IT202100010421A1 - "sistema antisismico strutturale le.a.d.” (legature antisismiche dissipative) a dissipazione di energia con controventi pretensionati in acciaio agganciati ad un dissipatore elastomerico con freno ad attrito - Google Patents

Description

2) ? DESCRIZIONE DELL?INVENZIONE AVENTE PER TITOLO:

"(LIMITATORE ELASTO-ATTRITIVO ANTISISMICO DISSIPATIVO)?

Dispositivo meccanico per il controllo delle sollecitazioni sismiche trasmesse alle strutture, attraverso la limitazione degli spostamenti indotti, la dissipazione delle energie attivate ed il filtraggio delle frequenze dannose in gioco.

a) Campo di impiego della tecnica a cui l?invenzione fa riferimento

Il campo di impiego della tecnica a cui l'invenzione fa riferimento ? l'edilizia antisismica ed in particolare gli interventi di miglioramento/adeguamento di edifici di opere civili ed industriali in zona sismica ottenuti tramite la messa in opera di specifici dispositivi antisismici.

Detti interventi generalmente consistono nel dotare gli edifici e le opere civili ed industriali di opportuni elementi strutturali sismo resistenti, meglio noti come dissipatori antisismici, tra cui si colloca a pieno titolo il dispositivo ideato, che sono costituiti da controventi metallici opportunamente ancorati alle strutture portanti tramite dissipatori di vario genere, in modo da assorbire le forze orizzontali prodotte dal sisma.

Nello specifico il dispositivo denominato "(LIMITATORE ELASTO-ATTRITIVO ANTISISMICO DISSIPATIVO)? prevede una collocazione nelle maglie strutturali degli edifici o delle opere civili ed industriali, come rappresentato in Fig. 20, Fig.21, Fig. 22, Fig. 23.

L'invenzione proposta permette di realizzare su un qualsiasi edificio e /o opera civile e/o industriale, in modo agevole e rapido, controventi dissipativi in trazione.

Il sistema denominato "(LIMITATORE ELASTO-ATTRITIVO ANTISISMICO DISSIPATIVO)?, permette di intervenire in situazioni nelle quali le luci in gioco sono notevoli, e richiede necessariamente, una configurazione a croce o a vu rovesciata, Fig. 20, Fig.21, Fig.22, Fig.23, infatti i dispositivi si alterneranno, nell?assorbire le oscillazioni in un verso e nel suo opposto, sempre in opposizione di fase rispetto agli spostamenti sismici indotti.

Richiede l?adozione di tiranti con elevata costante elastica in acciaio o altri materiali, che permettono un contenimento degli ingombri delle controventature a vantaggio degli aspetti estetico e -funzionali dell?intervento.

b) Stato dell?arte

Nell?edilizia tradizionale gli interventi attualmente in uso per rendere le opere civili e/o industriali pi? idonee ad assorbire le azioni sismiche, richiedono pesanti ed invasivi interventi di tipo strutturale, che consistono nell?incamiciatura di travi e pilastri con elementi in acciaio di fibra di carbonio o di Cemento Armato.

Nelle strutture portanti in muratura si opera con betoncini armati, iniezioni di resine, incatenamenti, o rafforzando le pareti portanti con sistemi alternativi tipo CAM.

Tali interventi necessitano della messa a nudo delle strutture portanti, con la demolizione quasi totale delle opere di finitura che rappresentano all?incirca il 70% del valore dell?opera stessa.

Gli interventi tradizionali non consentono il filtraggio delle frequenze trasmesse ai fabbricati, e si limitano a proporre soluzioni esclusivamente basate sull?aumento della consistenza strutturale dei singoli elementi.

Dispositivi gi? presenti sul mercato, che affrontano il problema del miglioramento e dell?adeguamento sismico in maniera pi? mirata ed attuale sono i ?dissipatori antisismici?, tra i quali, il dispositivo ideato, con le sue peculiarit? ed originalit? consistente nella natura ibrida elastoattritiva, pu? essere collocato a pieno titolo.

I dispositivi che rappresentano allo stato attuale lo stato dell?arte sono cos? riassumibili:

Dissipatori a fluido viscoso sono costituiti da un pistone in acciaio inossidabile, all?interno di un cilindro a tenuta stagna, pieno di un fluido altamente viscoso (ad esempio olii siliconici).

I dissipatori ad attrito (o frizione), sono costituiti da due corpi soliti che scorrono l?uno sull?altro con un attrito che permette di ??frenare?? gli spostamenti della struttura.

