EP0088969B1 - Bewehrtes Elastomerlager zur Auflagerung von schweren Bauteilen, insbesondere bei Brücken - Google Patents

Bewehrtes Elastomerlager zur Auflagerung von schweren Bauteilen, insbesondere bei Brücken Download PDF

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EP0088969B1
EP0088969B1 EP83102167A EP83102167A EP0088969B1 EP 0088969 B1 EP0088969 B1 EP 0088969B1 EP 83102167 A EP83102167 A EP 83102167A EP 83102167 A EP83102167 A EP 83102167A EP 0088969 B1 EP0088969 B1 EP 0088969B1
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01D—CONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D19/00—Structural or constructional details of bridges
    • E01D19/04—Bearings; Hinges
    • E01D19/041—Elastomeric bearings
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    • E01D—CONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D19/00—Structural or constructional details of bridges
    • E01D19/04—Bearings; Hinges
    • E01D19/048—Bearings being adjustable once installed; Bearings used in incremental launching

Definitions

  • the invention relates to a reinforced elastomer bearing for supporting heavy components, in particular for bridges, the elastomer material of which is penetrated by reinforcement plates which are separated from one another by elastomer layers and are connected to them in a shear-resistant manner by vulcanization.
  • Previously known armored elastomer bearings of this type which generally serve to support heavy components, primarily for bridges, consist of a rubber-like elastic material, such as elastomer or natural rubber, which is interspersed with layers of reinforcement plates are connected to each other in a shear-resistant manner by vulcanization with the elastomer.
  • a reinforced elastomeric bearing When such a reinforced elastomeric bearing is loaded, each elastomer layer between the reinforcement plates is known to endeavor to swell out between the two adjacent reinforcement plates, but is prevented from doing so thanks to the shear-resistant connection between the reinforcement plates and the elastomer. This creates a state of compressive stress in the elastomer.
  • the invention has for its object to form an elastomeric bearing of the type mentioned in such a way that such unevenness and in particular a non-parallelism between the building surface and the foundation can be accommodated.
  • a flat capsule press which can be placed under pressure is embedded in the elastomer of the bearing between two adjacent reinforcement plates and which, in a manner known per se, consists of two sheets welded to one another at their edges via an articulated bead which, together with the beads, form a cavity which receives the pressure medium and is variable under pressure, and elastically surrounds the capsule press in the elastomer of the bearing by vulcanization.
  • liquid, oil or cement mortar is pumped under pressure into the capsule press by means of a hydraulic pump.
  • This causes the capsule press to expand and push the upper and lower halves of the reinforced elastomer bearing apart.
  • the elastomer bearing can adapt to unevenness and non-parallelism of the two contact surfaces, as described above in a) and b), so that the elastomer bearing according to the invention comes into perfect contact with the building.
  • CH-PS 439371 tilt-resistant reinforced elastomer bearing
  • CH-PS 439371 tilt-resistant reinforced elastomer bearing
  • the height adjustability is already known for steel roller bearings (DE-PS 1 036 487) and is achieved in a generally known manner by cavities filled with liquid.
  • pure plain bearings have already been proposed (FR-PS 2 118 057), which have a hollow body, the walls of which slide against one another and into which a lubricant can be injected in order to reduce the frictional resistance;
  • the hollow body is not used to lift the structure or to move tion of the elastomer part, but only the sliding process.
  • Elastic building construction bearings (DE-OS 1658939), tilting bearings for bridges (DE-PS 1160873), bridge bearings (FR-PS 1516939), hydraulic tilting bearings (DE-AS 2918781) as well as slide and deformation bearings (DE-OS 21 54630 ) already known, which are formed, for example, by a capsule press, and in some cases also have pressurizable cavities in order to cope with various movements. a. To enable height adjustments of the warehouse in question. In the elastomer bearing according to the invention, however, the capsule press by vulcanization is an integrated part of the bearing and not only brings about the height adjustability, but also forms a reinforcement similar to the reinforcement plates.
