NL9400302A - Inrichting voor het beschermen van bouwwerken, constructies en dergelijke tegen aardbevingen. - Google Patents

Description

Inrichting voor het beschermen van bouwwerken, constructies en dergelijke tegen aardbevingen

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het beschermen van bouwwerken, constructies en dergelijke tegen aardbevingen, voorzien van tenminste een steun met een onderdeel, een daarboven geplaatst horizontaal ten opzichte daarvan verplaatsbaar bovendeel, waarop het grootste gedeelte van het bouwwerk steunt, en een tussen het onder- en bovendeel aangebracht verplaatsingsmechanisme dat de verplaatsing tussen het onder- en bovendeel op gecontroleerde wijze mogelijk maakt, zodanig dat bij een relatieve horizontale verplaatsing tussen het onder- en bovendeel tevens een verticale verplaatsing van een van de delen wordt veroorzaakt dat door een weerstandsorgaan wordt tegengewerkt.

Aardbevingen veroorzaken op tenminste twee manieren beschadigingen aan de constructie van bouwwerken. Allereerst wekt de horizontale beweging van de grond en derhalve van de fundering van het bouwwerk ten opzichte van het bouwwerk zelf schadelijke afschuifkrachten in de constructie op. Deze afschuif krachten kunnen beton of steen doen schuren, verticale ondersteuningen doen knikken en de constructieve samenhang van het bouwwerk volledig ondermijnen.

De tweede oorzaak van beschadigingen van bouwwerken is die waarbij de ritmische beweging van de grond tijdens een aardbeving resonerende oscillaties van het bouwwerk teweeg kan brengen. Deze resonerende oscillaties verlengen en vergroten de destructieve gevolgen van de aardbeving en maken de beschadigingen aan het bouwwerk nog groter.

In de stand van de techniek zijn vele voorbeelden te vinden van beschermingsinrichtingen voor gebouwen en andere bouwwerken die ten doel hebben de gevolgen van aardbevingen te minimaliseren. Veel van deze ontwerpen zijn niet effectief omdat zij niet de beide beschreven soorten van beschadiging kunnen tegengaan. Zo zijn meerdere steunen met rubber blokken bekend, die weliswaar afschuifkrachten verminderen, doch op-slingerneigingen vertonen, waardoor in het slechtste geval de horizontale versnellingen op het bouwwerk groter zijn dan die van de bewegende grond. Ook zijn vele beschermingsinrichtingen slechts eenmaal bruikbaar en dienen zij na elke aardbeving te worden gerepareerd of vervangen, hetgeen een groot praktisch en economisch nadeel is.

Eén beschermingsinrichting die wel effectief is, is bekend uit de Amerikaanse octrooiaanvrage nr. 07/446.951 van dezelfde uitvinder. Deze inrichting, waarvan de onderhavige uitvinding uitgaat, omvat een verticaal verplaatsingsmechanis-me dat bestaat uit vier met knieën uitgevoerde benen. In de middenstand rusten de knieën van alle vier de benen tegen de verticale binnenwand van een huis. Bij een zijdelingse verplaatsing van de samengevoegde bovenste uiteinden van de benen strekken de knieën van de benen zich en wordt een veer bij het onderste uiteinde van de benen ingedrukt. Hierdoor wordt de in de verticale beweging omgezette horizontale kracht geabsorbeerd en vindt een effectieve bescherming van het ondersteunde bouwwerk plaats.

De uitvinding beoogt thans een inrichting van de in de aanhef genoemde soort te verschaffen, die verder is vereenvoudigd en goedkoper kan worden vervaardigd.

Hiertoe wordt de inrichting volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt, dat het verplaatsingsmechanisme een aantal rolvormige organen omvat, waarbij de rolvormige organen en/of het boven- en/of onderdeel zodanig zijn gevormd dat een rolbeweging van de rolvormige organen vanuit een middenstand een verticale verplaatsing van het met het weerstandsorgaan uitgevoerde deel veroorzaakt.

Door het gebruik van de rolvormige organen die een horizontale verplaatsing tussen het boven- en onderdeel mogelijk maken is in hoogterichting een zeer compacte constructie mogelijk. Ook kan de inrichting gemakkelijk voor hoge belastingen worden gedimensioneerd, zonder dat dit de kosten excessief laat stijgen of de constructie onhandelbaar groot maakt. De weerstandsorganen kunnen voor de eenvoud uit mechanische veren, zoals zeer sterke schotelveren bestaan. Door de weinige bewegende delen is de kans op defecten uiterst gering, zodat een betrouwbare werking zal worden verschaft.

Alhoewel het in principe mogelijk is als rolvormige organen kogels te benutten, verdient het volgens de uitvinding de voorkeur dat het verplaatsingsmechanisme een tussendeel omvat en de rolvormige organen uit rollen bestaan die boven en onder het tussendeel zijn aangèbracht en waarbij de rollen tussen het onder- en tussendeel in hoofdzaak loodrecht zijn geplaatst op de rollen tussen het boven- en tussendeel.

De rollen maken een hoge belastbaarheid van de inrichting mogelijk, terwijl telkens twee rollen een stabiele ondersteuning kunnen verschaffen.