Gli smorzatori visco-elastici, sono formati da una struttura caratterizzata da piatti in acciaio inossidabile a cui si contrappongono degli strati di materiale viscoelastico (essenzialmente di tipo polimerico). I movimenti relativi dei piatti in acciaio inox producono una deformazione da taglio sul materiale visco-elastico con conseguente dissipazione di energia.

I dissipatori isteretici, sono costituiti da materiali, che svolgono la propria funzione antisismica subendo, quando sottoposti a cicli di compressione e/o trazione, un deterioramento della propria struttura interna, generando curve di isteresi e quindi dissipazione energetica.

Tali dissipatori gi? presenti sul mercato, non sono esenti a loro volta da problematiche, esercitano la loro azione, infatti, assorbendo le spinte indotte dalle sollecitazioni sismiche, sia in trazione che in compressione.

Questo induce negli elementi di controvento problemi di instabilit? a carico di punta, risolvibili con sezioni di notevole grandezza che producono di conseguenza notevoli ingombri e rilevante invasivit? estetica e funzionale.

Sono applicabili di conseguenza solo su luci di ridotta dimensione, dimostrandosi molto appariscenti, invasivi ed antiestetici, nonch? poco economici.

Si possono applicare quindi solo su un numero limitato di opere e dove le forme architettoniche lo consentono.

c) Problemi tecnici risolti dal dispositivo ideato

Il dispositivo che si propone consente notevoli benefici ed avanzamenti allo stato dell?arte, che possono essere cos? riassunti:

a) ? di facile e veloce installazione, non richiede quindi necessariamente la demolizione delle finiture, pu? essere infatti applicato all?interno di setti murari ad intercapedine, tra le pilastrate, ed in ogni configurazione utile, riducendo al massimo l?invasivit? e di conseguenza l?onerosit? dell?intervento.

b) Esercita la propria azione solo in configurazione di trazione, pertanto, l?affidare la propria azione di controvento a componenti che esplicano tale azione solo in trazione e non anche in compressione, elimina il problema dell?instabilit? a carico di punta, consente quindi di raggiungere ragguardevoli luci, diminuendo gli ingombri e quindi l?invasivit? degli interventi.

c) L'invenzione esplica la sua funzione dissipativa dell'energia sismica, attraverso l?adozione di un sistema frenante ad attrito metallo-metallo.efficace, economico, e di facile realizzazione industriale.

d) Il dispositivo ideato, istallato, e collegato alla struttura mediante tiranti in acciaio o di altro materiale ad alta resistenza su organismi murari preesistenti (edifici in muratura, in calcestruzzo armato oppure strutture metalliche intelaiate), permette, in una grande variet? di possibili soluzioni, di conferire all'organismo strutturale, un accentuato carattere dissipativo, un notevole incremento di resistenza a forze di tipo sismico.

Forze, sollecitazioni e spostamenti, definitivamente poste sotto controllo attraverso un sistema affidabile, strutturato e scientificamente studiato.

e) Il dispositivo consente, opportunamente collocato, di correggere errori progettuali dovuti a disaccoppiamenti tra baricentro delle masse e baricentro delle rigidezze.

f) Il dispositivo, consente inoltre il filtraggio delle frequenze sismiche pi? dannose. d) Descrizione breve degli elaborati grafici

Pi? nel dettaglio, come espresso dagli allegati grafici, il dispositivo, formato da una parte fissa ancorata con apposite staffe agli elementi strutturali dell?edificio, Fig. 2 elemento 46 e da una parte mobile. Fig. 1 parti in movimento, collegata alla testa di tesatura di un tirante Fig.2 elemento 6 e indirizzata nello scorrimento da apposite guide Fig. 2 elementi 8 Le parti fisse sono indicate in verde, le parti mobili in rosso.

Il dispositivo assume tre posizioni di base:

a) Configurazione scarica, Fig.1A, posizione - 5 cm, nella quale ogni parte ? priva di sollecitazioni. Questa configurazione si raggiunge quando a seguito dell?azione del sisma viene attivato il secondo dispositivo installato sull?altra diagonale dei controventi, caricandolo, e di conseguenza scaricando il dispositivo in controfase.

b) Configurazione di precarico Fig. 1B posizione 0.00 cm in cui ? sollecitata solamente la molla metallica Fig. 4 elemento 36 con la funzione di mantenere costantemente in trazione il tirante. Tale molla ? compressa attraverso il tiraggio del tirante, serrato tramite appositi arridatoi. Questa ? la posizione di installazione del dispositivo.

c) Configurazione di carico Fig. 1C posizione 5 cm posizione di massima compressione degli elastomeri a seguito delle sollecitazioni sismiche. Compressione attivata dal carrello secondario trascinato dalla trazione del tirante sulla piastra di spinta principale che a sua volta mette in compressione gli elastomeri.