  • such a capsule press can also be pressed with liquid cement mortar as a pressure medium, the cement mortar hardening and the lifting height achieved with it remaining unchanged.
  • the capsule press is usually cemented between two sheets.
  • the elastomer bearing according to the invention is a composite body produced by vulcanization, which unites the structural elements of a reinforced elastomer bearing with a capsule press.
  • the steel sheets between the beads of the capsule press which, as already mentioned, remain without tension during normal use of the capsule press, additionally take on the function of steel reinforcement for the elastomer bearing in the elastomeric bearing according to the invention, by balancing the pressure forces in the elastomer layer absorb the required tensile forces.
  • the elastomer layer between the sheets of the capsule press and the reinforcement plates of the elastomer bearing adjacent to them is kept thinner than the elastomer layer that follows next to the outside.
  • This first relatively thin elastomer layer ensures that the tensile forces introduced into the sheets of the capsule press remain relatively low, since it is known that the tensile forces in the reinforcement plates of an elastomer bearing are proportional to the thickness of the enclosed elastomer layer.
  • the relatively small layer thickness of the first elastomer layer prevents the capsule press from inflating irregularly.
  • this thin elastomer layer ensures good guidance of the deformation of the capsule press through the first reinforcement plate of the bearing.
  • a further advantage of the elastomer bearing according to the invention is given when the reinforcement plates next to the sheets of the capsule press protrude outwardly beyond the bead of the capsule press.
  • the structure thus achieved is covered by elastomer to protect against corrosion and mechanical attacks at the edge area and over the outer reinforcement plate.
  • a liquid such as oil or water can be provided as the pressure medium for the capsule press, with which the capsule press contained in the bearing according to the invention is pressurized.
  • a liquid cement mortar is used as the pressure medium for the capsule press, it hardens after it has put the capsule press under pressure, the elastomeric bearing according to the invention then acting like a reinforced elastomeric bearing with an enclosed hard mortar core.
  • the shape of the capsule press and thus of the entire elastomer bearing according to the invention can be round, oval or even rectangular.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein bewehrtes Elastomerlager zur Auflagerung von schweren Bauteilen, insbesondere bei Brücken, dessen Elastomermaterial von durch Elastomerschichten voneinander getrennten, mit diesen durch Vulkanisation schubfest verbundenen Bewehrungsplatten durchsetzt ist.
  • Bisher bekannte derartige bewehrte Elastomerlager (DE-A-1 658 594), die im allgemeinen der Auflagerung von schweren Bauteilen, vorwiegend bei Brücken dienen, bestehen aus einem gummiartig elastischen Material, wie Elastomer- oder Naturkautschuk, das durch Bewehrungsbleche schichtweise durchsetzt ist, die mit dem Elastomer durch Vulkanisation schubfest miteinander verbunden sind. Bei Belastung eines solchen bewehrten Elastomerlagers hat jede zwischen Bewehrungsblechen befindliche Elastomerschicht bekanntlich das Bestreben, zwischen den beiden benachbarten Bewehrungsplatten herauszuquellen, wird aber dank der schubfesten Verbindung zwischen Bewehrungsplatten und dem Elastomer daran gehindert. Dadurch entsteht ein Druckspannungszustand im Elastomer. Als Reaktionskräfte entstehen in den Bewehrungsblechen Zugkräfte und in der Verbundfuge zwischen dem Elastomer und den Bewehrungsblechen Schubkräfte. Bei einer Drehbeanspruchung des Lagers entsteht ein ähnlicher Spannungszustand. Bei horizontalen Relativverschiebungen zwischen Bauwerk und Auflagerbank leisten die Bewehrungsplatten keinen Widerstand, so daß horizontale Bewegungen durch Schrägstellung des Lagers aufgenommen werden.
