VERGELIJKING TUSSEN POT- EN SFERISCHE OPLEGGINGEN

12
POT- EN SFERISCHE OPLEGGINGEN VERGELIJKING TUSSEN

Transcript of VERGELIJKING TUSSEN POT- EN SFERISCHE OPLEGGINGEN

POT- EN SFERISCHE OPLEGGINGENVERGELIJKING TUSSEN

02 [www.emergo.be ]

Potopleggingen bestaan uit een stalen cilinder (de ‘pot’) gevuld met een niet gefretteerd elastomeerkussen waarin een zuiger past. Het elastomeerkussen is volledig ingesloten en voorzien van een speciaal ontworpen dichting zodat zettingen door de verticale belasting worden vermeden. Er zijn echter al problemen vastgesteld ter hoogte van deze dichting omwille van een slecht ontwerp.

De rotatie is mogelijk door de elastische vervorming van het rubber. Een glijsysteem kan verplaatsing toelaten in één of twee richtingen of er kunnen blokkeringen voorzien worden die voor een vaste oplegging zorgen. Bij eenzijdig beweegbare opleggingen wordt de geleiding volledig gebout.

Potopleggingen kunnen grote lasten dragen zonder zetting. De rotatiemogelijkheden zijn echter beperkt. Door de weerstand van het rubber ontstaan bovendien parasitaire krachten in de brugconstructie of de onderbouw (pijlers / landhoofd).

In Duitsland worden deze opleggingen niet meer gebruikt door de slechtere eigenschappen in vergelijking met de technische en economische betere sferische opleggingen. Het rubber gebruikt in de potoplegging kan onder hoge (excentrische) druk, bij bepaalde temperaturen en na een bepaalde levensduur zeer nadelige effecten vertonen voor de functionaliteit van deze oplegging (cfr. Figuur 2).

Als aanvulling op deze problemen wordt er een mail toegevoegd van D.B. (Deutsche Bundesbahn) aan Dr.-Ing. Braun. (zie p. 11)

POTOPLEGGINGEN

Fig. 1: Potoplegging

Fig. 2: Enkele voorbeelden van het technisch en functioneel falen bij potopleggingen.

03

Sferische opleggingen (ook bolvormige opleggingen genoemd of kalottenlager in het Duits) bestaan uit twee sferische oppervlakken die over elkaar kunnen glijden. Het onderste oppervlak is bekleed met PTFE en het bovenste met gepolijst roestvast staal.

Zowel rotatie als verplaatsing worden mogelijk gemaakt door het glijden van het hard verchroomde stalen bolsegment op het PTFE.

Daardoor hebben sferische opleggingen een zeer lage weerstand tegen rotatie en torsie. In tegenstelling tot potopleggingen zijn bij sferische opleggingen parasitaire krachten onbestaand en is de rotatie quasi onbeperkt! Deze opleggingen zijn conform aan EN 1337-7.

Maurer heeft het in sferische opleggingen gebruikte PTFE en het stalen hard verchroomde bolsegment vervangen door het eigen ontwikkelde MSM® en MSA® (conform aan de Europees Technische Goedkeuring, ETA 06/0131). Zoals verder zal blijken hebben beide superieure eigenschappen in vergelijking met de standaard gebruikte materialen.

Sferische opleggingen met MSM® zijn bijzonder geschikt voor meerdere soorten bruggen, bij zeer grote verticale krachten, wanneer de gevraagde rotatie groot is en wanneer de verplaatsingen snel moeten kunnen optreden.

Deze opleggingen kunnen dus toegepast worden bij onder andere spoorwegbruggen, hogesnelheidslijnen, wegbruggen met grote overspanning, bruggen met grote verticale en horizontale krachten , zoals kabelbruggen,…

Bij eenzijdig beweegbare sferische opleggingen gebeurt de geleiding door het uitfrezen van de glijplaat. Deze sferische oplegging kan ook gebruikt worden als trek-druk oplegging, waar dus ook negatieve trekkrachten intern kunnen opgevangen worden.

SFERISCHE OPLEGGINGEN

Fig. 3: SFERISCHE OPLEGGING

04 [www.emergo.be ]

In sferische opleggingen met MSM® is het klassieke PTFE vervangen door het su-perieure MSM® (MAURER Sliding Material). De drukweerstand is dubbel zo groot als die van PTFE. Daardoor kunnen de afmetingen worden beperkt en zijn sferische opleggingen met MSM® vaak goedkoper dan de klassieke bolvormige opleggingen met PTFE. Door die kleinere afmetingen ontstaat een grotere ontwerpvrijheid en worden slankere constructies mogelijk met opnieuw besparingen op materiaalkosten.

