DE3941778C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Erdbebenlager mit einem kugel­ förmigen Kern, der zwischen zwei in einem Stahlgehäuse angeordneten Elastomerschichten gehalten ist.

Ein derartiges Dämpfungslager ist aus der DE-OS 34 08 591 bekannt. Bei diesem Lager sind aus sprödem Material, wie Beton oder Keramik, bestehende Verbindungselemente zwischen den beiden Lagerteilen vorgesehen. Bei einer Horizontalaus­ lenkung bersten diese Verbindungselemente bereits bei ge­ ringfügigen Versetzungen. Die dynamische Dämpfung ist damit relativ gering.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kompaktes Erd­ bebenlager zu schaffen, das eine weiche, progressive Dämpfung sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung gewähr­ leistet.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung, entsprechend den im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmalen, da­ durch, daß die Elastomerschichten jeweils aus einem zylindrischen Elastomerkissen mit einer der Kugel zugewandten sphärischen Aus­ nehmung bestehen, deren Radius mindestens dem zweifachen Radius der Kugel entspricht, und die Lagergehäuse über Elastomerlager gegeneinander abgestützt sind.

Durch diese Ausgestaltung ver­ mag das System bei Erdstößen vertikal und horizontal sanft aus­ zuweichen. Durch die elastomere Kugellagerung ergibt sich eine besonders weiche, progressive Dämpfung in der Waagerechten. Die Dämpfungshärte läßt sich beliebig anpassen bzw. einstellen. Dies geschieht über die Shore-Härte des elastomeren Materials, den Krümmungsradius der sphärischen Ausnehmungen in den Elastomer­ kissen und den Kugeldurchmesser.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Erdbebenlagers besteht das Elastomerlager aus einer Mehrzahl von Säulen, die schichtweise aus Elastomerscheiben und Stahl­ scheiben gebildet sind. Die Stahlscheiben gewährleisten eine hinreichende Formstabilität, während die Elastomerscheiben eine Auslenkung dämpfend zulassen. Zweckmäßigerweise sind die Lager­ hälften über Zugstangen vorgespannt, die die Säulen jeweils mittig durchgreifen.

Die beiden Lagergehäuse sind im wesentlichen gleich ausgebildet und bestehen jeweils aus einer kreisförmigen Grundplatte, einem rohrförmigen Axialflansch sowie einem um dessen Peripherie um­ laufenden Ringflansch. Der Ringflansch ist vorzugsweise in regel­ mäßigen Abständen durch radial ausgerichtete Rippen abgestützt. Es ergeben sich somit stabile Aufnahmeräume für die Elastomer­ kissen, wobei die beiden Lagerhälften über die außen umlaufenden Ringflansche miteinander verspannt werden können.

An den Grundplatten sind nach außen gerichtete Kopfbolzen be­ festigt, mit welchen sich das Lager in den angrenzenden Bauteilen verankern läßt. Die Zugstangen durchgreifen die Radialflansche und sind über Muttern spannbar, wobei zwischen der Mutter und dem Radialflansch Tellerfedern angeordnet sind.

Zwischen den Radialflanschen ist vorteilhafterweise eine die Elastomerlager umgreifende Manschette vorgesehen, die das kine­ matische System gegen eine Verschmutzung schützt. Vorteilhafter­ weise tragen die Elastomerkissen jeweils eine im Randbereich um­ laufende V-förmige Nut, deren Tiefe im wesentlichen der Tiefe der sphärischen Ausnehmung entspricht. Durch die Ausgestaltung der Nut bezüglich ihrer Breite und Tiefe läßt sich das Dämpfungs­ verhalten des Lagers weiterhin ideal anpassen.

Statt der Säulen können auch kreisringförmige Elastomerlager vor­ gesehen sein, wodurch sich die Tragkraft des Lagers steigern läßt.

Weitere zur Erfindung gehörende Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Erdbebenlagers, unter Be­ zugnahme auf die Zeichnungen. Dabei zeigt im einzelnen

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch das Erdbebenlager gemäß der Erfindung,

Fig. 2 den Aufbau eines Lagergehäuses mit eingesetztem Elastomerkissen in größerem Maßstab, als Teilschnitt,

Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch ein Elastomerlager mit der dieses durchgreifenden Zugstange, ebenfalls in größerem Maßstab, und

Fig. 4 einen maßstabreduzierten Horizontalschnitt durch das in Fig. 1 dargestellte Lager.