  • Damit ein solches Elastomerlager - wie auch Lager anderer Art - den Auflagerdruck des Bauwerkes übernehmen und in die Auflagerbank leiten kann, muß es in einwandfreiem Kontakt zur Unterfläche des Bauwerkes und zur Oberfläche der Auflagerbank stehen. Dies aber kann mit Elastomerlagern bisher bekannter Bauweise in vielen Fällen nicht gewährleistet werden. Solche typischen Fälle entstehen durch
    • a) Unebenheit der Kontaktflächen des Überbaues oder der Auflagerbank, wie Knicke, konkave oder konvexe Ausrundungen, die bei unsachgemäßem Betonieren leicht entstehen,
    • b) Unparallelität der beiden Kontaktflächen des Überbaues und der Auflagerbank, die häufig bei Überbauten aus Fertigteilen entstehen,
    • c) zu großen Abstand der beiden Kontaktflächen, der durch das Lager nicht ausgefüllt werden kann, wie beispielsweise bei Stützensenkungen an statisch unbestimmten Konstruktionen infolge ungünstiger Bodenverhältnisse.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Elastomerlager der eingangs genannten Art so auszubilden, daß solche Unebenheiten und insbesondere eine Unparallelität zwischen der Bauwerksfläche und dem Fundament aufgenommen werden können.
  • Dies gelingt bei einem solchen Elastomerlager dadurch, daß erfindungsgemäß in das Elastomer des Lagers zwischen zwei einander benachbarten Bewehrungsplatten eine unter Druck setzbare flache Kapselpresse eingebettet ist, die in an sich bekannter Weise aus zwei an ihrem Rand über jeweils einen gelenkig wirkenden Wulst miteinander verschweißten Blechen besteht, welche mit den Wulsten einen das Druckmittel aufnehmenden und unter Druck veränderlichen Hohlraum bilden, und die Kapselpresse in das Elastomer des Lagers durch Vulkanisation elastisch einfaßt.
  • Nach Einbau eines solchen erfindungsgemäß ausgebildeten Elastomerlagers wird mittels einer hydraulischen Pumpe Flüssigkeit, Öl oder Zementmörtel unter Druck in die Kapselpresse gepumpt. Die Kapselpresse weitet sich dadurch auf und drückt die obere und untere Hälfte des bewehrten Elastomerlagers auseinander. Durch die Aufweitung seiner Kapselpresse kann sich dabei das Elastomerlager Unebenheiten und Unparallelitäten der beiden Kontaktflächen, wie sie zuvor in a) und b) beschrieben sind, gut anpassen, so daß das Elastomerlager gemäß der Erfindung auf einwandfreien Kontakt zum Bauwerk gelangt.
  • Es ist zwar bereits bekannt (DE-AS 25 27 128), Topflager dadurch höhenverstellbar zu machen, daß eine Membranblase, die mit einer Druckflüssigkeit füllbar ist, unter das Druckkissen des Topflagers eingelegt wird. Auch ist schon ein Auflager wie Elastomerlager bekannt (DE-OS 3016252), bei dem eine möglichst satte, vollständige und spaltenfreie Auflage der Auflagefläche des betreffenden Bauteils auf dem Lagerkörper durch Eingabe einer Vergußmasse in den Fugenspalt erzielt wird. Vorbekannt ist ferner ein Lager für Brücken od. dgl. Bauwerke (DE-OS 1 956 294), das allseits beweglich ist und aus einem Druckkissen besteht, das die Bewegungen des Lagers wie ein mit Hilfe einer Flüssigkeit unter Druck gesetztes Kissen, d. h. durch Rollbewegungen aufnimmt. Auch gibt es bereits ein kippweiches bewehrtes Elastomerlager (CH-PS 439371), das für Verdrehungen besonders geeignet ist, jedoch keinen Hohlraum beinhaltet und daher auch keine Hubwirkung erzielen läßt. Die Höhenverstellbarkeit ist zwar bei stählernen Wälzlagern schon bekannt (DE-PS 1 036 487) und wird dabei in allgemein bekannter Weise durch mit Flüssigkeit gefüllte Hohlräume erreicht. Darüber hinaus wurden auch bereits reine Gleitlager vorgeschlagen (FR-PS 2 118 057), die einen Hohlkörper besitzen, dessen Wände aneinander glei ten und in den ein Gleitmittel injiziert werden kann, um den Reibungswiderstand herabzusetzen; hierbei dient aber der Hohlkörper weder zum Anheben des Bauwerks noch zur Bewehrung des Elastomerteils, sondern ausschließlich dem Gleitvorgang.