Daar deze opleggingen kleinere afmetingen hebben, zal er een hogere contactdruk optreden op de onder- en boven bouw. Bij nieuwe kunstwerken kan hier simpel rekening mee gehouden worden door te kiezen voor een geschikte staalkwaliteit en beton met een hoge sterkteklasse (vb: C35/45).

Bij bestaande kunstwerken kan gebruik gemaakt worden van stalen verdeelplaten, grouting met hoge sterkte of het bijplaatsen van speciale wapening om de hogere contactdruk en de lagere bestaande betonkwaliteit te compenseren.

Vervolgens is dit materiaal bestand tegen temperaturen tot 70°C, terwijl PTFE reeds beperkingen heeft bij tempera-turen hoger dan 30°C.

De weerstand tegen slijtage is veel groter dan bij PTFE zodat de levensduur ook aanzienlijk toeneemt (40 keer deze van PTFE). Hierdoor wordt een veel lagere onderhoudskost bekomen. Er wordt aangenomen dat de levensduur van sferische oplegtoestellen minstens 50 jaar bedraagt, wat gelijkstaat met de levensduur van het kunstwerk zelf. Bovendien blijven deze superieure eigenschappen gelden bij zeer lage temperaturen. Dit MSM® is conform aan de Europees Technische Goedkeuring, ETA 06/0131.

In de onderstaande figuur (Fig. 4) wordt de langere levensduur weergegeven in functie van de totale geteste glij-afstand en de wrijvingscoëfficiënt. De wrijvingscoëfficiënten van MSM® blijven onder de in EN 1337-2 gedefinieerde limieten voor PTFE. Pas na een gecumuleerde afgelegde afstand van 50 km wordt de voor PTFE relevante waarde (na 10km) overschreden. Men kan hier zien dat PTFE het bij verschillende temperaturen steeds veel sneller begeeft in vergelijking tot MSM® In deze test is de geaccumuleerde glijdende verplaatsing uitgevoerd bij kamertemperatuur en met een gemiddelde contactdruk van 60 N/mm2 alsmede een constante glijsnelheid van 15 mm/s (het PTFE

is beproefd volgens EN 1337-2 met een contactdruk van 30 N/mm2 en een glij-snelheid van 2 mm/s).

Als aanvulling op bovenstaande grafiek, wordt er in Fig. 5 (zie volgende pagina) vergeleken hoe het MSM® materiaal en PTFE er uit ziet na boven-staande testen.

MSM® Maurer Sliding Material

Fig. 4: MSM® materiaal bij lange termijn testen

05

Fig. 5: Links ziet u het MSM® na afloop van de 50km test. Er zijn kleine krassen waar te nemen, maar geen slijtage. Rechts ziet u het PTFE na afloop van de 10km test. Hier is duidelijke slijtage en aantasting van het materiaal waar te nemen.

Fig. 6: Een doorsnede van een sferische oplegging met MSM® (zwart) in combinatie met de calotte (sfeer) uit MSA®

06 [www.emergo.be ]

Dit is de laatste innovatie van Maurer om de corrosie aan de binnenkant van een sferische oplegging tegen te gaan. De sfeer (ook calotte genoemd) is het gedeelte binnenin de oplegging die rotatie mogelijk maakt. In combinatie met het hierboven reeds besproken MSM® maakt dit MSA® een gegarandeerde levensduur (en dus onderhoudsvrij) van de sferische oplegging van 50 jaar waar. Er kan ook geen corrosie optreden binnenin de oplegging (zelfs niet in de meest agressieve omgevingen) en de wrijvingscoëfficiënt tussen de beide materialen bedraagt minder dan 1% bij omgevingstemperatuur.

MSA® Maurer Sliding Alloy

Fig. 7: Calotte gemaakt uit MSA®. De glanzende kleur is het resultaat van een speciale oppervlakte behandeling.

07

Poto

pleg

ging

Sfer

isch

e op

legg

ing

met

MSM

®No

rm

Neop

reen

dich

ting

poto

pleg

ging

Het c

ruci

ale

onde

rdee

l naa

r lev

ensd

uur t

oe

bij p

otop

legg

inge

n is

de

afdi

chtin

g va

n h

et

neop

reen

kuss

en b

ij op

trede

nde

rota

ties.

