ITMS20120004A1 - STAR: SEISMIC ISOLATOR SUSPENDED - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
isolatore sismico sospeso suspended seismic isolator
Il concetto di base à ̈ che un oggetto appeso a una corda non si riesce a spingere agitando il supporto superiore della corda. Lo scopo dell'invenzione à ̈ ottenere l'isolamento di una struttura appendendola alla sottostruttura mediante una corda (o un filo, o un cavo); la configurazioni di riferimento à ̈ la seguente: The basic concept is that an object hanging from a rope cannot be pushed by shaking the upper support of the rope. The purpose of the invention is to obtain the insulation of a structure by hanging it to the substructure by means of a rope (or a wire, or a cable); the reference configurations are as follows:
1. doppio tetraedro: la sospensione si realizza tramite due strutture spaziali tetraedriche collegate da un filo 1. double tetrahedron: the suspension is achieved through two tetrahedral spatial structures connected by a wire
- Campo tecnologico - Technological field
L’invenzione riguarda un apparecchio di appoggio strutturale tecnologicamente avanzato da applicare sotto una struttura , con particolare riferimento per una costruzione o un edificio. L<'>invenzione à ̈ correlata al campo delle strutture antisismiche. The invention relates to a technologically advanced structural support device to be applied under a structure, with particular reference to a construction or a building. The invention is related to the field of anti-seismic structures.
- Stato della tecnica - State of the art
La tecnica attuale per l’isolamento à ̈ basata su isolatori elastomerici, che in caso di sisma consentono alla sovrastruttura di muoversi, ma non hanno una capacità adeguata a riportare in posizione il sistema dopo il sisma. Questo comporta una deformazione permanente dell’isolatore e la necessità di sostituirlo. Gli isolatori necessitano di controlli e manutenzioni. Gli isolatori elastomerici. essendo composti da gomma compressa, nel tempo perdono le loro caratteristiche e vanno sostituiti, con impegno statico e notevole costo. Il costo degli isolatori à ̈ elevato. Il trasferimento tra struttura e fondazione avviene per compressione, con un trasferimento rigido che sconnette poco la struttura dal sottofondo. The current technique for insulation is based on elastomeric isolators, which in the event of an earthquake allow the superstructure to move, but do not have an adequate capacity to bring the system back into position after the earthquake. This entails a permanent deformation of the insulator and the need to replace it. The isolators require checks and maintenance. Elastomeric isolators. being composed of compressed rubber, over time they lose their characteristics and must be replaced, with static commitment and considerable cost. The cost of the isolators is high. The transfer between the structure and the foundation occurs by compression, with a rigid transfer that slightly disconnects the structure from the substrate.
Isolatori su rulli o sfere possono innescare movimenti importanti; le sfere trasmettono rigidamente per compressione. I costi di apparecchi e ammortizzatori sono elevati. Roller or ball insulators can trigger important movements; the balls transmit rigidly by compression. The costs of braces and shock absorbers are high.
Spesso i sistemi di isolamento non si ricentrano e si danneggiano dopo il sisma. Often the insulation systems do not re-center and are damaged after the earthquake.
Isolatori con struttura sospesa a barre rigide verticali di collegamento, con snodi alle estremità , non trasmettono le azioni orizzontali di moto armonico, ma nella fase di ritorno in posizione possono trasmettere azioni pericolose se la barra à ̈ messa in compressione. Insulators with suspended structure with rigid vertical connection bars, with joints at the ends, do not transmit the horizontal actions of harmonic motion, but in the return phase they can transmit dangerous actions if the bar is put in compression.
- Problemi tecnici risolti - Technical problems solved
-Efficace isolamento: Il vantaggio del dispositivo inventato à ̈ quello isolare la sovrastruttura dal sottofondo in occasione di azioni sismiche ondulatorie. -Effective isolation: The advantage of the invented device is to isolate the superstructure from the substrate during wave seismic actions.
-Il sistema in caso di sisma ondulatorio salvaguarda la parte superiore dato che la corda che appende la struttura alla fondazione non trasferisce azioni di taglio. Ad un notevole spostamento della base la sovrastruttura subisce un lieve moto, che tende velocemente a smorzarsi. La struttura si riporta dopo la scossa sismica alla posizione preesistente al sisma. -The system in the event of a wave earthquake protects the upper part since the rope that hangs the structure from the foundation does not transfer cutting actions. When the base is moved considerably, the superstructure undergoes a slight motion, which quickly tends to weaken. The structure returns after the earthquake to the position that existed before the earthquake.
-Il sistema ha un intrinseco equilibrio stabile interno, con la corda che tende a tornare verticale e quindi alla posizione iniziale, portando il punto vincolato della sovrastruttura alla posizione iniziale antecedente al sisma. -The system has an intrinsic internal stable equilibrium, with the rope tending to return to the vertical and therefore to the initial position, bringing the constrained point of the superstructure to the initial position prior to the earthquake.
-Autocentramento: 11 sistema si riporta in posizione evitando la dislocazione della struttura post-sismica. -Self-centering: the system returns to its position avoiding the dislocation of the post-seismic structure.
