerblock, der in Bezug auf Schwankungen der Vertikallast stabil ist und eine geeignete Form besitzt, auszulegen, aus dem durchgeführten Grenzlasttest gewonnen worden.
Z.B. wurde ein Grenzlasttest an einem elastischen Verbund-Lagerblock durchgeführt, dessen gummiartigen, elastischen Platten 2 eine Dicke von 6 mm und einem Elastizitätsmodul von 7 kgf/cm² haben und dessen steife Platten eine Dicke von 3.2 mm und einen Elastizitätsmodul von 2.1 x 10&sup6; kgf/cm² haben, um die Näherungskurve Io zu gewinnen.
Die Näherungskurve Lo ändert sich und verschiebt sich in Abhängigkeit von der Dicke und dem Elastizitätsmodul der gummiartigen elastischen Platten 2 und der Dicke und dem Elastizitätsmodul der steifen Platten 1.
Wenn die Dicke der gummiartigen elastischen Platten 2 kleiner ist als die Dicke der gummiartigen elastischen Platten des zur Ermittlung der Näherungskurve Lo verwendeten elastischen Verbund-Lagerblockes, oder wenn der Elastizitätsmodul der gummiartigen elastischen Platten 2 größer ist als der Elastizitätsmodul der gummiartigen elastischen Platten 2 des zur Ermittlung der Näherungskurve L&sub0; verwendeten elastischen Verbund- Lagerblockes verschiebt sich die Näherungskurve L&sub0;, gemäß Pfeil (1) in Fig. 8. Ferner, wenn die Dicke der steifen Platten 1 größer ist als die Dicke der steifen Platten 1 des zur Ermittlung der Näherungskurve L&sub0; verwendeten elastischen Verbund-Lagerblockes oder wenn der Elastizitätsmodul der steifen Platten 1 größer ist als der Elastizitätsmodul der steifen Platten 1 des zur Ermittlung der Näherungskurve L&sub0; verwendeten elastischen Verbund- Lagerblockes, verschiebt sich die Näherungskurve L&sub0; in gleicher Weise aufwärts gemäß Pfeil (1) in Fig. 8.
Wenn dagegen die Dicke der gummiartigen elastischen Platten 2 größer ist als die Dicke der gummiartigen elastischen Platten 2 des zur Ermittlung der Näherungskurve L&sub0; verwendeten elastischen Verbund-Lagerblockes oder wenn der Elastizitätsmodul der gummiartigen elastischen Platten 2 kleiner ist als der Elastizitätsmodul der gummiartigen elastischen Platten 2 des zur Ermittlung der Näherungskurve L&sub0; verwendeten elastischen Verbund- Lagerblockes, verschiebt sich die Näherungskurve L&sub0; abwärts, gemäß Pfeil (2) in Fig. 8. Femer, wenn die Dicke der steifen Platten 1 kleiner ist als die Dicke der steifen Platten 1 des zur Ermittlung der Näherungskurve L&sub0; verwendeten elastischen Verbund-Lagerblockes oder wenn der Elastizitätsmodul der steifen Platten 1 kleiner ist als der Elastizitätsmodul der steifen Platten 1 des zur Ermittlung der Näherungskurve L&sub0; verwendeten elastischen Verbund-Lagerblockes, verschiebt sich die Näherungskurve L&sub0; in gleicher Weise abwärts, gemäß Pfeil (2) in Fig. 8.
D.h., bei den durch das erfindungsgemäße Auslegungsverfahren ausgelegten elastischen Verbund-Lagerblöcken müssen die Dicke und der Elastizitätsmodul der gummiartigen elastischen Platten 2 und der steifen Platten 1 berücksichtigt werden.
Nachstehend wird die Form der elastischen Verbund-Lagerblöcke unter Berücksichtigung der o.g. Bedingungen beschrieben. In dem Fall, in dem der elastische Verbund-Lagerblock als erdbebensicheres Auflager eingesetzt wird, kann er einen oder keinen visco-elastischen oder plastischen Körper 5 im zylindrischen hohlen Teil 4 des durch Schichtung von steifen Platten 1 und gummiartigen elastischen Platten 2 gebildeten Verbundes 3 enthalten.
Fig. 9 zeigt das Verhältnis zwischen [Knick-(Oberflächen)-Spannung B / sekundärer Koeffizient S] zu [steife Plattenbreite W / Auslegungsverschiebung XC], das unter Berücksichtigung der Dicke und des Elastizitätsmoduls der gummiartigen elastischen Platten 2, der Dicke und des Elastizitätsmoduls der steifen Platten 1 und für einen elastischen Verund- Lagerblock wünschenswerter Werte erhalten wurde. Im Falle, in dem die Dicke und der Elastizitätsmodul der gummiartigen elastischen Platten 2, die Dicke und der Elastizitätsmodul der steifen Platten 1 und für einen elastischen Verbund-Lagerblock wünschenswerte Werte berücksichtigt werden, werden die Kurven L&sub1; und L&sub2; gemäß Fig. 9 als Grenzen für die zulässige Auslegung erhalten. Die Näherungsformel für die Kurve L&sub1; ist:
B/S=A&sub4;+A&sub2;.[(W/X&sub0;)+B&sub1;]-0.5+A&sub3;.(W/X&sub0;).
