NL8603259A - Vloeistofbuffer ter beveiliging van gebouwen tegen aardbevingen. - Google Patents

Description

Λ Ü ' H. Lenten, Sneek. -1 -

Vloeistofbuffer ter beveiliging van gebouwen tegen aardbevingen.

De uitvinding heeft betrekking op een samengestelde vloei-stofbuffer die, geplaatst onder of in een horizontale doorsnede van de fundering van gebouwen en woonhuizen, de stand-zekerheid van de zich boven de betreffende doorsnede bevin-5 dende constructie, zelfs bij zware aardbevingen kan waarborgen of tenminste kan voorkomen dat het betreffende bouwwerk bezwijkt. De keuze van de horizontale doorsnede waarin de ouffers geplaatst dienen te worden, het gewenste draagvermogen vermenigvuldigd met een bepaalde veiligheidsco’éf-10 ficient en het totaal aantal buffers is van verschillende factoren afhankelijk, zoals het totaal gewicht van het beschouwde bouwwerk, de constructie van de fundering en het energiesJsaroerend vermogen van de ondergrond.

üe Duffer volgens de vinding bestaat uit twee 15 evenwijdig boven elkaar liggende schijven, bij voorkeur ver-vaarcigd uit gietstaal, geschijden door een tronmelvormig orgaan, vervesrbigc uit vormveranderlijk materiaal, zoals net canvas versterkt rubber, ean de omtrek voorzien van een haIsvormig kanaal, uitmandend in een torusvormige uitstul-20 ping, terwijl de drie beschreven ruimtes onbelemmerd com-"uniceren na het vullen ret een bepaalde vloeistof, bij voorkeur thermische olie, waarbij na het belasten van de vloeistof buf f er de torusvormige uitstulping., gezien in dwarsdoorsnede, zal trachten da zuivere circelvorm te bena-25 deren. Om het bevestigen van de fundering aan de bovenste stalen schijf mogelijk te maken, is deze schijf voorzien van een flens, evenwijdig aan de schijf en op een bepaalde afstand hiervan bevestigd door middel van stalen schoren welke tevens dienen kunnen als versterking tegen doorbui-30 5in3 U3r' ds schijf en de flens, waarbij flens, schijf en schorsr met elkaar vereenden zijn door middel van lassen, dan u=i als uie een geheel bestaand onderdeel door middel var. gzetsn in een matrijs verkregen zijn. De flens is voorzien van cs nodige gaten voor het bevestigen van de buffers * 8 r» T ? S £» u — 35 in de fundering. Cm een soepele overgang naar de torusvor- mige uitstulping te realiseren, zijn de randen wan de schijven zodanig gewarmd en gedimensioneerd dat de uitstulping ten dele door de schijwen wordt gesteund. Het trommelwor-mig orgaan is met de gehele vlakke zijden werlijmd met, of 40 direct gewulcaniseerd op de schijwen en wel zodanig dat deze onderdelen wan de buffer onlosmakelijk met elkaar zijn werbonden. Op één of meerdere punten langs de omtrek is een ventiel of een, wan een afsluiter voorziene slang aangebracht, waardoor olie, ook in gemonteerde stand wan de 45 buffer kan worden toe- of afgewoerd. Dit maakt het mogelijk om na montage de olie in te brengen, met als woordeel dat de montage aanzienlijk wordt wereenwoudiad omdat opkrikken achterwege kan blijwen en ewentuele verzakkingen, ontstaan na een aardbewing of door andere oorzaken gecompenseerd 5q kunnen worden. Ook werwanging wordt hierdoor wergemakkelijkt.

