DE2628276A1

DE2628276A1 - Vorrichtung zum schutz eines bauwerks gegen die wirkungen von bedeutenden waagerechten dynamischen beanspruchungen

Info

Publication number: DE2628276A1
Application number: DE19762628276
Authority: DE
Inventors: Rene Bordet; Francois Jolivet; Claude Plichon; Jean Renault
Original assignee: Electricite de France SA; Spie Batignolles SA
Current assignee: Electricite de France SA; Spie Batignolles SA
Priority date: 1975-07-01
Filing date: 1976-06-24
Publication date: 1977-01-13
Also published as: PT65282B; US4121393A; IN145684B; IT1066557B; BR7604272A; PT65282A; ES449346A1; TR19303A; DE2628276C2; JPS525917A; JPS5918500B2; GR60539B; EG14694A; CA1044264A; MX144604A; CH606655A5

Description

Patentanwälte ? R ? R '? 7 R

Dipl.-ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser-

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60 23.JlMi 1976

SPIE-BATIGHOLLES und ELB-TRICIIB DE I¹RAFCE

lour An j ou, 33, Quai National EtaKUyaemert Public

PUTOSAUX, Hauts-ae-Seine/ffrankreicIi 2, rue Louii: ,-^t

PARIS/ffranlr.- v-n.

Unser Zeichen: S 2873

Vorrichtung zum Schutz eines Bauwerks gegen die Wirkungen von bedeutenden waagerechten dynamischen Beanspruchungen.

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung z\m Schutz eines Bauwerks gegen die 7/irkungen τοη "bedeutenden waagerechten dynamischen Beanspruchungen. Sie ist insbesondere a.B· auf den Schutz von Bauwerken gegen iS-edbeben anv/endbar«,

Selbst in den Zonen verhältnismäßig schwacher Erd™ bebc-ntätigkeit unterliegen die gev/cimlichen großen Bauwerke gesetzlichen Bestimmungen, diese sind gedoch im allgemeinen so aufgestellt, daß sie einen Bolratz wahrscheinlichen und statistischen ChfiTakters gegen Erdbeben gewährleisten, Is ißt nämlich aus wirt schaft liehen Gründen unmöglich, alle Bauwerke an allen Orten gegen Erdbeben beliebiger Stärke und bei beliebiger Lage des Bauwerks in Bezug auf das Epizentrum des Erdbebens schütson zu wollen. So nimmt man la Frankreich in gewissen Gegenden a», daß ein Bauwerk Stöße oder Stoßwellen aushalten können laußj welche eine Beschleunigung von höchstens 0,2 g ergeben, was darauf hinausläuft, die Möglichkeit von Schäden in dem äußerst unwahrscheinlichen Fall zuzulassen, in welchem die meisten Paktoren, gleichseitig unter den ungünstigsten Bedingungen auftreten*

Bei gewissen Bauwerken können aber selbst geringe Schaden außerordentlich schwerwiegend sola« Dies ist insbesondere bei Anlagen der Fall, welche die Kernenergie ausnutzen, wie ζ,οΒ. Kernkraftwerke, oder bei Anlägen zur Einlagerung und Behandlung von gefährlichen oder explosiblen Stoffen. Men wendet einen Eigenschatz an, um jede Beschädig--rngsgefahr aHszu«

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scheiden, &·η· die eigentlichen gefährlichen Elemente, wie das Herz dos Kernreaktors oder der Behälter von gefährlichen Stoffen, können an sich bedeut-ende äußere Beanspruchungen aushalten. JVf* Berücksichtigung diesen JDigenschutzes zur Bestimmung der i-fcrukfcur des diesen boden;weiden Beanspruchungen ausgesetzen Baus kaim rjedoch zu einer ο3 brächtliehen Beschwerung der konn Maßnahmen uxid : rer Kosten und sogar zu mit den geöii Techniken unausführbaren Lösungen führen. So wird v.rvü häufig dazu geführt, an ihrer Basis belastete und durch wi- ;i\gtan.dsfähige Elemente versteifte Strukturen sowie Strukturen tu verwirklichen, welch© eine geringe Höhe haben oder wenigstens teilweise unterirdisch sind, obwohl die so geplanten Bauwerke schwer und massiv sind, ermöglichen sie nicht eine gute Kenntnis der Sicherheit, welche sie tatsächlich gewährleisten. Die in einem bedeutenden dynamischen Beanspruchungen ausgesetzten Bauwerk erzeugten Kräfte und Schwingungen hängen nämlich von der Art dieser äußeren Beanspruchungen, den verschiedenen Steifigkeiten der Struktur und des Bodens sowie von der EigeDämpfung der beanspruchten, sowohl der Struktur als auch dem Boden angehörexrLen Materialien ab. Nun ist aber die Kenntnis der äußeren Beanspruchungen äußerst ungenau, man kennt schlecht das plastische Verhalten der durch den Boden und die Struktur gebildeten Anordnung, und es ist unmöglich, durch Versuche in natürlicher Größe die Gültigkeit der für die Berechnungen gemachten Annahmen zu prüfen. Außerdem können die Beschleunigungen und die in den Ausrüstungen des Bauwerks induzierten Kräfte eine solche Größe annehmen, daß die Verwendung der üblichen Ausrüstungen und Materialien unmöglich wird·