In diesem Fall ist A&sub4; = 116.289, A&sub2; = -72.48, A&sub3; 24.65, B&sub1; = -0.389,
0< W≤Do/2.
Die Näherungsformel Wir die Kurve L&sub2; ist:
B/S=A&sub5;+A&sub2;.[(W/X&sub0;)+B&sub2;]-0.5+A&sub3;.(W/X&sub0;).
In diesem Fall ist A&sub4; = 91.64, A&sub2; = -72.48, A&sub3; 24.65, B&sub2; = -0.611,
0< W≤Do/2.
Wenn die Dicke der gummiartigen elastischen Platten 2 geringer ist als die Dicke der gummiartigen elastischen Platten 2 des zur Ermittlung der
Näherungskurve L&sub1; verwendeten elastischen Verbund-Lagerblockes, muß, um eine geeignete horizontale Steifigkeit und vertikale Steifigkeit zu erzielen, die Anzahl der Schichten erhöht werden, dies führt jedoch zu einer Erhöhung der Herstellungskosten. Ferner wächst die vertiale Steifigkeit größer als die horizontale Steifigkeit (bei einem üblichen elastischen Verbund-Lagerblock beträgt das Verhältnis der vertikalen Steifigkeit zur horizontalen Steifigkeit 1000 : 1), wodurch das vertikale Erdbeben-Schutzverhalten und das Schwingungsreduktionsverhalten verringert werden. Wenn der Elastizitätsmodul der gummiartigen elastischen Platten 2 größer ist als der Elastizitätsmodul der gummiartigen elastischen Platten 2 des zur Ermittlung der Näherungskurve L&sub1; verwendeten elastischen Verbund-Lagerblockes muß die Zahl der Schichten erhöht werden, wodurch die Fertigungskosten steigen. Wenn die Dicke der steifen Platten 1 größer ist als die Dicke der steifen Platten 1 des zur Ermittlung der Näherungskurve L&sub1; verwendeten elastischen Verbund-Lagerblockes steigt das Gewicht des Lagerblockes, wodurch die Transportkosten erhöht werden. Falls ein Material, dessen Elastizitätsmodul größer ist als der Elastizitätsmodul der steifen Platten 1 des zur Ermittlung der Näherungskurve L&sub1; verwendeten elastischen Verbund-Lagerblockes, für die steifen Platten 1 verwendet wird, steigen die Materialkosten
Wenn die Dicke der gummiartigen elastischen Platten 2 größer ist als die Dicke der gummiartigen elastischen Platten 2 des zur Ermittlung der Näherungskurve L&sub2; verwendeten elastischen Verbund-Lagerblockes, erhöht sich die Breite W der steifen Platten 1 unter Berücksichtigung der Auslegungsbedingungen. Deswegen vergrößert sich der äußere Durchmesser DO der steifen Platten, wenn der innere Durchmesser DI der steifen Platten 1 vergrößert wird, um eine hohe Dämpfungskonstante zu erhalten, was zu einer Erhöhung der Herstellungskosten führt. Die vertikale Steifigkeit verringert sich im Verhältnis zur horizontalen Steifigkeit (bei einem üblichen elastischen Verbund-Lagerblock beträgt das Verhältnis der vertikalen Steifigkeit zu horizontalen Steifigkeit 1000 :1), wodurch die vertikale Lastaufnahmefähigkeit verringert wird, eine Tatsache, die bei elastischen Verbund-Lagerblöcken unerwünscht ist. Wenn der Elastizitätsmodul der gummiartigen elastischen Platten 2 kleiner ist als der Elastizitätsmodul der gummiartigen elastischen Platten 2 des zur Ermittlung der Näherungskurve L&sub2; verwendeten elastischen Verbund-Lagerblockes, nimmt die Zahl der Schichten ab, wodurch die in dem gummiartigen elastischen Platten während der Auslegungsverschiebung erzeugten
Spannung erhöht werden, so daß ein Gummimaterial mit einer hohen Bruchdehnung benötigt wird. Wenn die Dicke der steifen Platten 1 kleiner ist als die Dicke der steifen Platten 1 des zur Ermittlung der Näherungskurve L&sub2; verwendeten elastischen Verbund-Lagerblockes, neigen die steifen Platten 1 leicht dazu, plastisch zu verformen infolge der Scherspannungen und der Druckspannungen in den gummiartigen elastischen Platten 2. Wenn der Elastizitätsmodul der steifen Platten 1 kleiner ist als der Elastizitätsmodul der steifen Platten 1 des zur Ermittlung der Näherungskurve L&sub2; verwendeten elastischen Verbund-Lagerblockes, neigen die steifen Platten 1 in gleicher Weise leicht zur plastischen Verformung infolge der Scherspannungen und der Druckspannungen in den gummiartigen elastischen Platten 2, was zu einer großen Verringerung der Knick-(Oberflächen)-Spannung führt, eine Tatsache, die bei elastischen Verbund-Lagerplatten unerwünscht ist.