De verticale verplaatsing zou kunnen worden bewerkstelligd door de rollen een ovale dwarsdoorsnede te geven, doch de meest stabiele constructie wordt verkregen indien de rolvormige organen cirkelcilindrisch zijn en het boven-, tussen- en onderdeel zijn voorzien van loopvlakken met verdiepingen waarin de betreffende rolvormige organen zijn gelegen in de middenstand.

De uitvinding zal hierna worden toegelicht aan de hand van de tekeningen, die een uitvoeringsvoorbeeld van de inrichting volgens de uitvinding weergeven.

Fig. 1 is een aanzicht van een brug die het bouwwerk vormt dat met het uitvoeringsvoorbeeld van de inrichting volgens de uitvinding is uitgevoerd.

Fig. 2 is een op grotere schaal weergegeven perspectivisch en zeer schematisch aanzicht van detail II in fig. l dat de inrichting volgens de uitvinding toont.

Fig. 3a, 3b illustreren de werking van de inrichting volgens de uitvinding.

Fig. 1 illustreert de inbouw van steunen 1 van de inrichting volgens de uitvinding in een brug 2 die in dit geval het bouwwerk vormt dat door de inrichting tegen aard-bevingsschokken wordt beschermd. Opgemerkt wordt dat de uitvinding ook toepasbaar is voor allerlei andere bouwwerken, zoals andere civiele werken en gebouwen en dergelijke en ook voor constructies, zoals hulpgeneratoren, computerapparatuur en verdere meer of minder kwetsbare voorwerpen, bijvoorbeeld grote kunstwerken. In dit geval is de inrichting op een hoog niveau van peilers 3 van de brug 2 aangebracht, zodat alleen de bovenconstructie 4 door de inrichting wordt ondersteund. Uiteraard zal het ook mogelijk zijn de steunen 1 van de inrichting onder de peilers 3 te plaatsen. Per geval kan voor de meest gunstige plaatsing worden gekozen.

Fig. 2 toont een van de steunen 1. De steun 1 is voorzien van een huis 5 met daarin een plaatvormig onderdeel 6 dat via zeer sterke veren 7, die sterk genoeg moeten zijn om in alle steunen 1 te zamen het gewicht van de bovenconstructie 4 te dragen. De steun 1 omvat voorts nog een plaatvormig bovendeel 8 en tussendeel 9. Het tussendeel 9 rust via twee evenwijdige horizontaal geplaatste cirkelcilindrische rollen 10 op het onderdeel 6, terwijl het bovendeel 8 via twee gelijksoortige rollen 11 op het tussendeel 9 rust. De rollen 10 zijn daarbij loodrecht op de rollen 11 geplaatst. De loop-of contactvlakken, waarmee het onderdeel 6, het bovendeel 8 en het tussendeel 9 met de rollen 10, 11 in contact staan, bezitten overlangse uithollingen 12 waarin de rollen 10, 11 rusten in een stabiele middenstand, zoals in fig. 2 bij de rollen 11 tussen het bovendeel 8 en het tussendeel 9 het geval is. Vanuit deze middenstand kan het tussendeel 9 in één richting in hoofdzaak horizontaal bewegen ten opzichte van het onderdeel 6 met behulp van de rollen 10 (zie fig. 2), terwijl het bovendeel 8 loodrecht daarop kan bewegen ten opzichte van het tussendeel 9 met behulp van de rollen 11. Door deze opstelling van de rollen 10, 11 kan het bovendeel 8 in elke horizontale richting bewegen ten opzichte van het onderdeel 6.

In het geval van een aardbeving zal de grond en daarmede elke peiler 3 en elk huis 5 in horizontale richting met grote versnellingen heen en weer bewegen. Door de grote massa van de met het bovendeel 8 verbonden bovenconstructie 4 van de brug 2 zal deze zich tegen versnellingen verzetten. Indien de grootte van de door de steun 1 ondersteunde massa g is, dan zal in de rolrichting van de rollen 10 of 11 een maximale kracht op de bovenconstructie 4 worden uitgeoefend tijdens de beweging van het tussendeel 9 of het bovendeel 8 van 0,04 g, aangezien aangenomen kan worden dat de rolweerstand 4% van g bedraagt. Over de diagonaal zal de horizontale kracht 0,04V2 x g bedragen.