Schließlich ist es in dem Fall einer Zone mit starker Erdbebenhäufiglceit und eines Bauwerks, welches eine absolute Sicherheit gegen jede, selbst leichte Beschädigung erfordert, wie z.B. ein Kernkraftwerk, der Eigenschutz des gefährlichen Elements, welcher bei beliebiger Wahrscheinlichkeit des Auftretens des stärksten Erdbebens die Sicherheit gewährleisten muß. Damit diese Sicherheit tatsächlich gewährleistet wird, muß ihr Grad mit Sicherheit bestimmt werden können. Dies ist praktisch infolge von zwei wesentlichen Ungenauigkeiten unmöglich:

- Einerseits hat der häufig heterogene, die Grundlage bildende Boden ein schlecht bekanntes dynamisches Ver-

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halten, während die gegenwärtigen Berechnungstheorien diesem eine große Bedeutung beimessen; ■ - .

- ferner sind die durch die Erdbebenwellen erzeugten Bewegungen und Beschleunigungen des Bodens von einem Erdbeben zum. andern und von einem Gelände zum andern.verschieden.

Die Erfindung bezweckt, diese Aufgabe zu lösen, indem sie gestattet, die Wirkungen der zufälligen äußeren Beanspruchungen, insbesondere die Wirkungen der von einem Erdbeben oder von nach einer Explosion auftretenden Stoßwellen herrührenden waagerechten Beschleunigungen auf einen bestimmten bekannten Grenzwert zu beschränken.

Die Vorrichtung zum Schutz eines Bauwerks gegen die Wirkungen von dynamischen, insbesondere von einem Erdbeben herrührenden Beanspruchungen enthält eine Anordnung von Reibungsstützen, welche durch sich aneinander abstützende, dem Bauwerk bzw· dem Fundamentboden angehörende Klötze gebildet werden, wobei Mittel vorgesehen sind, welche die gegenseitige Verschiebung der einander zugeordneten Klötze an ihrer gegenseitigen Anlagefläche Eiit Reibung gestatten.

Diese erf indungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der statische und dynamische Reibungskoeffizient der miteinander in Berührung stehenden Oberflächen zwischen einem Kleinstwert, welcher etwa 0,08 beträgt und mit den für das Bauwerk in Funktion seiner Verbindungen zulässigen Verschiebungen verträglich ist, und einem Höchstwert, welcher etwa 0,5 beträgt und mit der Eigenv/Merstandsschwelle des Bauwerks verträglich ist, liegt.

Unter diesen Bedingungen wird die Verschiebung der miteinander in Berührung stehenden Oberflächen der Reibungsstützen wirksam, um das Bauwerk zu schützen, sobald die Wirkungen der waagerechten Beschleunigen des Bodens auf dieses Bauwerk einen bestimmten Schwellenwert überschreiten.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Reibungsstützen durch Paare von in wenigstens einor waagerechten Ebene angeordneten ebenen Platten gebildet, wobei die Art* die Behandlung und der Oberflächenzustand der Platten so bestimmt sind, daß die gewünschten Reibungskoeffizienten in den Frenzen von 0,08 bis 0,5 liegen.

Gemäß einer noch verbesserten Ausführungsform der

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Erfindung weisen die Reibungstützen in Reine mit den Reibflachen wenigstens einen Elastomerblock auf, insbesondere einen geblätterten Block«

Ferner ist die Vorrichtung zum Schutz eines Bauwerks gegen die Wirkungen von bedeutenden dynamischen waagerechten Beanspruchungen vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, daß die Art, die Oberflächenbehandlung und das Profil der den sich einander abstützenden Klötzen angehörenden Reibflächen so beschaffen sind, daß der Reibungskoeffizient der miteinander in Berührung stehenden Flächen für zwischen etwa 0,20 und 1 m/s liegende Verschiebegeschwindigkeiten und für zwischen etwa 20 und 200 Bar liegende Sfcützdrücke praktisch konstant und zeitlich, stabil ist.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.