  • Ebenso sind elastische Hochbau-Lager (DE-OS 1658939), Kipplager für Brücken (DE-PS 1160873), Brückenlager (FR-PS 1516939), hydrauliche Kipplager (DE-AS 2918781) sowie Gleit- und Deformationslager (DE-OS 21 54630) schon bekannt, die beispielsweise durch eine Kapselpresse gebildet, teilweise auch unter Druck setzbare Hohlräume besitzen, um verschiedene Bewegungen so u. a. Höhenverstellungen des betreffenden Lagers zu ermöglichen. Bei dem Elastomerlager gemäß der Erfindung ist demgegenüber aber die Kapselpresse durch Vulkanisation ein integrierter Bestandteil des Lagers und bewirkt nicht nur die Höhenverstellbarkeit, sondern bildet gleichzeitig auch eine Bewehrung ähnlich wie die Bewehrungsplatten.
  • Bei solchen herkömmlichen, als Flachpresse ausgebildeten Kapselpressen wird als Druckmittel gewöhnlich Öl oder Wasser verwendet, mit Hilfe dessen, mittels einer Hochdruckpumpe, die Kapselpresse unter Druck gesetzt wird. Hierbei werden die beiden Bleche auseinandergepreßt, wobei deren Wulst als Gelenk wirkt. Die wirksame Druckfläche, das ist etwa die durch die Hochpunkte der Wulste umschlossene Fläche, drückt auf die Unterfläche des mit einer solchen Presse zu hebenden Bauwerkes. Bei diesem Vorgang verformt sich das Blechmaterial im Bereich der Wulste plastisch, und die Wulste bekommen Ringzugspannung, während das Blech in der durch die Wulste umschlossenen Fläche zugspannungslos bleibt, da bei der Verformung der Wulste das Blechmaterial am Rande der wirksamen Druckfläche eher gestaucht als gezogen wird. Eine solche Kapselpresse kann aber auch mit flüssigem Zementmörtel als Druckmittel verpreßt werden, wobei der Zementmörtel erhärtet und die mit ihm erzielte Hubhöhe unverändert bleibt. Zur besseren Anpassung an die Kontaktfläche des zu hebenden Bauwerkes bzw. des Fundamets wird die Kapselpresse meist zwischen zwei Blechen einzementiert.
  • Bei allem stellt das erfindungsgemäße Elastomerlager einen durch Vulkanisation hergestellten Verbundkörper dar, der die Konstruktionselemente eines bewehrten Elastomerlagers mit einer Kapselpresse vereinigt. Die zwischen den Wulsten liegenden Stahlbleche der Kapselpresse, die, wie schon erwähnt, beim normalen Gebrauch der Kapselpresse zugspannungslos bleiben, übernehmen beim elastomeren Lager gemäß der Erfindung zusätzlich die Funktion einer Stahlbewehrung für das Elastomerlager, indem sie die zum Gleichgewicht gegenüber den Druckkräften in der Elastomerschicht erforderlichen Zugkräfte aufnehmen. Bei dieser kombinierten Verwendung dieser beiden bereits bekannten Elemente, nämlich eines bewehrten Elastomerlagers einerseits und einer Kapselpresse andererseits wird letztere nicht wie sonst starr einzementiert, sondern ist elastisch im Elastomer durch Vulkanisation eingefaßt, wobei horizontale Bewegungen von dem erfindungsgemäßen Lager wie bei bisher bekannten bewehrten Elastomerlagern durch Schrägstellung aufgenommen werden. Durch den hier vorgesehenen Aufbau wird außerdem erreicht, daß die Bleche der Kapselpresse zusätzlich zur Mitwirkung als Bewehrungsblech des Elastomerlagers herangezogen werden.