De horizontale grondbewegingen die tijdens aardbewingen het bezwijken wan gebouwen en woonhuizen wer-oorzaken zijn, door het toepassen wan de wloei stofbuffer wolgens de winding niet in staat o^ de fundering aan te 55 stoten, omdat deze bewegingen, dankzij de halswormige ruimte tussen de randen wan de schijwen nogelijk zijn, terwijl de wormweranderlijke eigenschappen wan de toruswormige ruimte langs de omtrek wan de buffer deze bewegingen niet of nauwelijks tegenwerken. Het spreekt wanzelf dat de rii-53 mensionering wan de torus hierbij een belangrijke rol -s speelt. De afstand tussen de schijwen dient tenminste groot genoeg te zijn orr, de elasticiteit wan de torus en de hals te compenseren en om voldoende volume te creëren met het oog op de energieabsorptiecapaciteit, wat wooral bij 55 langdurig aanhoudende trillingen wan groot belang is.

Om ook bevingen, gepaard gaande met zeer grote grondbewegingen te kunnen weerstaan, rust de onderste schijf op een krans wan met wloeistof gewulde, rubber ballen, al dan niet wersterkt met textiel of anderszins, uel-70 ka op hun beurt rusten op een stalen schijf waarvan het draagwlak is wcorzien wan een loopvlak ^et geringe welving om te voorkomen dot het cp rie wloeistofbuffers rustende 8603259 ί

.V

-3- drift vertoond. Omdat de welving juist voldoende is voor het verkrijgen van een geringe centripetale werking en een 75 zekere demping, zal dit slechts een geringe invloed hebben op de verticale belastingen tijdens de beving. Ook kan de onderste schijf van de torusbuffer worden voorzien van een flens welke bevestigd kan uorden op een betonnen plaat, waarbij de betonnen plaat is voorzien van een loopvlak zo— gg als beschreven voor de draagschijf voor de ballen, met dien verstande dat de ballen zowel aan de bovenzijde als de onderzijde door een gewelfde schijf worden begrensd terwijl deze stalen schijven zijn bevestigd in betonnen platen met een storkte die voldoende is or: de te verwachten belastin-C5 gen te kunnen weerstaan en de gewelfde pisten derhalve uitsluitend dienen als loopvlak voor de met olie gevulde ballen, Op deze wijze kunnen alle grondbewegingen worden op-gevangen, afhankelijk v^n de diameter van jJe loopvlakken en de hiermede verbonden betonnen platen.

90 Het zal duidelijk zijn dat door de mogelijk heid var. her feilloos en eenvoudig aangassen van de buffer-ring aan de optredende belastingen en eventuele verzakkingen en de gering- weerstand tegen d- horizontale grondbewegingen, de mogelijkheid voor het opvangen van grote amoli-05 tudes van de aerdtrillingen en schokken, gevoegd bij het feit dot tospossing van c'e vloeistobuffer volgens de vinding wordt aangereedigd door de mogelijkheid on ook voor bestaande gebouwen de vinding op betrekkelijk eenvoudige wijze toe tenpassen, grote voordelen biedt boven reeds bestaande .jgg en taegepsste buffers omdat bij deze buffers de voordelen als or.schreven bij de vinding slechts ten dele aanwezig zijn.

De uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van een uiivoeringsvocrbeeld, met behulp van de tekening, waarin: <jrj5 Fig* Ί een doorsnede over de buffer ter plaat se var. de lijn A-n in Fig. 2 en Fig. 2 een onderaanzicht van het bovenste deel van de samengestelde buffer volgens de pijlen "P” in fig. 1, λ<ip Fig. 3 een doorsnede over de rubber ballen 8603255 m & -4- volqens de lijn B-B in Fig. 1 en Fig , 4 een doorsnede over de rubber bal.