Wenn der äußere Durchmesser D0 der steifen Platten 1 bestimmt ist durch 0< W≤Do/2 , wird die Hälfte dieses äußeren Durchmessers Do automatisch als Auslegungsmaximalwert der Breite W der steifen Platten 1 bestimmt, und die Grenze dieses Maximalwertes die gerade Linie M&sub2; gemäß Fig. 9 ist, repräsentiert durch die Formel:
W/Xo=Do/2Xc.
Ferner wenn wie oben beschrieben die Bedingungen erfüllt sind, daß
- [Auslegungs-Knick-(Oberflächen)-Spannung s / sekundärer Form- Koeffizient S] die gerade Linie M&sub1; in Fig. list repräsentiert durch die Formel
B/S= S/S
- die Auslegung sich in dem Bereich befindet, der umgeben ist von den geraden Linien M&sub1; und M&sub2; und den Näherungskurven L&sub1; und L&sub2; repräsentiert durch die Formel:
B/S≤A&sub4;+A&sub2;.[(W/X&sub0;)+B&sub1;)-0.5+A&sub3;.(W/X&sub0;).
B/S≥A&sub5;+A&sub2;.[(W/X&sub0;)+B&sub2;]-0.5+A&sub3;.(W/X&sub0;).
B/S≥ S/S
W> X&sub0;≤Do/2X&sub0;
kann unter den Auslegungsbedingungen ein erdbebensicherer elastischer Verbund-Lagerblock ausgelegt werden, der in Bezug auf Schwankungen der vertikalen Last stabil ist, der eine geeignete Form hat, und der hervorragende Dämpfungseigenschaften besitzt. Insbesondere kann ein optimaler erdbebensicherer elastischer Verbund-Lagerblock unter Auslegungs- Bedingungen in einem Bereich, der zwischen den Schnittpunkten m&sub1; und m&sub2; liegt und begrenzt ist durch die Näherungskurven L&sub1; und L&sub2; und die gerade Linie M&sub1;.
Zusätzlich ist zu beachten, daß wenn die Auslegung außerhalb dieses Bereiches liegt, d.h., wenn:
B/S> +A&sub2;.[(W/X&sub0;)+B&sub1;]&supmin;0.5+A&sub3;.(W/X&sub0;).
die Knicksicherheit abnimmt, und wenn:
B/S< A&sub5;+A&sub2;.[(W/X&sub0;)+B&sub2;]-0.5+A&sub3;.(W/X&sub0;).
das Dämpfungsverhalten abnimmt. Falls
B/S< S/S
ist, nimmt die Auslegungs-Knick-(Oberflächen)-Spannung als und damit der Sicherheitsfaktor ab, wodurch es schwierig wird, einen elastischen Verbund- Lagerblock zur Erdbebensicherung auszulegen, dessen Stabilität gegen Schwankungen vertikaler Lasten hoch ist und der ein hervorragendes Dämpfungsverhalten besitzt. Ferner ist es nicht möglich die Bedingung WX&sub0; > Do / 2X&sub0;. D.h. es ist nicht möglich, daß die Breite W der steifen Platten 1 größer als ihr halber äußerer Durchmesser DO wird.
Durch einen Grenzlasttest wurde neben einer Näherungskurve L&sub0; eine Kurve L&sub3; ermittelt, die beide in dem von den Näherungskurven L&sub1; und L&sub2; begrenzten Bereich liegen, d.h., die Näherungskurven L&sub1; und L&sub2; werden als Grenzen für die erfindungsgemäße zulässige Auslegung verwendet. Die Näherungsform für diese Kurve L&sub3; ist:
B/S=A&sub6;+A&sub2;.[(W/X&sub0;)+B&sub3;]-0.5+A&sub3;.(W/X&sub0;).
In diesem Fall ist A&sub6; = 99.034, A&sub2; = -72.48, A&sub3; 24.65, B&sub3; = -0.311, und
0< W≤Do/2.
In dem Fall, in dem in Fig. 9 die Schnittstelle n1 zwischen den geraden Linien M&sub2; und M&sub1; liegt, d.h.1 die Bedingung
B/S≥A&sub5;+A&sub2;.[(W/X&sub0;)+B&sub2;]&supmin;0.5+A&sub3;.(W/X&sub0;).
nicht erfüllt wird, wird ein geeigneter elastischer Verbund-Lagerblock auf der Bedingung ausgelegt, daß er, wie oben beschrieben, in dem von den geraden Unien M&sub1; und M&sub2; und den Näherungskurven L&sub1; und L&sub0; begrenzten Bereich liegt. Wenn jedoch, wie durch die gerade Linie M&sub2;' in Fig. 9 gezeigt, [ Breite der steifen Platten W / Auslegungsverschiebung X&sub0; ] kleiner wird und der Schnittpunkt der geraden Linie M&sub2;' und M&sub1; die o.g. Bedingung erfüllt, d.h.,
B/S≥A&sub5;+A&sub2;.[(W/X&sub0;)+B&sub2;]-0.5+A&sub3;.(W/X&sub0;).
wird eine Auslegung auf der Bedingung bevorzugt, daß sie in dem von den geraden Linien M&sub1; und M&sub2;' und den Näherungskurven L&sub1; und L&sub0; liegt Die Näherungsformeln für die Kurven L&sub1; und L&sub3; sind
B/S≤A&sub4;+A&sub2;.[(W/W&sub0;)+B&sub1;]-0.5+A&sub3;.(W/X&sub0;).