De

expe

rimen

teel

bep

aald

e le

vens

duur

van

m

essi

ngaf

dich

tinge

n be

draa

gt 1

km

glijw

eg,

voor

POM

afd

icht

inge

n of

PTF

E be

draa

gt

deze

glijw

eg 2

km

. Bij

over

schr

ijdin

g va

n de

ze

glijw

eg is

de

afdi

chtin

g ve

rsle

ten.

Doo

r slijt

age

aan

de b

odem

van

de

pot,

afko

mst

ig v

an

stee

ds te

rugk

eren

de ro

tatie

s (te

ngev

olge

van

he

t ver

keer

), is

de

rota

tie b

eper

kt to

t 5 m

rad.

Bi

j gro

tere

rota

ties

zal h

ier e

en s

nelle

re s

lijtag

e op

trede

n.

Sfer

isch

e op

legg

inge

n he

bben

gee

n en

kele

af

dich

ting

nodi

g. E

r wor

dt n

amel

ijk h

etze

lfde

mat

eria

al g

ebru

ikt v

oor h

et g

lijden

en

voor

he

t rot

eren

, nam

elijk

MSM

®. M

SM®

hee

ft ee

n ex

perim

ente

el b

epaa

lde

glijw

eg v

an 5

0 km

zon

der m

erkb

are

aant

astin

gen.

Hie

rdoo

r is

de

leve

nsdu

ur v

an d

eze

ople

ggin

gen

aanz

ienl

ijk h

oger

(25

maa

l) in

ver

gelijk

ing

met

po

topl

eggi

ngen

.

“Tes

ten

uitg

evoe

rd

door

MPA

Stu

ttgar

t en

het v

erkr

ijgen

van

de

“”Eu

rope

se te

chni

sche

go

edke

urin

g -

ETA

06/1

31:

voor

sfe

risch

e La

gers

m

et M

SM®

””.

EN

133

7-2

/ EN

1337

-5”

Para

sita

ire k

rach

ten

Wan

neer

het

ela

stom

eerk

usse

n do

or d

e ro

tatie

van

het

kun

stw

erk

verv

orm

t, w

erkt

di

t als

een

vee

r en

wilt

dez

e st

eeds

teru

g na

ar z

ijn e

venw

icht

stoe

stan

d ga

an. D

eze

rota

tie w

ordt

doo

r het

ela

stom

eerk

usse

n op

geno

men

. Dit

teru

gste

lmom

ent t

reed

t op

zola

ng d

e op

legg

ing

verd

raai

d is

. De

groo

tte

van

het t

erug

stel

mom

ent i

s ee

n in

dica

tie v

oor

de s

lijtag

e va

n he

t glijd

ings

mat

eria

al in

het

ra

ndge

bied

. Het

gev

aar v

oor h

et o

ptre

den

van

de z

ogen

aam

de “k

lapp

ende

voe

g” is

bij

deze

op

legg

inge

n ex

treem

hoo

g en

moe

t in

dit g

eval

st

atic

h on

derz

ocht

wor

den

om b

esch

adig

ing

aan

het P

TFE

glijd

ings

mat

eria

al te

voo

rkom

en.

“Bij

sfer

isch

e op

legg

inge

n ko

men

gee

n pa

rasi

taire

kra

chte

n vo

or. Z

ij on

derv

inde

n bi

j rot

atie

enk

el e

en m

omen

t die

doo

r het

bo

vens

te g

lijdin

gsm

ater

iaal

opg

enom

en

zal w

orde

n. B

ij ee

n ve

rhou

ding

R/D

= 1

,3

en e

en v

ertic

aalk

rach

t van

100

00 k

N is

dit

teru

gste

lmom

ent:

M =

V x

μ x

R=

10.

000

x 0,

02 x

500

M =

1,0

*E5

Nmm

. Het

ver

schi

jnse

l van

de

“”kl

appe

nde

voeg

”” tr

eedt

bij

deze

opl

eggi

ngen

ni

et o

p. H

et w

rijvin

gsm

ater

iaal

wor

dt d

oor d

eze

rota

tie n

iet z

waa

rder

bel

ast w

at e

en la

nger

e le

vens

duur

tot g

evol

g he

eft.”

De “E

urop

ese

tech

nisc

he

goed

keur

ing

- ET

A 06

/131

voo

r sfe

risch

e La

gers

met

MSM

®”.