Das in Fig. 1 in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 versehene Erdbebenlager umfaßt ein oberes Lagergehäuse 11 sowie ein unteres Lagergehäuse 12, die im wesentlichen einen gleichen Aufbau haben. Die Grundplatte 13 bzw. 14 besteht jeweils aus einer kreisförmigen Stahlscheibe, auf deren Außen­ seiten Kopfbolzen 15 aufgeschweißt sind, über welche das Lager 10 mit den angrenzenden Bauteilen verankert wird.

Um die Peripherie der Grundplatten 13 und 14 sind rohrförmige Axialflansche 16 bzw. 17 aufgeschweißt, die einen Aufnahmeraum für jeweils ein Elastomerkissen 18 bzw. 19 bilden. Am axial inneren Ende der Flansche 16 bzw. 17 ist jeweils ein umlaufen­ der Radialflansch 20 bzw. 21 angeschweißt. Zur Erhöhung der Stabilität und Tragkraft sind in regelmäßigen Abständen Knoten­ bleche oder Rippen 22 mit dem Axialflansch 16 bzw. 17 und dem Radialflansch 20 bzw. 21 verschweißt. Hierdurch ergibt sich ein formstabiler Gehäuseaufbau. Die Zugstangen 23 sind Fig. 1 lediglich schematisch durch ihre Mittellinien angedeutet. Auch die Elastomerlager 24, deren Aufbau weiter unten noch näher er­ läutert wird, sind in Fig. 1 lediglich schematisch wiederge­ geben.

Entsprechend der Darstellung in den Fig. 1 und 2, befindet sich innerhalb des von dem Axialflansch 16 bzw. 17 eingeschlossenen Raumes jeweils ein Elastomerkissen 18 bzw. 19. Es besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen, elastomeren Körper, der eine nach innen gerichtete, zentrische, sphärische Ausnehmung 25 trägt. In dieser Ausnehmung 25 ist die Kugel 26 abgestützt. Die Kugel 26 kann aus Stahl, Aluminium, Kunstharz oder Hart­ gummi gefertigt sein.

Die beiden Elastomerkissen 18 und 19 tragen auf ihrer Innenseite jeweils eine im Randbereich umlaufende V-förmig ausgebildete Nut 27 bzw. 28. Die Tiefe der Nut 27 bzw. 28 entspricht etwa der Tiefe der Ausnehmung 25. Über Nuttiefe und -breite läßt sich der Dämpfungsbeiwert des Lagers einstellen. Gleiches gilt für den Krümmungsradius der Ausnehmung 25, wobei dieser mindestens dem zweifachen Radius der Kugel 26 entsprechen soll. Für den Dämpfungsbeiwert ist, neben der Ausgestaltung der Nut 27 bzw. 28, des Krümmungsradius der Aus­ nehmung 25 und dem Durchmesser der Kugel 26, auch die Shore- Härte des Materials der Elastomerkissen 18 bzw. 19 verant­ wortlich. Durch Abstimmung dieser Größen läßt sich das Lager an unterschiedliche Anforderungen anpassen.

Der Aufbau der Elastomerlager 24 ergibt sich aus Fig. 3. Zwischen den umlaufenden Ringflanschen 20 und 21 des oberen und unteren Lagergehäuses 11 bzw. 12 befinden sich wechselweise übereinan­ derliegende Elastomerscheiben 29 und Stahlscheiben 30, die in Fig. 3 auch als Einzelheit im Querschnitt wiedergegeben sind. Die durch die aufeinanderliegenden Scheiben 29 und 30 gebildeten Elastomerlager 24 übernehmen die Abstützung im Bereich der um­ laufenden Ringflansche 20 und 21, wobei etwa zwölf derartiger Elastomerlager 24 in gleichmäßigen Abständen vorgesehen sein können. Die Lager sind jeweils über Zugstangen 23 vorgespannt, die endseitig einen Gewindeabschnitt tragen. Auf den Gewinde­ abschnitt ist eine Mutter 31 aufgeschraubt, die sich über eine Scheibe 32 und Tellerfedern 33 am Ringflansch 21 abstützt. Die Lagerhälften können um etwa 5-15 mm vorgespannt sein.