B/S≥A&sub6;+A&sub2;.[(W/X&sub0;)+B&sub3;]-0.5+A&sub3;.(W/X&sub0;).
B/S≥αs/S
W/X&sub0;≤Do/2X&sub0;.
Selbst in dem Fall, in dem der Wert [ Breite der steifen Platten W / Auslegungsverschiebung X&sub0; ] groß ist und die Schnittstelle n1 der geraden Linien M&sub2; und M&sub1; nicht die Bedingung
B/S≥A&sub5;+A&sub2;.[W/X&sub0;)+B&sub2;]-0.5+A&sub3;.(W/X&sub0;).
erfüllt, wird eine Auslegung in dem Bereich bevorzugt, der durch die geraden Linien M&sub1; und M&sub2; und die Näherungskurven L&sub1; und L&sub3; begrenzt ist.
Ferner ist der Maximalwert von [ Breite der steifen Platten W / Auslegungsverschiebung X&sub0; ]
W/X&sub0;≤8
und der zulässige Auslegungsbereich ist gegeben durch
W/X&sub0;≥8
Bei einem elastischen Verbund-Lagerblock im Auslegungsbereich
W/X&sub0;> 8
ist, wenn die Auslegungsverschiebung X&sub0; 250 mm beträgt, die Breite W der steifen Platten 1 gleich 2000 mm oder mehr und der äußere Durchmesser D0 der steifen Platten 1 ist 4 mm oder mehr; üblicherweise wird ein solch gigantischer elastischer Verbund-Lagerblock nicht als erdbebensicheres Lager verwendet
Ein idealer, unter optimalen Auslegungsbedingungen ausgelegter elastischer Verbund-Lagerblock liegt auf der Näherungskurve L&sub0;, die gegeben ist durch
B/S=A&sub1;+A&sub2;.(W/X&sub0;)-0.5+A&sub3;.(W/X&sub0;).
und er liegt an der Schnittstelle m&sub0; der geraden Linie M&sub1; und der o.g. Näherungskurve L&sub0;, die gegeben ist durch
B/S= s/S.
Nachstehend werden nach dem erfindungsgemäßen Auslegungsverfahren ausgelegte Artikel mit dem Stand der Technik gemäßen Artikel im Hinblick auf ihre Stabilität gegen vertikale Lastschwankungen und ihr Dämpfungsverhalten verglichen.
Im ersten bis dritten vergleichenden Beispiel werden elastische Verbund- Lagerblöcke verglichen, in deren zylindrischen hohlen Teil 4 in viscoelastischer oder plastischer Körper 5 angeordnet ist.
Als erstes wird ein vergleichendes Beispiel mit Bezug auf Fig. 10 beschrieben. Seine Auslegungsbedingungen sind wie folgt:
Auslegungs-Verschiebung X&sub0; = 250 mm
Standard-Knick-(Oberflächen)-Spannung &sub0; = 50 kgf/cm²
Äußerer Durchmesser der steifen Platten Do = 1000 mm
Sekundärer Form-Koeffizient S = 6.7
Sicherheits-Faktor a = 3
Auslegungs-Knick-(Oberflächen)-Spannung s = a. o = 150 kgf/cm²
Die gerade Linie M&sub1; gemäß Fig. 10 ist aus der Auslegungs-Knick- (Oberflächen)-Spannung s und dem sekundären Formkoeffizienten S ermittelt worden. Ferner ist 0 < W ≤ Do / 2, 0 < W / X&sub0; ≤ 2.0, dies ist die gerade Linie M&sub2; in Fig. 10. Da die Schnittstelle n&sub1; der geraden Linien M&sub1; und M&sub2; nicht die Bedingung
B/S≥A&sub5;+A&sub2;.[(W/X&sub0;)+B&sub2;]-0.5+A&sub3;.(W/X&sub0;).,
werden die findungsgemäßen Artikel in dem Bereich ausgelegt, der begrenzt ist durch die geraden Linien m&sub1;, m&sub2; und die Näherungskurven L&sub1; und L&sub2;, vorzugsweise durch die Werte W / X&sub0; auf dem Liniensegment m&sub1; - m&sub2; das bestimmt ist durch die Schnittstellen M&sub1; und M&sub2; der Näherungskurven L&sub1;, L&sub2; mit der geraden Linie M&sub1;
Es wurden elastische Verbund-Lagerblöcke hergestellt und verglichen, deren Breite W der steifen Platten 1 die Punkte a&sub1;, b&sub1;, c&sub1; und d&sub1; auf der geraden Linie M&sub1; in Fig. 10 bestimmt wurden. Die vergleichenden Ergebnisse der Stabilitäten der elastischen Verbund-Lageblöcke gegen Schwankungen der vertikalen Last sind in Tabelle 2 dargestellt. Die entsprechende Dämpfungskonstante der gummiartigen elastischen Platten 2 ist dabei 15% und die entsprechende Dämpfungskonstante der visco-elastischen oder plastischen Körper 5 ist 50%. Tabelle 2
Aus den o.g. Ergebnissen ist ersichtlich, daß die durch einen Grenzlasttest ermittelte Knick-(Oberflächen)-Spannung des Vergleichsartikels a&sub1; 100 kgf/cm² betrug, was geringer ist als die Auslegungs-Knick-(Oberflächen)- Spannung von 150 kgf/cm². Der elastische Verbund-Lagerblock dieser Form hatte eine schlechte Stabilität gegen Schwankungen der Vertikallast und war zum Einsatz nicht geeignet. Die durch einen Grenzlasttest ermittelte Knick(Oberfiächen)-Spannung betrug 630 kgf/cm² und war damit größer als die Auslegungs Knick-(Oberfiächen)-Spannung von 150 kgf/cm², aber seine entsprechende Dämpfungskonstante war niedriger als die der erfindungsgemäßen Artikel b&sub1; und c&sub1;.