Il fulcro, di attacco del dispositivo Fig.2 elemento 46 ? posizionato in modo tale da generare nella tesa un equilibrio di tipo stabile.

L?azione del pretensionamento del tirante ? totalmente svincolata dalla precompressione delle cartucce di elastomero, in modo da consentire azioni di pretensione compatibili con le sollecitazioni trasferibili agli elementi strutturali.

Tale azione viene affidata ad una molla metallica compressa posizionata in posizione centrale rispetto alle cartucce di elastomero. Fig. 4 elemento 36.

Si evidenzia che l?azione frenante del dumping ? svincolata da questo elemento elastico, ed ? agganciata esclusivamente alle cartucce di elastomero. Fig. 2 elemento 17, questo ha richiesto l?ideazione di due piastre di scorrimento una piastra posteriore Fig2 elemento 2 con la sola funzione di comprimere la molla in acciaio di precarico, ed una piastra principale Fig. 2 elemento 3 collegata al dispositivo frenante con la funzione di compressione degli elastomeri a seguito dell?azione del sisma. Le due piastre sono separate da un ammortizzatore Puffer Fig.2 elemento 13.

L?azione di richiamo della molla metallica, non sarebbe infatti sufficiente a garantire il ritorno del freno, ritorno che ? invece garantito dalla pi? potente azione esercitata dalle cartucce di elastomero Fig.2 elementi 37.

Avendo affidato ad una molla di acciaio le sollecitazioni di precompressione, il problema del rilassamento dei materiali plastici elastomerici sottoposti ad un?azione di compressione di lungo ?periodo non sussiste.

Le cartucce di elastomero infatti verranno attivato solo a seguito delle sollecitazioni sismiche, e le molle metalliche non hanno problemi di creep rilevanti.

L?azione dissipativa viene svolta dal meccanismo frenante metallo-metallo e viene dunque reso indipendente dalle caratteristiche dissipative delle curve di isteresi del materiale plastico. Figura 2 elemento 17 Fig.13 Fig. 14 Fig.15.

Il meccanismo frenante Fig. 13 Fig.14 Fig. 15, ad attrito Dumping, garantisce una forza di freno costante modulabile attraverso una regolazione, non dipendente dalla velocit? di oscillazione, pertanto costituisce, un meccanismo totalmente controllabile. La possibilit? di modulare la forza frenante e di avere quindi azioni vigorose di freno, produce un sensibile effetto sui periodi propri di oscillazione del fabbricato, rendendoli controllabili e pilotabili.

Il sistema messo in opera, ? costituito da due dispositivi posizionati sulle diagonali principali di un telaio o di un setto portante, in azione di controvento Fig.20, Fig.21, Fig. 22, Fig.23, Fig. 24.

L?azione sismica attiva alternativamente l?uno e l?altro dispositivo, dispositivi che esplicano il loro effetto in fase di compressione delle cartucce di elastomero; in fase di rilassamento resta in funzione la molla metallica che garantisce la tenuta in trazione dei tiranti. Fig.1.

Il moto alternato della piastra di spinta principale, Fig. 2 elemento 3, attiva la frizione, Fig. 2 elemento 17, che con la propria azione, produce attrito metallo-metallo in grado di dissipare notevoli quantit? di energia.

Lo studio effettuato ha portato alla realizzazione dei prototipi testati presso il Laboratorio di Prove sui Materiali dell?Universit? della Basilicata, che viene rappresentato di seguito, attraverso le immagini gli esplosi e le foto Fig. 19 Fig.25 Fig.26.

Riassumendo in sintesi, andando a serrare la molla centrale, Fig.4 elemento 36 e scegliendo cartucce di elastomero con idonea costante elastica, Fig. 2 elementi 37, nonch? la portata dell?azione frenante del freno (DUMPING), Fig.2 elemento 17, azione di regolazione consentita da appositi pressori delle molle di frizione, sulle lamine dell?apparato frenante, Fig. 2 elemento 21, si riesce a ?modulare? la reazione del dispositivo ed a ?pilotare? la risposta in condizioni sismiche dell?intera struttura portante dell?edificio.

Il dispositivo denominato "(LIMITATORE ELASTO-ATTRITIVO ANTISISMICO DISSIPATIVO prevede la possibilit? di avere differenti portate, Fig.16.

Nello specifico:

Dispositivi fino a 10 t con un unico elastomero dal diametro di 11 cm.