  • Bei dem Elastomerlager gemäß der Erfindung ist es darüber hinaus zweckmäßig, daß die Elastomerschicht zwischen den Blechen der Kapselpresse und den ihnen benachbarten Bewehrungsplatten des Elastomerlagers dünner gehalten ist als die nach außen nächstfolgende Elastomerschicht. Diese erste relativ dünne Elastomerschicht gewährleistet, daß die in die Bleche der Kapselpresse eingeleiteten Zugkräfte verhältnismäßig gering bleiben, da bekanntermaßen die Zugkräfte in den Bewehrungsplatten eines Elastomerlagers proportional zur Dicke der eingeschlossenen Elastomerschicht stehen. Ferner wird durch die relativ geringe Schichtstärke der ersten Elastomerschicht ein unregelmäßiges Aufblähen der Kapselpresse verhindert. Außerdem gewährleistet diese dünne Elastomerschicht eine gute Führung der Verformung der Kapselpresse durch die erste Bewehrungsplatte des Lagers. Hierbei ist es schließlich auch vorteilhaft, wenn die den Blechen der Kapselpresse benachbarten Bewehrungsplatten kürzer als die jeweils nach außen nächstfolgenden Bewehrungsplatten und zweckmäßig auch kürzer als die Bleche der Kapselpresse gehalten sind.
  • Ein weiterer Vorteil des Elastomerlagers gemäß der Erfindung ist gegeben, wenn die den den Blechen der Kapselpresse benachbarten Bewehrungsplatten nach außen nächstfolgenden Bewehrungsplatten über den Randwulst der Kapselpresse hinausragen. Der so erzielte Aufbau wird zum Schutz gegen Korrosion und mechanische Angriffe am Randbereich und über die äußere Bewehrungsplatte durch Elastomer überdeckt.
  • Darüber hinaus ist es möglich, daß neben der zwischen den Blechen der Kapselpresse und den ihnen benachbarten Bewehrungsplatten vorgesehenen Elastomerschicht sowie neben der nach außen nächstfolgenden Elastomerschicht nach beiden Seiten weitere Elastomerschichten mit zwischenliegenden Bewehrungsplatten vorgesehen sind. Als Druckmittel für die Kapselpresse kann wie üblich eine Flüssigkeit wie Öl oder Wasser vorgesehen sein, mit der die im Lager gemäß der Erfindung enthaltene Kapselpresse unter Druck gesetzt wird. Wird als Druckmittel für die Kapselpresse aber ein flüssiger Zementmörtel verwendet, erhärtet dieser, nachdem er die Kapselpresse unter Druck gesetzt hat, wobei dann das elastomere Lager nach der Erfindung wie ein bewehrtes Elastomerlager mit einem eingeschlossenen harten Mörtelkern wirkt. Durch zweckmäßige Wahl des Druckes beim Injizieren der Kapselpresse kann gezielt ein gewünschter Auflagerdruck erzeugt werden und damit der Kräfteverlauf in der Konstruktion günstig gesteuert werden. Bei mehrfach auftretenden Stützensenkungen oder sonstigen Verschiebungen kann durch wiederholtes Nachpumpen korrigiert werden. In solchen Fällen empfiehlt es sich, als Injektionsflüssigkeit Öl zu verwenden.
  • Die Form der Kapselpresse und damit des gesamten Elastomerlagers gemäß der Erfindung kann rund, oval oder auch rechteckig sein.