Dem gegenüber waren die Knick-(Oberflächen)-Spannungen der erfindungsgemäßen Artikel b&sub1; und c&sub1; größer als die Knick-(Oberfiächen)- Spannung und ihre entsprechenden Dämpfungskonstanten waren ebenfalls hoch.
Nachstehend wird ein zweites vergleichendes Beispiel mit Bezug auf Fig. 11 beschrieben. Die Auslegungsbedingungen sind wie folgt:
Auslegungsverschiebung X&sub0; = 250 mm
Standard-Knick-(Oberflächen)-Spannung &sub0; = 50 kgf/cm²
Äußerer Durchmesser der steifen Platten Do = 600 mm
Sekundärer Form-Koeffizient S = 4.
Sicherheits-Faktor a = 3
Auslegungs-Knick-(Oberflächen)-Spannung s = a. o = 150 kgf/cm²
Die gerade Linie M&sub1; in Fig. 11 ist aus der o.,g. Auslegungs-Knick- (Oberflächen)-Spannung als und dem sekundären Formkoeffizienten S ermittelt. Ferner ist durch die Bedingung 0< W≤Do/2,0,W/X&sub0;≤1.2, die gerade Linie M'&sub2; in Fig. 11 gegeben. Da die Schnittstelle n1' der geraden Linien M&sub1; und M&sub2;. die Bedingung erfüllt:
B/S≥A&sub5;+A&sub2;.[(W/X&sub0;)+B&sub2;]-0.5+A&sub3;.(W/X&sub0;).V
liegt die Auslegung der erfindungsgemäßen Artikel im Bereich, der durch die geraden Linien M&sub1;, und M&sub2; und die Näherungskurven L&sub1; und L&sub2; begrenzt ist, vorzugsweise bei W/X&sub0; Werten auf dem Liniensegment m&sub1; - m&sub3;, das durch die Schnittstellen m&sub1; und m&sub3; der Näherungskurven L&sub1; und L&sub3; und der geraden Linie M&sub1; gegeben ist.
Es wurden elastische Verbund-Lagerblöcke gefertigt und verglichen, deren Breite W der steifen Platten 1 durch die Punkte a&sub2;, b&sub2;, c&sub2;, d&sub2; auf der geraden Linie M&sub1; in Fig. 11 bestimmt wurden. Die vergleichenden Ergebnisse der Stabilität der elastischen Verbund-Lagerblöcke gegen Schwankungen der vertikalen Last sind in Tab. 3 dargestellt. Ferner ist zu beachten, die entsprechende Dämpfungskonstante der gummiartigen elastischen Platten ist 15% und die entsprechende Dämpfungskonstante des visco-elastischen oder plastischen Körpers 5 ist 15%. Tabelle 3
Aus den o.g. Ergebnissen ist klar ersichtlich, daß die für den Vergleichsartikel durch einen Grenzlasttest ermittelte Knick-(Oberflächen)-Spannung 30 kgf/cm² betrug und damit niedriger war als die Auslegungs-Knick(Oberflächen)-Spannung von 150 kgf/cm². Der elastische Verbund- Lagerblock dieser Form hatte eine schlechte Stabilität gegen Schwankungen der Vertikallast und konnte in der Praxis nicht eingesetzt werden. Die durch einen Grenzlasttest ermittelte Knick-(Oberflächen)-Spannung des Vergleichsartikels d&sub2; betrug 320 kgf/cm², dies war größer als die Auslegungs- Knick-(Oberfiächen)-Spannung von 150 kgf/cm², aber seine entsprechende D mpfungskonstante war niedriger als die der erfindungsgemäßen Artikel b2 und c2.
Im Gegensatz dazu war die Knick-(Oberflächen)-Spannung der erfindungsgemäßen Artikel b&sub2; und c&sub2; größer als die Auslegungs-Knick- (Oberflächen)-Spannung und ihr entsprechenden Dämpfungskonstanten waren ebenfalls groß.