Fig· 1 ist ein schematischer Schnitt von Gebäuden eines durch eine erf indungsgemäße Vorrichtung geschützten Kernkraftwerks.

Fig. 2 ist eine ebenfalls schematische geschnittene Teilansicht einer Reibungsstütze.

Fig. 3 ist eine schematische Schnittansicht des eine der Reibungsplatten der erfindungsgemäßen Vorrichtung bildenden Materials·

Fig· 4 ist eine schematische Schnitfcansicht der beiden sich aneinander abstützenden Reibungsplatten der erfindungsgemäßen Vorrichtung·

Fig· 5 ist eine schaubildliche Ansicht, welche unter Wegbrechung von Teilen die Oberfläche einer der Platten gemäß einer Ausführungsabwandlung der Erfindung zeigt.

" In Fig» 1 und 2 sieht man bei 1 ein gegen die zerstörenden Wirkungen der waagerechten Komponenten von Erdbeben zu schützendes Bauwerk. Dieses Bauwerk umfasst z.B. mehrere, dem gleichen Kernkraftwerk angehörende Gebäude 1a, 1b, ic_ verschiedener Höhe und verschiedenen Gewichts. So können die Gebäude 1a. und 1c Reaktoren enthalten, während das mittlere leichte Gebäude 1b die Kernhilfsbetriebe enthält. Diese verschiedenen Gebäude werden von der gleichen Platte 2 aus Eisenbeton getragen. Der Unterbau des Bauwerks wird durch ein im Boden verankertes allgemeines Fundament 3 gebildet.

Zwischen der Platte 2 und dem Fundament 3 sind Rei-

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bungsstützen 4 angeordnet, welche (Fig, türen ^v, a abstützende, der Platte 2 bzw. dem Fuz :L-, ^t 3 su^eliüiTrtide Klötze 4a, 4b gebildet werden. *

Der obere Klotz 4a. wird duro; eine in der Platte 2 verankerte Metallplatte 6 gebildet.

Der untere Klotz 4b hat einen xuaeMi-?...,& setzten Aufbau. Er umfasst eine obere Metallplatte 7, welche eine i ~ nere Oberfläche als die Platte 6 hat und über einem Blastun j block 8 liegt, welcher gleichzeitig an der Platte 7 und dem Fun dament 3 mittels einer Platte 9 zur Verteilung der Belastung befestigt ist.

Pig. 2 zeigt bei P und S die sich aneinander abstützenden Reibflächen der Platten6 und 7, wobei die Platte 6 des Klotzes 4a die Aufgabe eines Gleitschuhs und die Platte 7 die einer Gleitfläche erfüllt, so daß der Elastomerblock hinsichtlich der Übertragung der Beschleunigungen zwischen dem Boden und dem Bauwerk mit den Reibflächen in Reihe geschaltet ist.

Zur Bestimmung der Kenngrößen der Reibungsplatten 6 und 7 berechnet man zunächst die in der Struktur des Bauwerks durch die der Lage eigentümlichen höchsten Beanspruchungen erzeugten Schwingungen, waagerechten Kräfte und Verschiebungen für veränderliche 7ferte des Reibungskoeffizienten. Man wählt als höchsten Wert des Reibungskoeffizienten den der Eigenwiderstandsschwelle der Struktur entsprechenden Wert und als kleinsten Wert den Wert, welcher zu mit den Verbindungen des Bauwerks verträglichen zulässigen Verschiebungen führt.

Die Art der Reibungsplatten 6 und 7, ihre Behandlung, ihr Oberflächenzustand, ihr Profil (ebene Oberfläche oder Anbringung von Riffelungen, Riefen oder anderen Mustern), ihr etwaiger Überzug durch synthetische Schutzprodukte sowie ihre etwaige Schmierung werden so bestimmt, daß ein der oben definierten Schwelle der waagerechten Kräfte entsprechender statischer Reibungskoeffzient erzeugt wird.

Die Lösung der obigen Aufgabe unter Ausgang von den Oben aufgestellten Regeln führt im allgemeinen zur Annahme von zwischen 0,08 und 0,5 liegenden Reibungskoeffizienten.