Zum Schutz des kinematischen Systems ist eine rohrförmige Man­ schette 34 aus Edelstahlblech vorgesehen, die an der Peripherie zwischen den Ringflansch 20 und 21 umläuft.

Die vertikale Bauwerkslast wird über die Grundplatte 13, den Axialflansch 16, den Radialflansch 20, das Elastomerlager 24 mit den Scheiben 29 und 30, den Ring­ flansch 21, den Axialflansch 17 und die Grundplatte 14, die Horizontalkräfte werden über die Kopfbolzen 15 in das Fundament eingeleitet. Die relativ steifen Elastomerlager 24 mit den Tellerfedern 33 und den Zugstangen 23 sowie die Kugel 14 mit den vorgespannten Elasto­ merkissen 18 und 19 und der Manschette 34 behindern Horizontal­ schwingungen aus normaler Windbelastung. Erst bei Erdstößen weicht das System vertikal und horizontal weich aus.

Es wurde also damit ein Erdbebenlager geschaffen, das eine progressive und weiche Dämpfung sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung ermöglicht.

Es soll an dieser Stelle noch einmal ausdrücklich angegeben werden, daß es sich bei der vorangehenden Beschreibung lediglich um eine solche beispielhaften Charakters handelt und daß ver­ schiedene Abänderungen und Modifikationen möglich sind, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen. So können beispiels­ weise die Elastomerlager 24 durch ein einziges ringförmiges Lager ersetzt werden, das aus Stahlringscheiben und Elastomer­ ringscheiben schichtweise aufgebaut ist und sich zwischen den Ringflanschen 20 und 21 befindet. Es lassen sich hierdurch höhere Lasten übertragen.

Claims (11)

1. Erdbebenlager mit einem kugelförmigen Kern, der zwischen zwei in einem Stahlgehäuse angeordneten Elastomer­ schichten gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Elasto­ merschichten jeweils aus einem zylindrischen Elastomerkissen (18, 19) mit einer der Kugel (26) zugewandten sphärischen Aus­ nehmung (25) bestehen, deren Radius mindestens dem zweifachen Radius der Kugel (26) entspricht, und die Lagergehäuse (11, 12) über Elastomerlager (24) gegeneinander abgestützt sind.

2. Erdbebenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomerlager aus einer Mehrzahl von Säulen (24) besteht, die schichtweise aus Elastomerscheiben (29) und Stahlscheiben (30) gebildet sind.

3. Erdbebenlager nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerhälften (11, 12) über Zugstangen (23) vorgespannt sind, die die Säulen (24) jeweils mittig durch­ greifen.

4. Erdbebenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die beiden Lagergehäuse (11, 12) jeweils aus einer im wesentlichen kreisförmigen Grundplatte (13, 14), einem rohrförmigen Axialflansch (16, 17) sowie einem um dessen Peripherie umlaufenden radial ausgerichteten Ring­ flansch (20, 21) bestehen.

5. Erdbebenlager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringflansch (20, 21) in regelmäßigen Abständen durch radial ausgerichtete Rippen abgestützt ist.

6. Erdbebenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß an den Grundplatten (13, 14) nach außen gerichtete Kopfbolzen (15) befestigt sind.

7. Erdbebenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zugstangen (23) die Radialflansche (20, 21) durchgreifen und über Muttern (31) und sich am Radial­ flansch (21) abstützende Tellerfedern (33) spannbar sind.

8. Erdbebenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen dem Radialflansch (20, 21) eine die Elastomerlager (24) umgreifende rohrförmige Manschette (34) vorgesehen ist.

9. Erdbebenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Elastomerkissen (18, 19) jeweils eine im Randbereich umlaufende, im wesentlichen V-förmige Nut (27, 28) tragen.

10. Erdbebenlager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Nut (27, 28) im wesentlichen der Tiefe der sphärischen Aussparung (25) entspricht.

11. Erdbebenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erdbebenlager aus kreisringförmigen Elastomerscheiben und Stahlscheiben gebildet ist, die zwischen den Ringflanschen (20, 21) angeordnet sind.