Teneinde ervoor zorg te dragen dat de rollen 10, 11 naar een middenstand worden teruggedwongen, zijn, zoals ook in fig. 3 is te zien, de uithollingen 12 aangebracht, waarvan de bodem geleidelijk in buitenwaartse richting oploopt met een schuine hoek. Wanneer de rollen 10, 11 uit de uithollingen 12 worden gedwongen door een horizontale beweging van het onderdeel 6 of het tussendeel 9, dan moet een verticale beweging plaatsvinden tussen het onderdeel 6 en het tussendeel 9, res- pectievelijk tussen het tussendeel 9 en het bovendeel 8. Daar de bovenconstructie 4 van de brug 2 zich sterk tegen opheffen zal verzetten, zal in plaats daarvan het onderdeel 6 verticaal benedenwaarts bewegen onder het samendrukken van de onderliggende voorgespannen veren 7 (fig. 3b). In verband met de rol-weerstand tussen de rollen 10, 11 en de delen 6, 8, 9, dienen de hellingen van de uithollingen 12 tenminste 4% te bedragen om de rollen 10, 11 weer naar hun middenstand te doen terugkeren. Indien de drukspanning van de gekozen schotelveren 7 tijdens de verticale beweging van het onderdeel 6 30% toeneemt, zal de rolweerstand

g bedragen en diagonaal zal dit

g zijn. Der halve zal de versnelling van de massa van de bovenconstructie 4 onafhankelijk van de intensiteit van de aardbeving 0,0735 x g niet overschrijden, hetgeen een zeer lage waarde is die het bouwwerk uitstekend tegen beschadiging door de aardbeving beschermt. De inrichting volgens de uitvinding zal geen neiging tot opslingeren bezitten omdat de uithollingen 12 voor de rollen 10, 11 in combinatie met de veren 7 uitstekende dem-pingseigenschappen bezitten.

Uiteraard is de uiteindelijke vorm en dimensionering van de inrichting volgens de uitvinding afhankelijk van de betreffende toepassing. Ook het materiaal kan van geval tot geval verschillen, doch de rollen 10, 11 kunnen bijvoorbeeld uit hoogwaardig staal en de delen 6, 8, 9 uit gietstaal bestaan. In het weergegeven geval van een brug kan elke steun 1 een lengte en breedte van 1 m x 1 m bezitten, terwijl de hoogte ongeveer 0,5 m (afhankelijk van de veren) kan bedragen. In dit geval zou een relatieve verplaatsing van de delen 6, 8, 9 ongeveer 50 cm kunnen bedragen, terwijl de maximale belasting 250 ton per steun 1 is.

Uit het voorgaande zal duidelijk,zijn dat de uitvinding een inrichting voor het beschermen van bouwwerken tegen aardbevingen verschaft, die zeer compact is te construeren en uiterst effectief is. Voorts blinkt de inrichting uit door eenvoud. Bij minder heftige belastingen van het bouwwerk, bijvoorbeeld door verkeer, door storm of bij kleine aardbevingen, heeft de uitvinding geen negatieve invloed op de stabiliteit van het bouwwerk.

De uitvinding is niet beperkt tot het in de tekeningen weergegeven en in het voorgaande beschreven uitvoerings-voorbeeld, dat op verschillende manieren binnen het kader van de uitvinding kan worden gevarieerd. Zo is het denkbaar in plaats van rollen kogels toe te passen die direct tussen het boven- en onderdeel zijn geplaatst en in de middenstand in verdiepingen in het boven- en onderdeel liggen die in horizontale richting rotatiesymmetrisch zijn. Voorts kunnen de veren ook boven het bovendeel van de steun zijn geplaatst of zelfs inwendig van het uit twee horizontale gedeelten bestaande tus-sendeel zijn ondergebracht. De veren kunnen ook door andere mechanische, hydraulische of andersoortige veren worden vervangen .

Claims (6)

1. Inrichting voor het beschermen van bouwwerken, constructies en dergelijke tegen aardbevingen, voorzien van tenminste een steun met een onderdeel, een daarboven geplaatst horizontaal ten opzichte daarvan verplaatsbaar bovendeel, waarop het grootste gedeelte van het bouwwerk steunt, en een tussen het onder- en bovendeel aangebracht verplaatsingsmecha-nisme dat de verplaatsing tussen het onder- en bovendeel op gecontroleerde wijze mogelijk maakt, zodanig dat bij een relatieve horizontale verplaatsing tussen het onder- en bovendeel tevens een verticale verplaatsing van een van de delen wordt veroorzaakt dat door een weerstandsorgaan wordt tegengewerkt, met het kenmerk, dat het verplaatsingsmechanisme een aantal rolvormige organen omvat waarbij de rolvormige organen en/of het boven- en/of onderdeel zodanig zijn gevormd dat een rolbe-weging van de rolvormige organen vanuit een middenstand een verticale verplaatsing van het met het weerstandsorgaan uitgevoerde deel veroorzaakt.

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij het verplaatsingsmechanisme een tussendeel omvat en de rolvormige organen uit rollen bestaan die boven en onder het tussendeel zijn aangebracht en waarbij de rollen tussen het onder- en tussendeel in hoofdzaak loodrecht zijn geplaatst op de rollen tussen het boven- en tussendeel.

3. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij de rolvormige organen cirkelcilindrisch zijn en het boven-, tussen- en onderdeel zijn voorzien van loopvlakken met verdiepingen waarin de betreffende rolvormige organen zijn gelegen in de middenstand .

4. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, waarbij onder het onderdeel of boven het bovendeel veerorganen zijn aangebracht die als weerstandsorganen dienen.

5. Inrichting volgens conclusie 4, waarbij de veerorganen uit schotelveren bestaan.

6. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het boven- en onderdeel en eventueel het tussendeel plaatvormig zijn.