Die Anmelder haben ferner festgestellt, daß die Art, die Oberflächenbehandlung und das Profil der Aon Klotzen 4a bzw. 4b angehörenden, sich aneinander abstützend«: ~-3ibf "X^H

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■■"Ο —

B so beschaffen sein müssen, daß der Reibungskoeffizient der miteinander in Berührung sehenden Reibflächen P und S für zwischen etwa 0,20 und 1 m/s .„egende Verschiebungsgeschwindigkeiteo. und für zwischen etwa 20 mii 200 Bar liegende Stützdrücke praktisch konstant ist.

Diese Bedi. Mg führt dazu, im besonderen folgendi lösungen auszuscheiden

- Die Benutzung von Materialien, welche bei der . ifaung aneinander kleben oder festfressen können;

- die Benutzung von Materialien, bei welchen bei der Reibung physikalisch-chemische Umwandlungen auftreten (z.B. Korrosion oder oberflächliche Verfestigung).;

- die Benutzung von Metallen oder gesinterten Legierungen, bei welchen sich bei der Reibung pulverförmige Abfälle bilden, vrelche eine Veränderung des Reibungskoeffizienten zur Folge haben können;

- die Benutzung von flüssigen oder breiigen Schmiermitteln infolge ihrer zeitlichen !Instabilität.

Diese Einschränkungen begrenzen daher die Wahl der für die Her ate llung des Gleitschuhs des Klotzes 4a und der Gleitfläche des Klotzes 4b verwendbarenMaterialien beträchtlich.

Die Erfahrung hat insbesondere gezeigt;, daß die Platte 7 der Gleitfläche und die Platte 6 des Gleitschuhs nicht gleichzeitig aus den üblichen Metallen oder legierungen hergestellt werden können. Diese ermöglichen nämlich nicht, einen in dem Bereich 0,08 bis 0,5 liegenden Reibungskoeffizienten zu erhalten, oder haben keine genügende Festigkeit, um ständig den auf die Klötze 4a und 4b ausgeübten Stützdruck auszuhalten.

nachstehend sind genauere Bedingungen angegeben, welchen die zur Herstellung des Gleitschuhs (Platte 6 der Fig. 2) und der Gleitfläche (Platte 7) bestimmten Materialien vorzugsweise genügen müssen.

1) Der Gleitschuh (Platte 6)

Da die Oberfläche P der den Gleitschuh bildenden Platte 6 beträchtlich über die Oberfläche S der Platte 7 vorsteht, ist die Reibfläche P des Sleitschuhs sehr der Korrosion ausgesetst.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Er-

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findung weist die Platte 6 des Gleitschuhs wenigstens auf ihrer mit der Platte 7 der Gleitfläche in Berührung stehenden Oberfläche P eine Schicht eines gegen Korrosion geschützten Metalls oder einer Metallegierung auf·

Man kann so ζ·Β_# eine mit einer Schutzschicht aus Chrom oder HIcSbI überzogene Metallplatte aus Stahl benutzen.

Man kann auch eine massive Platte aus einem an sich oxydationsfesten Metall benutzen, z#B. rostfreien Martensitstahl, da gewöhnlicher rostfreier Stahl wegen seiner Neigung, siph festzufressen, wenn er mit gewissen Metallen· in Berührung steht, zu verwerfen ist.

Natürlich kann die den Gleitschuh bildende Platte 6 einen zusammengesetzten Aufbau haben, d»h· sie kann durch die Vereinigung einer die erforderlichen korrosionsfesten und mechanischen Eigenschaften aufweisenden äußeren Platte mit einer « Unterlage aus einem gewöhnlicheren Material, wie z.B. gewöhnlicher Stahl oder auch ein genügende mechanische Eigenschaften besitzender Kunststoff, hergestellt werden. Man kann insbesondere eine Unterlage aus einem Elastomer benutzen, z.B. Gummi, um eine gewisse Hachgiebigke it der Abstützung des Gleitschuhs an dem Bauwerk zu erhalten·

2) Die Gleitfläche (Platte 7)

Die Wahl des die Platte 7 der Gleitfläche bildenden Materials wird wesentlich durch die Erzielung eines zwischen O,CB und 0,5 liegenden, zeitlich stabilen Beibungskoeffizienten bei Reibung an. der Platte 6 geleitet.