Dispositivi da 10 t a 20 t con 2 elastomeri o unico elastomero di area equivalente Dispositivi da 20 t a 30 t con 3 elastomeri o unico elastomero di area equivalente Dispositivi da 30 t a 40 t con 4 elastomeri o unico elastomero di area equivalente Negli sviluppi futuri vi ? la possibilit? di ulteriori implementazioni ed evoluzioni del dispositivo, agendo con controventi in grado di agire sia in trazione che in compressione dispositivi da utilizzare in caso di luci limitate ed in abbinamento al dispositivo proposto.

Fig. 17.

e) descrizione dettagliata dell?invenzione

Il dispositivo denominato (LIMITATORE ELASTO-ATTRITIVO ANTISISMICO DISSIPATIVO) viene connesso alla struttura mediante tiranti posti in posizione di controvento.

Il dispositivo denominato "(LIMITATORE ELASTO-ATTRITIVO ANTISISMICO DISSIPATIVO svolge la sua funzione antisismica, attivando i seguenti tre meccanismi:

1) Limitazione degli spostamenti degli elementi strutturali

2) Dissipazione dell?energia trasmessa dall?evento sismico alle strutture 3) Controllo e filtraggio delle frequenze proprie di oscillazione che possono risultare dannose per le strutture.

La contemporanea azione svolta, su questi tre fattori, induce un notevole miglioramento delle risposte sismiche delle strutture, conferendo ad esse una capacit? maggiore di resistere alle sollecitazioni indotte dal sisma, con un controllo puntuale degli spostamenti, dissipando con pi? facilit? l?energia sismica indotta, consentendo di pilotare il periodo proprio di oscillazione delle strutture in zone meno gravose dello spettro di risposta, in termini di accelerazione sismica trasmessa dal terreno al fabbricato ( PGA ).

Il sistema consente inoltre, opportunamente calibrato, a seguito di calcolo e modellazione strutturale, di correggere i difetti di progettazione delle strutture esistenti, ricentrando il centro di massa al centro delle rigidezze, riducendo le sollecitazioni torsionali, e modificando in modo positivo i punti di criticit? e di vulnerabilit? strutturale degli edifici. La configurazione di base del dispositivo, denominato, "(LIMITATORE ELASTO-ATTRITIVO ANTISISMICO DISSIPATIVO)? si caratterizza per svolgere la sua funzione esclusivamente attraverso un?azione di trazione degli elementi di controvento, posti in configurazione incrociata, o a V rovesciata, Fig. 20 e utili ad esercitare alternativamente l?azione di contenimento degli spostamenti indotti dalle sollecitazioni sismiche. Tali collegamenti di controvento, sono costituiti da tiranti, o trefoli, in acciaio o altri materiali, caratterizzati da un alto valore del limite di snervamento, alto modulo elastico, ed elevata resistenza alla trazione, in grado quindi di contenere gli spostamenti relativi sulle strutture sollecitate dal sisma, e di trasmetterli alle cartucce di elastomero, e da esse al sistema frenante, in grado pertanto, di assorbire l?azione impulsiva delle oscillazioni sismiche, limitando gli spostamenti e le potenze sviluppate, modificando utilmente i periodi di oscillazione e dissipando parte dell?energia sismica trasmessa.

L?azione di dissipazione energetica ? affidata interamente ad un sistema frenante ad attrito metallo metallo, Fig. 13 Fig. 14 e Fig. 15, che sollecitato dalle oscillazioni sismiche ? in grado di produrre una forza in contrapposizione costante, e quindi un lavoro costante ad ogni ciclo di oscillazione della struttura, con conseguente rilevante dissipazione di energia.

Il dispositivo denominato "(LIMITATORE ELASTO-ATTRITIVO ANTISISMICO DISSIPATIVO)?, permette di intervenire anche in situazioni nelle quali le luci in gioco sono notevoli, e richiede necessariamente, una configurazione a croce, o a V rovesciata Fig. 20 Fig. 21 Fig. 22 Fig. 23 infatti i dispositivi si alterneranno, nell?assorbire le oscillazioni in un verso e nel suo opposto, sempre in opposizione di fase rispetto agli spostamenti sismici indotti.

La possibilit? di esprimere installazioni con luci notevoli, dipende dalla circostanza, che il dispositivo denominato "(LIMITATORE ELASTO-ATTRITIVO ANTISISMICO DISSIPATIVO)? esplica la sua azione esclusivamente in trazione, pertanto, gli elementi di controvento non sono soggetti a fenomeni di carico di punta o di svergolamento.

