vergelijking tussen pot- en sferische opleggingen
TRANSCRIPT
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 ]
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.