Das die Platte 7 der Gleitfläche bildende Material muß natürlich wie das der Platte 6 ständig zwischen etwa 20 und 200 Bar liegende Drücke aushalten.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält dieses Material (siehe Fig· 3) wenigstens an seiner mit der Platte 6 in Berührung stehenden Oberfläche in das Material eingebettete Teilchen 10 mit Schmiereigenschaften. Diese Teilchen 10 werden vorzugsweise durch Blei, Graphit, Kadmium oder Molybdänbisulfid gebildet.

Die genannten Produkte sind für ihre Schmiereigenschaften bekannt, halten aber an sich nicht den von dem Gleitschuh 6 ausgeübten Druck aus.

Bei der Reibung (siehe Fig. 4) bilden sich Kanäle

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zwischen den in der Nähe der Oberfläche liegenden Teilchen 10 und dieser. Unter der Wirkung des Drucks sickert ein Teil der tieferliegenden Teilchen zu der Oberfläche S durch die Kanäle aus, so daß sich an der Oberfläche S eine Schmierschicht 12 bildet, welche mit der Oberfläche P der Platte 6 einen zwischen 0,08 und 0,5 liegenden Reibungskoeffizienten ergibt·

Das eigentliche Material der Platte 7 kann durch ein Metall, eine legierung oder einen Kunststoff gebildet werden, welche genügend starr sind, um ständig zwischen 20 und Bar liegende Drücke auszuhalten·

Um bei der Reibung mit dem Gleitschuh 6 eine möglichst gleichmäßige und kontinuierliche Schmierschicht 12 zu erhalten, ist es zweckmäßig, daß die Teilchen 10 des Schmiermittels in der Masse des Materials der Platte 7 so gleichmäßig und so dicht wie möglich verteilt sind.

Hierfür kann man z.B. benutzen:

- Bronze oder Blei enthaltendes Kupfer, welche in der Masse der legierung Bleiknoten enthalten;

- ein Gußeisen, welches Graphit in Lamellen- oder Kugelform enthält;

- einen mechanisch hochfesten Kunststoff, wie Polyimide, Phenoplaste oder ζ·Β. mit Graphitteilchen beladenes Phenylenpolysulfid;

- eine Eisenlegierung, ζ·Β· Gußeisen, welche eine Sulfonitrieroberflächenbehsndlung erfahren hat, welche die Oberfläche des Materials porös macht, wobei diese Oberfläche mit einer die Poren ausfüllenden Kadmiumschicht überzogen wird.

Tn allen Fällen ist es zweckmässig, die Oberfläche der Gleitfläche 7 einem vorherigen Einschleifen mit einer Platte aus dem den Gleitschuh 6 bildenden Material zu unterwerfen, um einen vollkommen stabilen Reibungskoeffizienten zu erhalten.

Dieses Einschleifen soll nämlich an der Oberfläche S der Gleitfläche 7 die !teilchen 10 des festen Schmiermittels in Form einer möglichst gleichmäßigen und kontinuierlichen Oberflächenschicht 12 verteilen.

In gewissen Fällen kann dieses Einschleifen dadurch vermieden werden, daß vorher auf die Oberfläche S der Gleitfläche 7 eine feine Schicht eines Schmiermittels, z.B. BIe!,aufgebracht wird.

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Natürlich ist es möglich, in das Material der Gleitfläche 7 ein Gemisch aus verschiedenen festen Schmiermittelteilchen einzuarbeiten, z.B. ein Gemisch aus Bleipulver und Graphit.

Bei Benutzung eines Kunststoffs mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften als Basismaterial der Platte 7 kann man in dieses zusätzliche Füllstoffe einführen, welche ζ·ΰ. durch Glas, Asbest oder Zellstoff in Form von Pulver, Fasernoder Geweben gebildet werden, oder auch Gummipulver· Diese zusätzlichen Füllstoffe ermöglichen die Einstellung der mechanischen Eigenschaften und des Reibungskoeffizienten auf die erforderlichen Werte·

Gewisse Kunststoffe, welche genügende mechanische Eigenschaften haben und für Feuchtigkeit unempfindlich sind, können ohne feste Schmiermittelteilchen für die Herstellung der Platte 7 der Gleitfläche benutzt werden. Dies trifft ζ·Β· für die Polyimide, Phenolharze, Polyester oder Phenylenpolysulfid zu.

Die Benutzung dieser Kunststoffe ohne festes Schmiermittel führt zu Reibungskoeffizienten, welche zwischen 0,08 und 0,15 liegen, d.h. in dem unteren Teil des bevorzugten Bereichs der erfindungsgemäß in Betracht gezogenen Reibungskoeffizienten.