Für das dritte vergleichende Beispiel mit Bezug auf Fig. 12 wurden folgende Auslegungsbedingungen verwendet:
Auslegungsverschiebung X&sub0; = 300 mm
Standard-Knick-(Oberfiächen)-Spannung o = 50 kgf/cm²
Äußerer Durchmesser der steifen Platten Do = 1500 mm
Sekundärer Form-Koeffizient S = 6.7
Sicherheits-Faktor a = 3
Auslegungs-Knick-(Oberfiächen)-Spannung s = a. o = 150 kgf/cm²
Die gerade Linie M&sub1; in Fig. 12 ist aus der Auslegungs- Knick-(Oberfiächen)- Spannung S und dem sekundären Formkoeffizienten S ermittelt. Ferner ist durch die Bedingung 0< W≤Do/2, 0< W/X&sub0;≤2.5, die gerade Linie M&sub2; in Fig. 12 gegeben. Da die Schnittstelle der geraden Linien M&sub1; und M&sub2; die Bedingungen:
a/S≥A&sub5;+A&sub2;.[(W/X&sub0;)+B&sub2;]-0.5+A&sub3;.(W/X&sub0;).,
nicht erfüllt, erfolgt die Auslegung der erfingungsgemäßen Artikel W /X&sub0; in dem Bereich, der begrenzt ist durch die gerade Linien M&sub1; und M&sub2; und die Näherungskurven L&sub1; und L&sub2;.
Ein elastischer Verbund-Lagerblock wurde gefertigt und verglichen, dessen Breite W der steifen Platten 1 durch den Punkt e&sub3; auf der Näherungskurve L&sub0; in Fig. 12 gegeben ist. Die vergleichenden Ergebnisse der Stabilität des elastischen Verbund-Lagerblockes gegen Schwankungen der vertikalen Last sind in Tab. 4 dargestellt. Ferner ist zu bemerken, die equivalente Dämpfungskonstante der gummiartigen elastischen Platten 2 beträgt 5% und die entsprechende Dämpfungskonstante des viscoelastischen oder plastischen Körpers 5 beträgt 50%. Tabelle 4
Aus den o.g. Resultaten ist klar ersichuich, daß die Knick-(Oberfiächen)- Spannung des erfindungsgemäßen Artikel e&sub3; größer war als die Auslegungs- Knick-(Oberfiächen)-Spannung und seine entsprechende Dämpfungs konstante ebenfalls groß war.
Das erste bis dritte vergleichende Beispiel haben bestätigt, daß die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auslgelegten elastischen Verbund- Lagerblöcke, die gemäß Fig. 1 (a) jeder einen visco-elastischen oder plastischen Körper 5 in ihrem zylindrischen hohlen Teil 4 enthalten, stabil sind gegen Schwankungen der Vertikallast und optimale entsprechende Dämpfungskonstanden besitzen.
Schließlich wurden in einem vierten vergleichenden Beispiel erfindungsgemäße Artikel, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt wurden, und Vergleichsartikel hinsichtlich ihrer Stabilität gegen Schwankungen der Vertikallast verglichen, die beide in der Ausführungsform gemäß Fig. 1(b) keinen visco-elastischen oder plastischen Körper 5 in ihrem zylindrischen hohlen Teil 4 enthielten,. Dieses vierte vergleichende Beispiel wird nachstehend mit Bezug auf Fig. 13 beschrieben. Die Auslegungsbedingungen sind folgende:
Auslegungsverschiebung X&sub0; = 150 mm
Standard-Knick-(Oberflächen)-Spannung alo = 50 kgf/cm²
Äußerer Durchmesser der steifen Platten Do = 600 mm
Sekundärer Form-Koeffizient S = 4.0
Sicherheits-Faktor a = 3
Auslegungs-Knick-(Oberflächen)-Spannung s = a. s = 150 kgf/cm²
Die gerade Linie M&sub1; in Fig. 13 ist aus der Auslegungs-Knick-(Oberflächen)- Spannung als und dem sekundären Formkoeffizienten S ermittelt Ferner ist durch die Bedingungen
0< W≤Do/2, 0< W/X&sub0;≤2.01
die gerade Linie M&sub2; in Fig. 13 definiert. Da die Schnittstelle n&sub1; der geraden Linien M&sub1; und M&sub2; die Bedingung:
a/S≥A&sub5;+A&sub2;.[(W/X&sub0;)+B&sub2;]-0.5+A&sub3;.(W/X&sub0;).,
nicht erfüllt, sind die erfindungsgemäßen Artikel in dem Bereich ausgelegtl der durch die geraden Linien M&sub1; und M&sub2; und die Näherungskurven L&sub1; und L&sub0; begrenzt ist, vorzugsweise durch die W / X&sub0; - Werte auf dem Liniensegment m&sub1; - m&sub3;, das definiert ist durch die Schnittstelle m&sub1; und m&sub3; der Näherungskurven L&sub1; und L&sub0; und der geraden Linie M&sub1;.