  • In der Zeichnung sind ein Lager gemäß der Erfindung und seine es bildenden Bestandteile in beispielsweise gewählten Ausführungsformen schematisch veranschaulicht. Es zeigt
    • Fig. 1 eine Kapselpresse 1, die aus zwei Blechen 2 besteht, die an ihrem Rand über einen gelenkig wirkenden Wulst 3 verschweißt sind und mit ihm einen Hohlraum bilden, der über einen Einlaß 4 das betreffende Druckmittel aufnimmt, vor dem Füllen mit diesem Druckmittel;
    • Fig. 1 die Kapselpresse 1 gemäß Fig. 1 nach dem Füllen unter Erreichung einer Hubhöhe x;
    • Fig. 2 ein bisher bekanntes bewehrtes Elastomerlager 5 mit einer Elastomerummantelung 6, mehreren Bewehrungsplatten 7 und zwischen diesen befindlichen Elastomerschichten 8;
    • Fig. 3 ein bewehrtes Elastomerlager gemäß der Erfindung vor der Füllung seiner Kapselpresse 1, wobei das mit letzterer zusammengefaßte Elastomerlager 5 Bewehrungsplatten 7 aufweist, von denen die den Blechen 2 der Kapselpresse 1 benachbarten Bewehrungsplatten 7' kürzer als die jeweils nach außen nächstfolgende Bewehrungsplatte 7" und auch kürzer als die Bleche 2 der Kapselpresse 1 gehalten sind, und die Elastomerschicht 8' zwischen den Blechen 2 der Kapselpresse 1 und den ihnen benachbarten Bewehrungsplatten 7' dünner gehalten ist als die nach außen nächstfolgende Elastomerschicht 8";
    • Fig. 3a das Elastomerlager gemäß Fig. 3 nach Füllung;
    • Fig. 3b das Elastomerlager gemäß Fig. 3a bei Schrägstellung nach Füllung mit Zementmörtel und
    • Fig. 3c das Elastomerlager gemäß Fig. 3a bei Unparallelität der anschließenden Bauwerksflächen nach einer Füllung mit Öl.

Claims (7)

1. Bewehrtes Elastomerlager zur Auflagerung von schweren Bauteilen, insbesondere bei Brükken, dessen Elastomermaterial von durch Elastomerschichten voneinander getrennten, mit diesen durch Vulkanisation schubfest verbundenen Bewehrungsplatten durchsetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in das Elastomer (8) des Lagers (5) zwischen zwei einander benachbarten Bewehrungsplatten (7) eine unter Druck setzbare flache Kapselpresse (1) eingebettet ist, die in an sich bekannter Weise aus zwei an ihrem Rand über jeweils einen gelenkig wirkenden Wulst (3) miteinander verschweißten Blechen (2) besteht, welche mit den Wulsten (3) einen das Druckmittel aufnehmenden und unter dessen Druck veränderlichen Hohlraum bilden, und die in das Elastomer (6, 8) des Lagers (5) durch Vulkanisation elastisch eingefaßt ist.
2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elastomerschicht (8') zwischen den Blechen (2) der Kapselpresse (1) und den ihnen benachbarten Bewehrungsplatten (7') des Elastomerlagers (5) dünner gehalten ist als die nach außen nächstfolgende Elastomerschicht (8").
3. Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Blechen (2) der Kapselpresse (1) benachbarten Bewehrungsplatten (7') kürzer als die jeweils nach außen nächstfolgenden Bewehrungsplatten (7") und zweckmäßig auch kürzer als die Bleche (2) der Kapselpresse (1) gehalten sind.
4. Lager nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den den Blechen (2) der Kapselpresse (1) benachbarten Bewehrungsplatten (7') nach außen nächstfolgenden Bewehrungsplatten (7") über den Randwulst (3) der Kapselpresse (1) hinausragen.
5. Lager nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß neben der zwischen den Blechen (2) der Kapselpresse (1) und den ihnen benachbarten Bewehrungsplatten (7') vorgesehenen Elastomerschicht (8') sowie neben der nach außen nächstfolgenden Elastomerschicht (8") nach beiden Seiten weitere Elastomerschichten (8) mit zwischenliegenden Bewehrungsplatten (7) vorgesehen sind.
6. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckmittel für die Kapselpresse (1) eine Flüssigkeit wie Öl oder Wasser vorgesehen ist.
7. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckmittel für die Kapselpresse (1) ein flüssiger Zementmörtel vorgesehen ist.
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