Il dispositivo, consente di esercitare un?azione antisismica su luci rilevanti, avendo un ingombro minimo, ed una minima invasivit?, ma necessita sempre, di una configurazione a croce o a V rovesciata, con l?impegno obbligatorio di due dispositivi in opposizione di fase, sollecitati alternativamente in un verso o nell?altro.

Confrontando il sistema denominato "(LIMITATORE ELASTO-ATTRITIVO ANTISISMICO DISSIPATIVO)? proposto agli interventi tradizionali di adeguamentomiglioramento sismico delle strutture esistenti, si pone in evidenza e si sottolinea, la sua facilit? di montaggio e di intervento che si concretizzano in una consistente riduzione dei tempi di lavorazione, e in una minore invasivit?, qualit? che si traducono in una riduzione molto significativa dei costi di intervento.

Inoltre ? sorta la necessit? di inserire nel dispositivo elementi elettronici di monitoraggio attivo e diagnosi continua dello stato del fabbricato su cui il dispositivo ? applicato, nonch? del dispositivo stesso, ci? garantisce nel tempo la piena operativit? del sistema, le cui componenti sono, in tal modo, continuamente sottoposte a monitoraggio.

Le problematiche emerse dallo studio del dispositivo denominato ?Giunto Antisismico Elastomerico, costituiscono la premessa alle soluzioni adottate e alle innovazioni implementate nel dispositivo denominato "(LIMITATORE ELASTO-ATTRITIVO ANTISISMICO DISSIPATIVO)? e sono cos? sintetizzabili:

a) L?aver posizionato il perno di fissaggio alla struttura del dispositivo Giunto Antisismico Elastomerico, in posizione pi? avanzata rispetto alla posizione dell?elastomero, nella direzione del tiro, realizza un sistema in equilibrio instabile, che attiva vibrazioni e instabilit? di sistema.

? stato necessario eliminare questa fonte di instabilit?, posizionando il fulcro di aggancio del dispositivo agli elementi strutturali in posizione pi? arretrata rispetto alla posizione degli elastomeri, nella direzione del tiro, in maniera da determinare in trazione una condizione di equilibrio stabile. FIG. 2 elemento 46.

b) Affidare all?elastomero la doppia funzione di assorbire le sollecitazioni sismiche e di tenere in pretensione il tirante, come previsto nel dispositivo Giunto Antisismico Elastomerico, provoca effetti di caricamento molto negativi sulle strutture, in posizione di precarico Fig.1b precarico.

Infatti nel dispositivo Giunto Antisismico Elastomerico, si ha la necessit? di comprimere l?elastomero in situazione di precarico, di una quantit? pari alle deformazioni prodotte dal sisma, al fine di garantire l?oscillazione delle parti in movimento nel dispositivo per l?intera corsa, in condizione di costante pretensione del tirante.

Nella precompressione degli elastomeri vengono quindi generate sollecitazioni molto forti sugli elementi strutturali ai quali ? fissato il dispositivo, sollecitazioni che inducono sforzi taglianti e/o di pressoflessione eccessivi, in particolare nei pilastri. Dalla modellazione strutturale ? emerso che le sollecitazioni di precarico necessarie per tenere in tensione il tirante ottenute in tal modo, creano sollecitazioni troppo elevate, incompatibili con la funzionalit? del sistema e con la resistenza degli elementi strutturali medesimi. La problematica ? stata risolta affidando la pretensione in posizione di precarico, ad una molla metallica secondaria Fig. 1/b precarico, e Fig. 4 elemento 36, tale molla aziona il carrello secondario Fig. 2 elemento 4, che segue il movimento di ritorno delle parti mobili, tenendo in costante trazione il tirante.

Le sollecitazioni sismiche attivano in direzione opposta il carrello secondario che incide su un elemento di ammortizzazione dell?urto ?Puffer? Fig. 2 elemento 13 fissato sulla piastra di spinta principale Fig.2 elemento 3, che a sua volta attiva la compressione degli elastomeri Fig.2 elementi 37.

In tal modo si attiva la presollecitazione, prodotta dalla molla di acciaio e utile solamente a garantire la tenuta in trazione del tirante, senza sollecitare in modo gravoso, le strutture su cui viene installato il dispositivo.