De bovenste schijf 1 is langs de omtrek voorzien van een ópstaande rand 2 en aan de bovenzijde van een Ί ί 5 flens 3 welke met de schijf 1 is verbonden door middel van schoren 4* De onderste schijf 5 is langs de omtrek voorzien van een afronding 5 en, evenals de bovenste schijf 1 van een flens 3, verbonden met de schijf 5 door middel van schoren 4. De flenzen 3 zijn voorzien van nontagegaten 7. De zich 120 tussen de schijven 1 en 5 bevindende vlakke en met de schijven 1 en 5 onlosmakelijk verbonden circelvormige, uit vormveranderlijk materiaal VBrVQS rdigde platen 8, zijn onderling verbonden door een hals 9 en een torus 10 en uel zodanig dat platen 3, hals 5 en torus 10 één geheel met elkaar 125 zijn en tezamen het zogenaamde membraan 11 vormen, teruijl dit membraan 11 wordt gevuld met vloeistof, bij voorkeur thermische olie. Het membraan 11 is over de gehele buitenoppervlakte van de platen 8 met de binnenkant van de schijven 1 en 5 onlos-akslijk verbonden door verlijming of direc-130 te vulcanisatie. De via het ventiel 12 ingébrachte vloeistof houdt de schijven 1 en 5,op de van tevoren bepaalde onderlinge afstand en de benodigde vloeistofdruk is afhankelijk van de op de buffer uitgeoefenrfo kracht, teruijl de afstand door de via het ventiel ingebrachte hoeveelheid olie 135 geregeld kan worden. De versterking van het uit rubber vervaardigde membraan 11 door middel van canvas of andere ingelegde materialen, iszzodanig dat de optredende oliedruk kan worden weerstaan, doch met behoud van een grote mate van soepelheid, zodat de vormveranderlijkheid van de torus vol-140 doende is om de grondbewegingen binnen een bepaalde amplitude te kunnen volgen, zonder horizontale belasting van het onderste deel van de samengestelde vloeistofbuffer, namelijk de ballenkrans die in deze beschrijving uitgebrijd zal worden behandeld. In ris plaats van met inlagen versterkt rub-145 ber, kunnen'ook anders, al dan niet versterkte materialen met voor dit doel voldoende vorrnveranrierlij'^heid toegepast worden.

Het zal duidelijk zijn dat door toepassing §603250 -5- g yan ds vinding, aardbevingen geen of nagenoeg geen schade 150 kunnen veroorzaken aan gebouwen en woonhuizen, dankzij de in verticale richting dempende en in horizontale richting vormveranrierlijke en beweging toelatende eigenschappen van het met vloeistof, bij voorkeur m.et olie gevulds membraan dat als het meest essentiële onderdeel van de vinding kan 155 ι-orden aangemerkt.

Omdat het gebouw, bouwwerk of woonhuis waarvoor de vinding is toegepast als het ware rust op een vloeistofbed, is de reactiekracht op de fundering volmaakt gelijkmatig verdeeld waardoor plsstselijke piekbelastingen ISO vrijwel ónmogelijk kunnen optreden. Dc-or hst grote warmte- absorberende vermogen van het met vloeistof gevulde membraan zal zelfs tij zeer langdurige bevingen de kans op oververhitting van de vloeistof gering zijn, zeker als thermische olie als tuffervloeistcf dient. De geïduceerde· spanning in.

155 de torus is, in tegenstelling tot bekende buffersystemen, volmaakt gelijkmatig over de gehele doorsnede verdeeld, terwijl er uitsluitend -rekspanningen optreden. Pet andere woorden: De spanningen variëren wel in grootte doch niet in richting, uat de levensduur van de vloeistofbuffer ten goe- A 7Π -J , I____ j- i f o U& rsu*r. l.