Nachstehend sind einige bevorzugte Beispiele von Materialien angegeben:

Beispiel 1

Platte 7 aus Bleibronze (70 % Kupfer, 9 % Zinn, 20 % Blei) mit folgenden mechanischen Kenngrößen: Brinellhärte (Kugel von 10 mm Durchmesser, Belastung 50.0 kg): etwa 50·

Druckverformungsgrenze: 7 bis 8 kg/mm ·

Diese Bronze enthält gleichmäßig in der Masse verteilte Bleiknötchen mit einer mittleren Abne ssung von weniger als 400 Mikron.

Nach Aufbringung einer dünnen Bleischicht (mit einer Dicke von einigen Mikron) erhält man mit einer Platte 6 aus rostfreiem Martensitstahl einen Reibungskoeffizienten von 0,18 für zwischen 0,20 und 1 m/s liegende Verschiebungsgeschwindigkeiten und zwischen 20 und 200 Bar liegende Stützdrücke·

Beispiel 2

Platte 7 aus Guß mit lamellenfSrmigem Graphit des

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Typs A Norm ASTM.

' Nach dem Einschleifen der Oberfläche erhält

man mit einer Platte 6 aus rostfreiem Martens it stahl einen Reibungskoeffizienten von 0,14 für zwischen 0,20 und 1 m/s liegende ■Verschiebungsgeschwindigkeiten und Stützdrücke zwischen 20 und 200 Bar.

Beispiel 3

Platte 7 ems gewöhnlichem Guß, welche eine

Nitroschwefelungsbehandlung _: — ·

= erfahren hat, um die Oberfläche

porös zu machen·

Nach Aufbringung einer dünnen Kadmiumschicht (von etwa zehn Mikron), welche die oberflächlichen Poren des Gusses ausfüllt, erhält man mit einer Platte 6 aus rostfreiem Martens it stahl einen Reibungskoeffizienten von 0,18» Dieser Reibungskoeffizient bleibt bei einer Änderung der Versehiebungsgeschwindigkeit zwischen 0,20 und 1 m/s und des Stützdrucks zwischen 20 und 200 Bar praktisch konstant.

Beispiel 4

Platte 7 aus einem mit einem Phenolharz getränkten Asbestgewebe·

Man erhält mit einer Platte 6 aus gewöhnlichem rostfreiem Stahl einen Reibungskoeffizienten von 0,13· Der gemessene Reibungskoeffizient bleibt bei einer Änderung der Yerschiebungsgeschwindigkeit zwischen 0,20 und 1 m/s und des Stützdrucks zwischen 20 und 200 Bar praktisch konstant.

In gewissen Fällen ist es zweckmäßig, daß die

Oberfläche S der Platte 7 N_uten 13 aufweist, wie in Fig. 5 angegeben, oder Rillen, löcher oder dgl. Die Nuten 13 gestatten nämlich, die etwaigen Schleif abfalle aufzufangen, welche sich bei der gegenseitigen Reibung der Oberflächen S und P bilden könnten. Hierdurch wird vermieden, daß diese Abfälle eine Änderung des Reibungskoeffizienten erzeugen.

Üe in Fig· 2 angegeben, umfasst der Klotz 4b vorzugsweise einen Elastomerblock 8, welcher durch eine Anordnung von Platten aus einem Elastomer, z.B. Neopren, gebildet wird, welche miteinander durch Stahlbleche verbunden sind. Dieser Etestomerblock 8 soll dem Klotz 4b eine gewisse Nachgiebig-

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keit geben und den Ausgleich der Ungleichheiten der waagerechten Ebene oder waagerechten Ebenen und insbesondere die Schwingung der verschiedenen Punkte des Bauwerks in Phase und mit einer Frequenz ermöglichen, welche möglichst weit von den Frequenzen der durch Erdbeben im Boden erzeugten Schwingungen entfernt ist, um Besonanzerscheinungen zu verhindern·

Der erfindungsgemäße Elastomerblock 8 gestattet so, die Schwingungsfrequenz des Bauwerks auf etwa 1 Hz zurückzuführen, während die durch die Schwingung des Bodens erzeugte Frequenz im allgemeinen 4 bis 5 Hz beträgt.

Da außerdem die Punkte des Bauwerks in Phase schwingen, haben die Beschleunigungen auf den verschiedenen Stockwerken alle das gleiche Zeichen, was verhindert, daß an gewissen Stellen des Gebäudes Beschleunigungen entgegengesetzten Zeichens auftreten, welche bisweilen sehr bedeutende Scheitelwerte haben.