La necessit? di ricorrere a due sistemi di scorrimento piastra di spinta principale e carrello secondario, dipende anche dalla necessit? di agganciare il sistema frenante solo alla piastra di spinta principale in modo tale che l?azione di ritorno del freno, sia affidata agli elastomeri, in grado di fornire una sostenuta forza elastica, che non vada a gravare sulla molla metallica.

c) Con il dispositivo Giunto Antisismico Elastomerico, si ha la necessit? di tenere, per un ampio intervallo di tempo, dieci anni, cos? come previsto in normativa, il materiale plastico, in compressione continua al fine di garantire la tenuta in costante presollecitazione del tirante, questo produce inevitabili fenomeni di creep, cio? di rilassamento non desiderato nel tempo dell?elastomero. Avendo con il dispositivo denominato "(LIMITATORE ELASTO-ATTRITIVO ANTISISMICO DISSIPATIVO)? separato la pretensione in condizione di precarico dalla messa in compressione dell?elastomero, ed avendo affidato il pretensionamento ad una molla metallica, l?elastomero rimane non sollecitato, ed attivato solo nelle condizioni di carico sismiche Fig.1c carico.

d) L?energia dissipata, per deformazioni cicliche dall?elastomero, non si ? dimostrata sufficiente a garantire la necessaria dissipazione di energia utile all?efficace smorzamento delle azioni sismiche, tale funzione viene affidata nel dispositivo denominato "(LIMITATORE ELASTO-ATTRITIVO ANTISISMICO DISSIPATIVO)? ad un sistema di freno, prodotto dall?attrito metallo metallo, attrito di contatto indotto dalle sollecitazioni sismiche e dalla forza elastica di ritorno degli elastomeri. Fig.2 elemento 17.

e) La mera azione elastica dell?elastomero, cos? come prevista nel dispositivo, Giunto Antisismico Elastomerico, si ? rivelata troppo blanda per consentire un efficace controllo delle frequenze e dei periodi propri di oscillazione dell?edificio, tale azione di controllo delle frequenze nel dispositivo denominato "(LIMITATORE ELASTO-ATTRITIVO ANTISISMICO DISSIPATIVO)?, ? affidata alla modulazione del sistema frenante, mediante le molle trasversali alle lamine, Fig.2 elemento 18 che verr? regolato opportunamente in funzione delle risultanze e delle necessita del calcolo strutturale

f) Nello studio accurato dei cinematismi in gioco, si ? evidenziata la necessit? di avere il perfetto controllo dell?avanzamento delle parti mobili del dispositivo Fig.1 parti in movimento, al fine di evitare grippaggi, attriti non desiderati e sollecitazioni anomale.

Il problema ? stato risolto facendo scorrere le parti in movimento, nello specifico, il carrello secondario Fig. 1 parti in movimento e Fig. 2 elemento 4 e piastra di spinta principale Fig.2 elemento 3 su apposite barre cilindriche, ?guide? Fig. 2 elemento 8

Inoltre, il meccanismo di scorrimento delle parti mobili ? attivato da una barra centrale posta in tiro, Fig. 2 elemento 7, sulla cui testata terminale, viene fissato il tirante. Fig. 2 elemento 47

Descrizione di un esempio esplicativo:

Essendo stato il dispositivo proposto, studiato attraverso accurate modellazioni condotte dalla societ? americana ASI, e prove sperimentali presso l?Universit? degli Studi della Basilicata, Laboratorio di Prova sui Materiali, al fine di esemplificare le possibili applicazioni e le potenzialit? del sistema, si fa riferimento alla sua applicazione su un edificio FIG.22 analisi di un telaio tridimensionale studiato con analisi dinamica non lineare e studio di un telaio bidimensionale FIG.23 analisi statica non lineare Pushover.

L?edificio ? stato studiato con e senza l?applicazione del dispositivo.

Il risultato del complesso studio che pu? essere fornito ove lo si ritenesse necessario, mostra un netto miglioramento della risposta strutturale dell?edificio.

Nello specifico il diagramma mostra il netto miglioramento della risposta del fabbricato sottoposto ad un sisma di progetto, in termini di drift di piano asse y.

Colore azzurro senza dispositivo, colore dal giallo al marrone, con dispositivi di differenti portate.

Si evidenzia nella Fig.24 lo studio tensionale degli elementi caricati in fase di pretensionamento, emerge la necessit? di affidare la pretensione, indispensabile per avere sempre il cavo di controvento in trazione, ad una molla centrale in acciaio, che eserciti un?azione determinabile, pi? blanda rispetto alla possibilit? prevista nel dispositivo Giunto Antisismico Elastomerico di affidare la pretensione alla compressione dell?elastomero.

Si allegano al fine documentale, alcune curve dissipative risultanti dalle prove condotte presso l?Universit? degli Studi della Basilicata, Fig. 26.

f) Uso dell?applicazione in ambito industriale

Come risulta evidente dalla descrizione, il dispositivo pu? essere standardizzato e prodotto in serie industrialmente, sono gi? stati prodotti, in fase di studio, e per procedere alla sperimentazione, i prototipi necessari alle prove, si mostrano in foto gli apparati sperimentali FIG.24 FIG.25.