Gm ook zeer grote grondbewegingen, zoals bij voorbeeld optredend bij een versnelling .gelijk aan de zwaartekracht van de grond en als grondslag dienend voor a-seisniscn ontwerpen van atcomcentrales, namelijk 36 inch, 175 ongeveer overeenkomend met negentig centimeter, te kunnen weerstaan, is aan de. onderzijde van de buffer een voorziening getroffen die hieraan beantwoord, namelijk een krans van al dan niet met inlagen versterkte rubber ballen of ballen vervaardigd uit een andere vormverenderli4ke stof 13 180 gevuld ~et vloeistof. Deze ballenkrans is in verticale richting opgesloten tussen twee vlakke nis ten met grote diameter of pieren «-elk» rijn voorzien van een gewelfd loopvlak 14, uoi-rvsn te bovensta plaat 15 is bevestigd aan 'de onderste flens u van de rorwsowf^rr en da onderste 15 op dp bodem *55 van ce bouwput rust, indien ar sprake is van een fundering cp staal cf tussen de pelen -en dp kclonpoeren is gemonteerd inc'ΐsr. er ερr-κt- is van ~underino op palen. Cmdot bij zuta — 8603250 -6- % re bevingen rekening gehouden moet worden met grondbewegingen wan negentig centimeter of meer, moet de weerstand 190 als gevolg van de rollende wrijving van de ballen 13, ver meerderd met die als gevolg van de hellingshoek van de draagvlakken 14 voldoende zijn om een zodanige demping in het vlak van de buffer te bewerkstelligen, dat de maximum verplaatsingsweg van het te beveiligen bouwwerk, gebouw of 195 woonhuis binnen de van tevoren gestelde grenzen blijft. De ballen 13 zijn voorzien van een verzonken ventiel 17, waaraan een snelsluitkoppeling 18 is gemonteerd. De uitsparing 19 is zodanig dat de snelkoppeling binnen de buitendiameter van de bal blijft. De ballen 13 worden na montage van de 200 buffer gelijktijdig onder druk gebracht, waarbij de eind-druk gelijk is aan de te verwachten druk veroorzaakt door de geuichtsbelasting van het gebouw in rust oer verticale ondersteuning, war.rbij tevens de mat" van inrirukking een aanwijzing is voer de reactiekracht van de vloeistofbuffer. 205 Het zal duidelijk zijn dat door toepas sing van de samengestelde vloeistofbuffer volgens de vinding gebouwen, woonhuizen en bouwwerken tegen vrijwel alle aardbevingen voldoende beveiligd zijn, terwijl het monteren in reeds bestaande of onder reeds bestaande funderingen 210 in vrijwel alle gevallen, zonder zeer grote kosten uitge-voerd kan worden. Hiermede kunnen niet alleen tal van mensenlevens doch ook onvoorstelbaar grote kosten voor herstel en wederopbouw worden gespaard. Indien het a-seismisch ontwerp van een bepaald gebouw zodanig is dat dit lichtere 215 schokken in de orde van grote van 6 op de schaal van Richter kan weerstaan en daarom alleen rekening gehouden dient te worden met zeer zware bevingen, kan men besluiten alleen het onderste deel van de samengestelde buffer toe te passen dus met weglating van de torusbuffer. In die gevallen uaar-220 bij men slechts lichtere bevingen verwacht kan men besluiten alleen de torusbuffer toe te passen, dus met weglating van de bü11enkransbuffer. In de meeste gevallen echter is het raadzaam om de gehele combinatie toe te passen, ook met het oog op het wcon- respectivelijk verblijfcomfort} omdat 225 ook lichtere bevingen als bedreigend ervaren worden.

8603258

Claims (8)