Es wurden elastische Verbund-Lagerblöcke hergestellt und verglichen, deren Breite W der steifen Platten 1 durch die Punkte a&sub4;, b&sub4;, c&sub4; und d&sub4; auf der geraden Linie M&sub1; in Fig. 13 bestimmt wurde. Die vergleichenden Resultate der Stabilität der elastischen Verbund-Lagerblöcke gegen Schwankungen der vertikalen Last sind in Tabelle 5 dargestellt. Tabelle 5
Wie klar aus den o.g. Ergebnissen ersichtlich ist, war die durch einen Grenziasttest ermittelte Knick-(Oberflächen)-Spannung des Vergleichsartikels a&sub4; 50 kgf/cm² und damit niedriger als die Auslegungs- Knick-(Oberflächen)- Spannung von 150 kgf/cm². Der elastische Verbund-Lagerblock dieser Form hatte eine schlechte Stabilität gegen Schwankungen der Vertikallast und konnte praktisch nicht eingesetzt werden. Die durch einen Grenzlasttest ermittelte Knick-(Oberflächen)-Spannung des Vergleichsartikels d&sub4; betrug 320 kgf/cm², damit war sie größer als die Auslegungs- Knick-(Oberflächen)- Spannung von 150 kgf/cm², aber seine vertikale Federkonstante war größer als die der erfindungsgemäßen Artikel b&sub4; und c&sub4;, d.h., sein Schwingungs- Verhinderungsverhalten war schlechter als das der erfindungsgemäßen Artikel b&sub4; und c&sub4;.
Demgegenüber war die Knick-(Oberflächen)-Spannung der erfindungsgemäßen Artikel b&sub2; und c&sub2; größer als die Auslegungs- Knick(Oberflächen)-Spannung und ihre vertikalen Federkonstanten waren ebenfalls groß und damit auch ihr Schwingungs-Verhinderungsverhalten. Durch das vierte vergleichende Beispiel wurde bestätigt, daß die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgelegten elastischen Verbund- Lagerblöcke ohne visco-elastischen oder plastischen Körper 5 in ihrem zylindrischen hohlen Teil 4 gemäß Fig. 1(a) stabil sind gegen Schwankungen der Vertikallast und in ihrem Verhalten zur Unterdrückung vertikaler Schwingungen hervorragend sind.
Zusätzlich wird nachstehend die Definition der Breite W der steifen Platte 1 im Falle der Fig. 4 (a) bis (k) beschrieben:
(a) Wenn die steife Platte kreisförmig ist (massiv), ist:
W = Do / 2.
(b) Wenn die steife Platte kreisförmig ist (hohl), ist:
W = (DO - D&sub1;) / 2.
(c) Wenn die steife Platte quadratisch ist (massiv), ist:
W = aO / 2.
(d) Wenn die steife Platte quadratisch ist (hohl). ist:
W = (aO-ai) / 2
(e) Wenn die steife Platte rechteckig ist (massiv), und wenn die Verformungsrichtung in Richtung der längeren Seite des Rechtecks wie in (1) gezeigt, ist:
W = bo / 2>
und wenn die Verformungsrichtung in Richtung der kürzeren Seite des Rechtecks ist, wie in (2) gezeigt oder jeder anderen Richtung ist
W = aO / 2.
(f) Wenn die steife Platte rechteckig ist (hohl) ist, und wenn die Verformungsrichtung in Richtung der längeren Seite des Rechtecks ist, wie in (1) dargestellt ist:
W = bO - b&sub1;) / 2
und wenn die Verformungsrichtung in Richtung der kürzeren Seite des Rechtecks ist, wie in (2) dargestellt oder jeder anderen Richtung ist, ist:
W = (aO - aI) / 2.
(g) Wenn die steife Platte ein regelmäßiges Polygon ist (2n + 2 seitig), n = natürliche Zahl, ist W durch die gerade Linie 1 bestimmt, die wie dargestellt gegenüberliegende Seiten verbindet:
Bei massiver Platte, W aO /2
Bei hohler Platte W = (aO - aI) / 2
(h Wenn die steife Platte ein regelmäßiges Polygon ist (2 n + 1 seitig),
n = natürliche Zahl, ist W durch die Senkrechte 1 durch den gegenüberliegenden Winkel zur gegenüberliegenden Seite bestimmt, wie dargestellt
Bei massiver Platte W = ao / 2
Bei hohler Platte W = ao - aI = W'.
(i) Wenn die steife Platte elyptisch ist, wenn die Verformungsrichtung in Richtung der längeren Seite der Elypse ist, wie bei (1) dargestellt,
wenn die Platte massi, ist: W = bO / 2 und
wenn die Platte hohl ist: W = (bO - bI) / 2 und
wenn die Verformungsrichtung in Richtung der kürzeren Seite der Elypse wie bei (2) dargestellt oder jeder anderen Richtung ist:
bei massiver Platte W = aO / 2 und
bei hohler Platte W = (aO - aI) / 2
j) Wenn die steife Platte mehrere zylindrische hohle Teile besitzt, gilt definitionsgemäß die Annahme, daß keine zylindrischen hohlen Teile vorhanden sind. Wenn jedoch ein zylindrischer hohler Teil im geometrischen Center angeordnet ist, wird dieser zylindrische hohle Teil alleine in Rechnung gestellt.