Claims (10)

RIVENDICAZIONI

1) Il dispositivo LIMITATORE ELASTO-ATTRITIVO ANTISISMICO DISSIPATIVO ? costituito dalle seguenti parti principali:

a) Testate Fig.2 elemento 1 elemento 2, parte terminale superiore su cui si attestano gli elastomeri e parte terminale inferiore su cui sono fissate le guide laterali. b) Attacco Fig.2 elemento 6 ed elemento 46, snodo sferico di fissaggio alle piastre di ancoraggio della struttura su cui si interviene

c) Asta Centrale Fig.2 elemento 7, asta di trasmissione dei cinematismi

d) Guide laterali Fig.2 elementi 8, aste di guida dei carrelli

e) Molla Centrale Fig.4 elemento 36, molla di precompressione di tenuta, per avere la costante trazione dei tiranti in ogni fase di funzionamento del dispositivo f) Elastomeri Fig.2 elementi 37, elementi elastici di tenuta degli spostamenti indotti dal sisma

g) Carrello secondario Fig. 2 elemento 4, carrello di avanzamento in fase di attivato dalla molla centrale e, per la tenuta in trazione dei tiranti

h) Carrello principale di spinta Fig. 2 elemento 3, carrello di carico sugli elastomeri, attivato dalle azioni sismiche

i) Apparato frenante (frizione) Fig. 2 elemento 17, dispositivo attritivo, per la dissipazione delle energie indotte dal sisma

j) Molle regolazione frizione Fig. 2 elemento 18, molle di regolazione dell?azione di serraggio delle lamine dalla cui azione dipende l?energia dissipata dal dispositivo k) Puffer Fig. 2 elemento 13, elemento in materiale plastico di ammortizzazione dell?impatto tra i due carrelli

l) Supporto centrale Fig. 2 elemento 5, elemento di collegamento e di attacco alle piastre di ancoraggio.

m) Tiranti Fig.20 elementi 26, elementi attivi nell?azione di controvento.

Il dispositivo LIMITATORE ELASTO-ATTRITIVO ANTISISMICO DISSIPATIVO si caratterizza:

a) per affidare la funzione contenitiva degli spostamenti, azione prevalentemente di tipo elastico, agli elastomeri (essenzialmente di tipo polimerico a struttura vetrosa) Fig.2 elementi 37, in abbinamento all?azione dissipativa, determinata prevalentemente dalla frizione che produce attrito tra lamine metalliche Fig. 13 Fig.14 e Fig.15. b) Per essere attivato da controventi, Tiranti Fig. 20 elementi 26, Fig.2 elemento 47 su cui si esercitano esclusivamente azioni di trazione, ci? consente di scongiurare i fenomeni di instabilit? a carico di punta, e quindi di raggiungere notevoli luci di tesa.

2) Nel dispositivo, LIMITATORE ELASTO-ATTRITIVO ANTISISMICO DISSIPATIVO i controventi, (Tiranti), Fig. 20 elementi 26 Fig.2 elemento 47 come da rivendicazione 1 punto m, svolgono la propria funzione controventante, in sola trazione, da cui la necessit? di conservare, anche in fase di scarico, la loro tesa. Sono pertanto, opportunamente pretensionati da arridatoi, che generano una precompressione della molla centrale in acciaio, Fig.4 elemento 36, portando il sistema in condizioni di precarico. Fig. 1B Configurazione di precarico. La necessit? di inserire l?elemento molla metallica, consente di calibrare tali sforzi di precompressione sulla molla stessa, calcolati opportunamente Fig.24, in funzione della compatibilit? di resistenza degli elementi strutturali sui quali si scaricano tali sollecitazioni di precarico.

3) Nel dispositivo, LIMITATORE ELASTO-ATTRITIVO ANTISISMICO DISSIPATIVO l?azione di precarico ? affidata ad una molla metallica di precarico, come da rivendicazione 1 punto e, e rivendicazione 2, questo componente consente un ulteriore vantaggio che si rivendica, quello di superare il problema del rilassamento viscoso dei materiali plastici elastomerici CREEP quando, essendo materiali a struttura vetrosa, sono sottoposti ad azioni costanti di compressione di lunga durata, la sua presenza consente di non affidare ai cilindri elastomerici l?azione di pretensione.

4) Nel dispositivo, LIMITATORE ELASTO-ATTRITIVO ANTISISMICO DISSIPATIVO entrambi i carrelli scorrono su apposite guide laterali, che ne costituiscono elementi fondamentali come da rivendicazione 1 punto d per evitare grippaggi, movimenti non controllabili e vibrazioni indesiderate. Fig.2 elementi 8.