1. Vloeistofbuffer, ter beveiliging van gebouwen, bouwwerken en woonhuizen.tegen aardbevingen, met het kenmerk dat de bufferende werking wordt verkregen door een zich tussen twee horizontale, evenwijdig aan el-5 kaar, zich op een bepaalde onderlinge afstand bevindende schijven, gemonteerd rubber met textiel versterkt membraan, dat in verticale richting de trillingen dempt en in horizon tale richting, binnen een bepaalde amplitude onbelemmerd toestaat, waarbij door het toe- of afvoeren van de zich in IC het membraan bevindende vloeistof, bij voorkeur thermische olie, de hcagte instelbaar is, wet niet alleen een voordeel is bij de montage van de vloeistofbuffer doch ook voor het nastellen ns verzakkingen als gevolg van aardbevingen of andere oorzaken, terwijl de ?cn een of beide zijden van de 15 schijven gemonteerde, gelaste of aangegoten en van mcntage-gaten voorziene flenzen, montage onder of in een horizontale doorsnede van dn fundering tragelijk maken, met een zodanige vormgevinr aan de randen van de schijven dat deze de aar» ós cm trek var. net membraan bevindende torus gedeelte-2C lijk steunen, zodoende een geleidelijke overgang vormend naar de evenwijdige vlakke platen of schijven van het membraan,. die een zekere scheefstellino toels ten en onlosmakelijk aan de schijven zijn verbonden, net één zijde, bij voorkeur naar de onderzijde gerichte uitstulping van het 25 membraan, verantwoordelijk is voor de grote mate van flexibiliteit in het horizontale vlak, zonder dat daarbij ontoelaatbare belastingen optreden op enig onderdeel van de vloeistofbuffer volgens de vinding of op enig onderdeel van hst bouwwerk, gebouw of uoonhuisxuaervoor rie vinding wordt 30 toegepast, terwijl zeer grote grondverolaatsingen die tijdens zware bevingen kunnen optreden, binnen bepaalde grenzen cogelijk zijn door een onder 'Je ouffer aangebrachte bal-1 enk rans·, wanroi j de al dan niet versterkte rubber of kunststof pallen gevuld zijn pet vloeistof, bij voorkeur ther-35 "ische olie, e~ wei zodanig dot de maximum indrukking voldoends is voor bet oova noen van de schokken waarvoor rie 8603259 * η w **' vloeistofbuffer is ontworpen, met als bijzonderheid dat, terwille wan de centripetale werking, noodzakelijk om drift te voorkomen, het loopvlak op de platen, waartussen de bal— 40 len zich bevinden enigszins is gewelfd, waarmee tevens een extra dempende werking wordt verkregen, die tezamen met de rollende wrijving van de ballen, voldoende weerstand oplevert om een zodanige demping in het horizontale vlak te verkrijgen dat de demping voldoende is om de verplaatsing van 45 het te beveiligen bouwwerk of gebouw binnen bepaalde, bij het ontwerp vastgestelde grenzen te houden,

2. Vloeistofbuffer volgens conclusie 1, m e t het kenmerk dat, in de plaats van vloeistof een zich min of meer als vloeistof gedragende vaste stof, of een mengsel 50 van vaste en vloeibare stoffen, of een combinatie van vloeistof en gas of een combinatie van vaste stof en gas wordt toegepast vcor het vullen van het membraan en de ballen, terwijl, evenals bij de combinatie rubber/olie voor resoecti-velijk membraan en vulling en ballen en vulling, er voor ge-55 zorgd wordt dat de stoffen elkaar niet ap.ntasten,

3. Vloeistofbuffer volgens één der conclusies 1 en 2, ^ e t het kenmerk dat de uitstulping buiten de schijven bestaat uit een radiaal, symetrisch aangebrachte torus die, evenals de torus uit conclusie 1 onbelemmerd met de overice £0 ruinte van het membraan communiceert, waarbij dit orgaan het voordeel hoeft dot bij gelijkblijvende hoofdafmetingen een grotere amplitude van de trillingen en lichte bevingen kan worden opgevangen door het ontbreken van de opstaande rand aan de bovenste schijf, doch met het nadeel dat bij 65 langduriger aangehouden trillingen de centripetale werking onvoldoende zou kunnen zijn, resulterend in faseverschuiving waardoor het membraan beschadigd kan worden door het overschrijden van de barstspanning, waarbij moet worden opgemerkt dat de toepassing van ris vloeistofbuffer volgens con-7C clusie 3 voor gebouwen met een massa oer rioorsnerieoppervlak beneden een bepaalde li~iet soms de voorkeur ken verdienen boven de vloeistofbuffer volgens conclusie 1.

4. Vloeistof buff er volgens conclusie 1, n. e t het kenmerk dat iue buffers worden toeoepast zonder de 8603250 s ί η — 5» — 75 balienkransen en de hierbij behorende vlakke of gewelfde platen.

5. Vloeistofbuffer volgens één der conclusies 1 en 2, met het kenmerk dat de buffers worden toegepast zonder het bovenste deel, dat uil zeggen uitsluitend da ballenkrans 90 en de hierbij oehorende, al dan niet gewelfde platen.