(k) Wenn in eine steifen Platte irgend einer Form ein hohler Teil enthalten ist, ist der minimale Wert der Breite W wie dargestellt definiert. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, einen optimalen elastischen Verbund-Lagerblock einer geeigneten Form auszulegen, der, wenn er zwischen einer Unterkosntruktion z.B. einem Fundament oder einer Betonplatte oder eine Oberkonstruktion z.B. einem Gebäude oder eine Decke angeordnet ist, stabil ist gegen Schwankungen der verschiedenartigsten Arten vertikaler Schwingungen, wie z.B. Erdbeben, mechanische Schwingungen, Verkehrsvibrationen, etc..
Daher haben elastische Verbund-Lagerblöcke, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgelegt sind, ein excellentes Betriebsverhalten einschließlich einer hohen Dämpfung und einer hohen Knick-Spannung und sind daher hervorragend als Erdbebenschutz und als Schwingungsreduktions-Maßnahmen zum Schutz von Gebäuden, verfahrenstechnischen Vorrichtungen und kunsthandwerklichen Geräten geeignet.

Claims

1. Elastischer Verbund-Lagerblock und Verfahren zur Auslegung von elastischen Verbund-Lagerblöcken bestehend aus steifen Platten (1) und elastischen, gummiartigen Platten (2), die alternierend aufeinander geschichtet sind, um einen laminaren Verbund (3) zu bilden, mit einem zentral darin angeordneten sich vertikal erstreckenden hohlen Teil (4), wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch die Schritte: Messung der Knicklasten einiger elastischer Verbund-Lagerblöcke mit unterschiedlichen äußeren und inneren Dimensionen der steifen Platten mittels Grenzlast- oder Scher-Tests; Ermittlung der Knick-(Oberflächen)-Spannung durch Division der Knicklast durch die Druckaufnahmefläche; Zeichnung einer Näherungskurve, des Verhältnisses von (Knick-(Oberflächen)-Spannung / sekundärer Formkoeffizient] zu (steife Plattenbreite / Auslegungsverschiebung] in einem X-Y Koordinatensystem, unter Verwendung der individuellen Knick-(Oberflächen)-Spannungen und der sekundären Formkoeffizienten der elastischen Verbund-Lagerblöcke, der steifen Plattenbreite und der Auslegungsverschiebung, die benutzt wurden, um die Knick-(Oberflächen)-Spannung zu ermitteln; Ermittlung des Schnittpunktes zwischen der oben genannten Näherungskurve mit einer geraden Linie parallel zur Achse [Breite der steifen Platten / Auslegungsverschiebung] durch einen Wert ermittelt durch Division der erforderlichen Knick-(Oberflächen)-Spannung des zu fertigenden elastischen Verbund-Lagerblockes durch den sekundären Formkoeffizienten des vorgesehenen elastischen Verbund-Lagerblockes; und durch Ermittlung der maximalen internen Dimension der steifen Platten (1) aus ihrer äußeren Dimension durch Verwendung der minimalen Breite der steifen Plattenbreite (1), die durch Multiplikation des Wertes aus [steife Plattenbreite 1 Auslegungsverschiebung] des obengenannten Schnittpunktes mit der Auslegungsverschiebung.

2. Elastischer Verbund-Lagerblock nach Anspruch 1 bestehend aus steifen Platten (1) und elastischen, gummiartigen Platten (2), die alternierend aufeinander geschichtet sind, um einen laminaren Verbund (3) zu bilden, mit einem zentral darin angeordneten sich vertikal erstreckenden hohlen Teil (4), dadurch gekennzeichnet, daß die innere Dimension der steifen Platten (1) aus der äußeren Dimension der steifen Platten (1) so abgeleitet wird, daß die Breite der steifen Platten (1) in einem Bereich liegt, der die Bedingung erfüllt:

B/S≤A&sub4;+A&sub2;[(W/X&sub0;)+B&sub1;]-0,5+A&sub3;(W/X&sub0;)

B/S≥A&sub5;+A&sub2;[(W/X&sub0;)+B&sub2;]-0,5+A&sub3;(W/X&sub0;)

(wobei A&sub2;, A&sub3;, A&sub4;, A&sub5;,B&sub1;,B&sub2; Konstanten sind)

B/S≥ s/S

0< W≤Do/2

dabei sind: W die Breite der steifen Platten (1), S der sekundäre Formkoeffizient, alo die Standard-(Oberfiächen)-Spannung, X&sub0; die Auslegungsverschiebung, A der Sicherheitsfaktor, B die Knick-(Oberflächen)- Spannung, s die Auslegungs-Knick (Oberflächen)-Spannung, und Do die äußere Dimension der steifen Platten (1).

3. Elastischer Verbund-Lagerblock nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß ein visco elastischer Körper oder ein plastischer Körper (5) in dem hohlen Teil (4) angeordnet ist.