5) L?apparato attritivo del dispositivo LIMITATORE ELASTO-ATTRITIVO ANTISISMICO DISSIPATIVO, chiamata frizione, come da rivendicazione 1 punto i, ? costituito da lamine di differenti materiali metallici, acciaio ottone Fig.14 elemento 17 fissate con appositi supporti alla piastra di spinta principale Fig. 14 elemento 25, e alla parte fissa del dispositivo, le lamine in acciaio Fig.13 elemento 15 sono solidali alla parte mobile, , mentre le lamine in ottone sono solidali con la parte fissa del dispositivo Fig. 13 elemento 14, pertanto il moto alternato dovuto alle sollecitazioni sismiche realizza movimenti relativi tra le lamine che producono l?attrito utile e quindi l?effetto di dissipazione. L?azione frenante delle lamine ? modulabile attraverso il serraggio delle due molle ad esse trasversali Fig. 2 elemento 18.

6) L?apparato attritivo del dispositivo LIMITATORE ELASTO-ATTRITIVO ANTISISMICO, chiamata frizione, come da rivendicazione 1 punto i e rivendicazione 5, ? attivata, secondo il seguente meccanismo di funzionamento che si rivendica, ? svincolata infatti, dalla molla centrale di acciaio, (molla di precarico), ed ? collegata esclusivamente alle cartucce di elastomero. Fig. 2 elemento 17, al fine di avere la possibilit? di regolare il freno indipendentemente dalla forza di precarico esercitata dalla molla metallica centrale, questo ha richiesto l?ideazione di due carrelli di scorrimento indipendenti, un carrello secondario, Fig2 elemento 4 con la funzione di comprimere la molla in acciaio di precarico, ed un carrello principale di spinta Fig2 elemento 3 con la funzione di comprimere gli elastomeri e di attivare il sistema frenante, a seguito dell?azione del sisma e conseguentemente al trascinamento su di esso del carrello secondario. I due carrelli sono separati da un ammortizzatore Puffer, che attenua l?impatto tra le due piastre metalliche. Fig. 2 elemento 13. L?azione di richiamo della molla metallica, non sarebbe infatti sufficiente a garantire il ritorno del freno, se non aumentando notevolmente la forza in fase di precarico, con effetti deleteri sulle strutture. Il ritorno delle parti in movimento sono quindi garantite dalla pi? potente azione esercitata dalle cartucce di elastomero. La possibilit? di modulare la forza frenante, attraverso le molle di compressione trasversali alle lamine Fig. 2 elementi 18, e di avere quindi azioni vigorose di freno, produce un rilevante effetto sui periodi propri di oscillazione del fabbricato, sulla dissipazione dell?energia attivata dal sisma, e sugli spostamenti indotti, rendendoli controllabili e pilotabili.

7) Nel dispositivo, LIMITATORE ELASTO-ATTRITIVO ANTISISMICO DISSIPATIVO si rivendica il seguente meccanismo di funzionamento, quando si innescano appunto le sollecitazioni sismiche, in condizioni di carico Fig.1C Configurazione di carico la trazione, agisce sul carrello secondario Fig. 2 elemento 4 e Fig. 1 elemento 4 dispositivo che a sua volta agisce sul carrello principale di spinta, mettendo in compressione gli elastomeri ed attivando le forze di attrito della frizione, collegata esclusivamente al carrello principale di spinta. Fig.2 elemento 17,

8) Il dispositivo LIMITATORE ELASTO-ATTRITIVO ANTISISMICO DISSIPATIVO messo in opera sugli edifici, viene collocato sulle diagonali principali del telaio, o in configurazione a V rovescia sulle diagonali di due telai contigui, in posizione di controvento Fig.20. Sono quindi collocati due dispositivi accoppiati per ogni telaio, in modo tale da alternarsi nell?azione di carico e di scarico.

L?azione sismica attiva alternativamente l?uno e l?altro dispositivo.

9) Il dispositivo LIMITATORE ELASTO-ATTRITIVO ANTISISMICO DISSIPATIVO ? configurabile anche come da Fig. 17, in cui i controventi, operano sia in trazione che in compressione, e sono costituiti da aste metalliche, tale configurazione ? particolarmente adatta su luci limitate.

In tal caso l?azione di ritorno ? esercitata dagli stessi elastomeri.

10) Il dispositivo LIMITATORE ELASTO-ATTRITIVO ANTISISMICO DISSIPATIVO avr? diverse portate, secondo le necessit? e le esigenze di calcolo Fig. 16 configurazioni.