6. Uloeistofbuffer volgens een der conclusies 1 en 2, m e t het k ε n r e r k dat deze worden aangewend voor het dempen, bufferen of elimineren van trillingen en schokken, anders dan die uelke worden veroorzaakt door aardbevingen. 35

7. Vloeistofbuffer volgens één der conclusies 1 tot en met 6, r e t het k ε n me r k rist de buffers onderling hydraulisch zijn gekoppeld door middel van flexibele vloei-stofleidingen, aangesloten op alle of een bepaalde groep van vloeistcfbuffers, waarbij de communicatie slechts wordt gg tegengewerkt door cs leid:ngweerstand., waarbij de aldus gekoppelde bufFBrs onder alle omstandigheden, althans wanneer het te beveiligen gebouw, bouwwerk of woonhuis in rust is, exact dezelfde druk hebben, wat voor bepaalde toepassingen een voordeel kan zijn. 35

8. Vloeistofbuffers volgens één der conclusies 1 tot en met 7, m e t het kenmerk dat het al dan niet versterkte rubber van membraan en ballen vervangen is door een al don niet versterkte kunststof met voldoende vormveranderlijke eigenschappen. 1C3 5. Vloeistofbuffer volgens één der conclusies 1 tot en net 2, r, e t het kenmerk dat de samengestelde buffers in een andere volgorde, gezien van onderen naar boven zijn gemonteerd, om beter te voldoen aan de betreffende fundering met het oog op de montagemogelijkheden of ondergrond 13E van da fundering. 1C. Vloeistofbuffer volgens één der conclusies 1 tot en met 9, r e t het kenmerk dat ballen zijn uitgevoerd ala -TCaeisve Dellen van een al dan niet veerkrachtig issteri-a.-l, gevat tussen vlakke platen, dus zonder welving, terwijl 113 de noodzskalljke centripetale ^rocht wordt geleverd door hydraulische cylinders of krachtige trek, respectivelijk o'rukveren. 8603259 ψ A -Pa ll. Vloeistofbuffer volgens conclusie 4, tr. e t het kenmerk dat de buffer uitsluitend aan de bovenzijde door een schijf uordt begrensd, terwijl de basis direct op de grond rust, waarbij de grond ter plaatse al dan niet is voorzien van een laag asfalt of een andere tussenlaag om een vlakke aanligging te realizeren, terwijl bij deze toepassing van de vloeistofbuffer volgens de vinding de torus in belaste toestand in rust, gezien over een verticale doorsnede een vrijwel zuivere circel-vorm vertoont» omdat de begrenzing als gevolg van de ópstaande rand aan één der beide schijven ontbreekt, wwsr-bij de torus, toegepast volgens deze conclusie naar boven is gericht, waarbij, als gevolg van de hydrostatische druk oe torus, gezien over de dwarsdoorsnede in een geringe mate de elipsvorm zal aannemen. Evenals dit bij de voorgaande conclusies het geval is, uordt de dempende werking verkregen door het feit dot het vclu-e van de torus door verplaatsing van de schijf verminderd en de schijf dientengevolge omhoog wordt gedrukt door toename van het volume in het trommelvorniq deel van ris vloeistofbuffer, terwijl deze dempende werking groter wordt naarmate het volume van de torus kleiner wordt, en zal met het oog hierop in het algemeen gekozen worden voor een grote in-houd van de torus en een grote diameter van de zich tussen de torus bevindende schijf. Toepassing van ris vinding volgens deze conclusie toont in een nog duidelijker mate aan dan één der voorgaande conclusies, dat het door de buffers volgens de vinding ondersteunde gebouw als het ware rust op een vloeistofbed. het is derhalve vrijwel ongevoelig voor aardschokken, temeer omdat door het kiezen van ruime bemating de druk in de torus zeer laag gehouden kan worden* in de praktijk betekent dit een druk in rustende belastingtoestand van r\ ongeveer 2 kg/cm". Gij een verticale versnelling van g=1 derhalve 4 kg/cm . Dit betekent dat de wanddikte van de torus slechts zeer gering hoeft te zijn, in de praktijk 6 a 10 milimeter, wat de vormveranderlijkheid te goede zal komen en de levensduur bevordert. 8603258