Der Block 8 kann z.B· eine Gesamtdicke von 10 cm haben, wobei jede Neoprenplatte eine Dicke von 12 mm haben kann·

Die Zahl und die oberfläche der Klötze 4 werden durch den größten für das Neopren zulässigen Verdichtungsgrad und durch das Interesse bestimmt, eine gle ic !mäßige Verteilung der Belastungen auf die Klötze sicherzustellen. Man sieht so (Fig· 1), daß die Zahl der Klötze 4 an der Stelle des mittleren Gebäudes 1b kleineren Gewichts geringer als bei den Bauwerken 1a, 1c ist.

Als Beispiel sei angeführt, daß in einem Sonderfall für ein Bauwerk mit einer Bodenfläche von 640 m 1000 Reibungsstützen der in Fig. 2 dargestellten Art vorgesehen wurden·

Die Verbindung zwischen dem Elastomerblock 8 und der die Gleitfläche bildenden Platte 7 muß die bei der Reibung mit der den Gleitschuh bildenden Platte 6 erzeugten waagerechten Kräfte aushalten. Diese Verbindung kann je nach der Art der verwendeten Materialien durch Kleben, Schweißen, Nieten, Verbolzen oder durch eine Verbindung mit Zapfen und Nut oder durch eine Schwalbenschwanz verbindung hergestellt werden· Eine ausgezeichnete Verbindung kann auch durch Einf ormen des Elastomers 8 in in der Platte 7 ausgebildete Nuten oder Rillen erzielt werden.

Aus der obigen Beschreibung geht also hervor, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet, die Verstärkung von Bauwerken, bei welchen die Gefahr besteht, daß sie bedeutenden

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dynamischen Beanspruchungen ausgesetzt werden, auf einen vernünftigen Wert zu beschränken. Sie gestattet insbesondere, in Zonen mit starker JSrdbebentätigkeit Gebäude herzustellen, welche einen mit Gewißheit bekannten Sicherheitsgrad erfordern, und deren Verhalten in Zonen mit geringer iärdbebentätigkeit geprüft wurde. Das so geschützte Gebäude hält von selbst die Kräfte aus, für welche es bestimmt wurde, und entgeht der Beanspruchung, wenn diese übermäßig groß wird.

Praktisch liegen die Reibungskoeffizienten der Heibungsstützen etwa zwischen den Grenzen von 0,08 bis 0,5. Für kleinere Werte, welche rollenden oder gleitenden Stützen entsprechen, z.B. von Polytetrafluoräthylen auf rostfreiem Stahl, würde nämlich die geringste Beanspruchung eine bedeutende Verschiebung ohne Energieabsorption zur Folge haben. Für höhere Werte des Reibungskoeffizienten würde man zu einer zu kräftigen Verbindung mit dem Fundament gelangen ,und die der Struktur zu gebende Eigenfestigkeit würde zu groß werden.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht noch darin, mittels einer einfachen Anpassung der Reibungsstützen" die unveränderte Benutzung einer für gegebene Erdbebenbedingungen vorgesehenen Gebäude struktur unter anderen Erdbebenbedingungen zu ermöglichen.

Die Kombination eines bewehrten, geblätterten und auf Abscherung arbeitenden Elastomerblocks in Reihe mit den Reibungsstützen verschafft außerdem, wie oben ausgeführt, wesentliche spezifische Vorteile.

Die Erfindung kann natürlich abgewandelt und

ζ·Β· in ihren Einzelheiten abgeändert oder auf Bauwerksabschnitte oder Abschnitte angewandt werden, welche nicht auf einem allgemeinen Fundament ruhen. Ebenso ist es nicht erforderlich, daß alle Reibungsstützen in der gleichen waagerechten Ebene liegen, aber alle Stützen müssen natürlich in parallelen waagerechten Ebenen liegen.

Ebenso können die gegenseitigen Stellungen des Elastomerblocks 8 und der Reibungsplatten 6 und 7 sowie die gegenseitigen Stellungen der Reibungsplatten selbst umgekehrt werden.

Der ttoriß und die Abmessungen der Reibungsplatten können beliebig gewählt werden, ohne den Rahmen der Erfin-

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dung zu verlassen.