EN 1

337-

2 / E

N 13

37-5

08 [www.emergo.be ]

Optre

dend

e w

ijvin

gskr

acht

enDe

max

imal

e dr

uk is

bep

erkt

tot

30 N

/mm

². Hi

erm

ee w

ordt

de

resu

ltere

nde

wrij

vings

krac

ht

bepa

ald.

Voo

r PTF

E re

sulte

erd

dit i

n ee

n w

rijvin

gsco

ëffic

iënt

van

µ=

1,2/

(10+σm

), µ=

1,2/

(10+

30) =

0,0

3. D

e re

sulte

rend

e w

rijvin

gskr

acht

en m

oete

n in

de

vast

e

stru

ctuu

r opg

enom

en w

orde

n.

Met

MSM

® e

n on

der d

e to

egel

aten

dr

uk (m

ax. 6

0N/m

m²),

bek

omt m

en d

e w

rijvin

gskr

acht

en d

oor h

et to

epas

sen

van

volg

ende

form

ule:

µ=

1,6/

(15+σm

)>0,

2 en

du

s µ

= 0

,02.

Hie

rdoo

r zijn

de

horz

iont

ale

krac

ten

die

optre

den

teng

evol

ge v

an w

rijvin

g m

inst

ens

30%

kle

iner

in v

erge

lijkin

g m

et

poto

pleg

ging

en.

De “E

urop

ese

tech

nisc

he

goed

keur

ing

- ET

A 06

/131

: voo

r sfe

risch

e La

gers

met

MSM

®”.

EN 1

337-

2 / E

N 13

37-5

Leve

nsdu

urOm

bov

enge

noem

de re

dene

n za

l de

verv

angi

ng v

an p

otop

legg

inge

n na

20-

25 ja

ar

voor

zien

moe

ten

wor

den.

Door

de

hoge

slijt

vast

heid

van

MSM

® (z

owel

in

de

vlakk

e gl

ijdin

gsde

len

als

ter h

oogt

e va

n de

sfe

er) z

al d

e le

vens

duur

van

sfe

risch

e op

legg

inge

n ge

lijk g

este

ld w

orde

n aa

n de

le

vens

duur

van

het

kun

stw

erk/

brug

zel

f.

“De

“”Eu

rope

se

tech

nisc

he

goed

keur

ing

- ET

A 06

/131

:Sf

eris

che

Lage

rs m

et

MSM

®””

.

“In

spec

tiem

ogel

ijkhe

den

Daar

een

nie

t-de

stru

ctie

ve in

spec

tie v

an

het e

last

omee

rkus

sen

niet

uitv

oerb

aar i

s,

zijn

perio

disc

he in

spec

ties

niet

mog

elijk

. Al

leen

doo

r het

met

en v

an d

e kl

oven

in d

e ne

opre

en k

an e

en v

erm

oede

lijke

toes

tand

van

de

opl

eggi

ng g

emaa

kt w

orde

n. E

en s

lijtag

e vo

orsp

ellin

g is

nie

t mog

elijk

.

De to

esta

nd v

an d

e vla

kke

en g

ebog

en

glijv

lakk

en k

unne

n va

n bu

itena

f beo

orde

eld

en g

eëva

luee

rd w

orde

n. H

ierd

oor k

an e

en

duid

elijk

e an

alys

e en

een

slijt

age

voor

spel

ling

gem

aakt

wor

den.

09

Schade bij potopleggingen die kunnen vermeden worden bij het gebruik van sferische opleggingen:

SCHADEGEVAL 1:

Versleten dichting in de potwand als gevolg van overmatige verkeersbelasting (slijtage).

Door deze slijtage van de afdichting/potwand (lek) resulteert dit in corrosie ter hoogte van de pot.

SCHADEGEVAL 2:

Het vloeien van het elastomeerkussen

te wijten aan de hoge rotaties.

010 [www.emergo.be ]

pagina 1

pagina 2

Bijlage: mail van D.B. (Deutsche Bundesbahn)

aan Dr.-Ing. Braun.

011

INDUSTRIEZONE °583 // RIJKSWEG 91 // 2870 PUURS // T: +32 3 860 19 70 // [email protected]

PROJECTEN, REFERENTIES EN PRODUCTENGAMMA: WWW.EMERGO.BE

Uw partner voor bouw en industrie sinds 1950.