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Claims

PATE N.!DANSPRÜCHE

Μ·) Vorrichtung zum Schutz eines Gebäudes gegen die Wirkungen von bedeutenden waagerechten dynamischen, insbesondere von einem Erdbeben herrührenden Beanspruchungen mit einer Anordnung von Reibungsstützen (4), welche durch sich aneinander abstützende, dem Bauwerk (1) bzw· dem Fundamentboden angehörende Klötze gebildet werden, wobei Mittel vorgesehen sind, welche eine gegenseitige Verschiebung der einander zugeordneten Klötze an der Fläche ihrer gegenseitigen Abstützung mit Reibung gestatten, dadurch gekennzeichnet, daß der statische und der dynamische Reibungskoeffizient der miteinander in Berührung stehenden Oberflächen (S, P) zwischen einem Kleinstwert, welcher etwa 0,08 beträgt und mit den für das Bauwerk in Funktion seiner Verbindungen zulässigen Verschiebungen verträglich ist, und einem Höchstwert, welcher etwa 0,5 beträgt und mit der Eigenwiderstandsschwelle des Bauwerks verträglich ist, liegt.

2* Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich aneinander abstützenden Klötze (4a, 4b) praktisch ebene, in wenigstens einer waagerechten Ebene angeordnete Reibflächen (S, P) besitzen·

5· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine (P) der Reibflächen merklich über die andere Reibfläche (S) übersteht, wobei eine dieser Flächen die Aufgabe einer Gleitfläche und die andere die eines Gleitschuhs erfüllt.

4· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibungsstützen in Reihe mit den Reibflächen (S, P) wenigstens einen Elastomerblock (8) aufweisen·

5· Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Elastomerblock (8) durch durch Bleche bewehrte Neoprenplatten gebildet wird und eine geblätterte Struktur

6· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Art, die Oberflächenbehandlung und das Profil der den sich aneinaader abstützenden Klötzen (4a, 4b) angehörenden Reibflächen (S, P) so gewählt sind, daß der Reibungskoeffizient der miteinander in Berührung stehen-

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den Flächen für zwischen etwa 0,20 und 1 m/s liegende Verschiebungsgeschwindigkeiten und für zwischen etwa 20 und 200 Bar liegende Stützdrücke praktisch konstant und zeitlich stabil ist.

7· Vorrichtung nach einem der .Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die eine (P) der Reibflächen wenigstens auf ihrem mit' der anderen Reibfläche (S) in Berührung stehenden Abschnitt eine Schicht eines gegen die Korrosion geschützten Metalls oder einer Metallegierung aufweist·

8· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die eine (P) der Reibflächen aus rostfreiem Martensit^stahl ist.

9· Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die eine (P) der Reibflächen aus einem mit einer Schutzschicht aus Nickel oder Chrom überzogenen Metall oder einer legierung ist·

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Reibfläche (S) aus einem Material besteht, welches ständig zwischen etwa 20 und 200 Bar liegende Brücke aushält und wenigstens an seiner mit der anderen Reibfläche (P) in Berührung stehenden Oberfläche Teilchen (10) eines festen Produkts mit Schmiereigenschaften aufweist, welche in das Material eingebettet sind und bei der Reibung mit der benachbarten Reibfläche eine einen zwischen 0,08 und 0,5 liegenden Reibungskoeffizienten gewährleistende Schmier schicht bilden.

11· Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen (10) des festen Produkts aus der Blei, Graphit, Kadmium und Molybdänbisulf id enthaltenden Gruppe ausgewählt sind.

12· Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Reibfläche (S) aus Metall, einer legierung oder einem starren Kunststoff besteht, wobei die Teilchen (10) des festen Produkts gleichmäßig in der Masse des Metalls, der legierung oder des starren Kunststoffs verteilt sind.

15· Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Reibfläche (S) aus einem Metall oder einer Legierung mit einer Oberfläche ist, welche mit dem festen Schmiermittel ausgefüllte Poren aufweist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9t dadurch gekennzeichnet, daß die andere Reibfläche (S) aus einem

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starren Kunststoff ist, welcher aus der die Polyimide, die Polyester, die Phenolharze und Phenylenpolysulfid enthaltenden Gruppe ausgewählt ist·

15· Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff außerdem durch Glas, Asbest oder Zellstoff in Form von Pulver, Pasern oder Gewebe oder durch Gummi -oder Kohlenstoff in Pulverform gebildete Killstoffe enthält.

16· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die eine — Reibfläche (S) vertiefte Abschnitte (13), wie Nuten, Rillen, Löcher oder dgl· aufweist ·

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