-Antisismicità : dopo il sisma resta integro; non deve essere sostituito dopo il sisma. - Anti-seismicity: after the earthquake it remains intact; it must not be replaced after the earthquake.
-Durevolezza : La durata del dispositivo di isolamento à ̈ lunga e comunque maggiore della vita utile dell'edificio. -Durability: The duration of the isolation device is long and in any case greater than the useful life of the building.
-Costi ridotti: Il costo dell'isolatore à ̈ molto ridotto e consente l'applicazione anche a strutture poco costose o in paesi più poveri, dato che la sua realizzazione può avvenire con materiali più economici o più disponibili sul posto. -Reduced costs: The cost of the insulator is very low and allows the application also to inexpensive structures or in poorer countries, since its realization can take place with cheaper or more locally available materials.
-rispetto ad altri dispositivi con barre verticali, il filo evita il trasferimento di azioni orizzontali perché una corda priva di rigidezza flessionale e di resistenza a compressione non interagisce con azioni di tale tipo, mentre barre rigide comunque possono trasmettere pericolose interazioni provenienti dalla base e trasferirle alla struttura; in particolare la barra resistente a compressione riesce a trasmettere azioni impulsive del moto che inizialmente in una direzione improvvisamente inverte il suo senso. - compared to other devices with vertical bars, the wire avoids the transfer of horizontal actions because a string without flexural stiffness and compressive strength does not interact with such actions, while rigid bars in any case can transmit dangerous interactions coming from the base and transfer them to the facility; in particular, the compression resistant bar is able to transmit impulsive actions of motion which initially in one direction suddenly reverses its direction.
strutture sospese con meccanismi meccanici dissipativi connessi alla base, può avvenire un trasferimento di azioni orizzontali mediante l'apparato meccanico, anche se sono presenti fili che trasformano il tutto in quadrilateri articolari. Dato che à ̈ comunque presente un trasferimento per essi si necessita di un sistema dissipativo. Il sistema inventato evita invece del tutto il passaggio di energia ondulatoria, per cui si disaccoppia completamente la sovrastruttura rispetto alla base, in modo semplice e lineare. Non si esclude tuttavia che eventuali smorzatori o stabilizzatori possano essere posizionati in parallelo all'isolatore. suspended structures with dissipative mechanical mechanisms connected to the base, a transfer of horizontal actions can take place through the mechanical apparatus, even if there are wires that transform everything into articular quadrilaterals. Since a transfer is still present, a dissipative system is required for them. The invented system, on the other hand, completely avoids the passage of wave energy, so that the superstructure is completely decoupled from the base, in a simple and linear way. However, it is not excluded that any dampers or stabilizers may be positioned parallel to the insulator.
Descrizione dell’invenzione Description of the invention
L'invenzione in oggetto si pone lo scopo di limitare drasticamente le sollecitazioni connesse all<'>azione del sisma ondulatorio indotte su di una costruzione. The object of the present invention is to drastically limit the stresses connected to the action of the wave earthquake induced on a building.
In caso di sisma ondulatorio la base si muove vibrando intorno alla sua posizione di riposo ma non riesce a mettere in moto la sovrastruttura, dato che 'una corda non si può spingere’ ; la so-vrastruttura à ̈ del tutto disaccoppiata dal moto del sottofondo; se la sovrastruttura presentasse comunque un certo spostamento, alla fine del moto del terreno si riporta velocemente alla situazione di partenza, a causa della situazione di equilibrio stabile in cui si trova il cavo verticale teso che collega struttura sottostante e sovrastruttura. Il sistema di fili può essere fornito di elementi secondari atti a rendere più agevole il montaggio regolare la planarità delle parti terminali e atti a dissipare energia In the event of an undulatory earthquake, the base moves vibrating around its rest position but is unable to set the superstructure in motion, since 'a rope cannot be pushed'; the superstructure is completely decoupled from the motion of the substrate; if the superstructure nevertheless presents a certain displacement, at the end of the ground motion it quickly returns to the starting situation, due to the stable equilibrium situation in which the taut vertical cable that connects the underlying structure and the superstructure is found. The wire system can be equipped with secondary elements to make assembly easier to adjust the flatness of the terminal parts and to dissipate energy
I materiali impiegati sono i seguenti: The materials used are the following:
- per i supporti e i fissaggi: acciaio inox o zincato, ma anche qualsiasi materiale idoneo a resistere alle azioni di compressione e flessione indotte nei singoli elementi. - for supports and fixings: stainless or galvanized steel, but also any material suitable to resist the compression and bending actions induced in the individual elements.
- filo di sospensione: acciaio inox o armonico, corda o cavo in materiale composito in fibre di carbonio o comunque idoneo a sopportare la trazione imposta senza avere una rigidezza a compressione o a flessione. - suspension wire: stainless steel or harmonic steel, rope or cable in carbon fiber composite material or in any case suitable to withstand the imposed traction without having a compression or bending stiffness.
La configurazioni di riferimento risponde ad una precisa logica di funzionamento: The reference configurations respond to a precise operating logic:
- Il doppio tetraedro à ̈ fatto di sottostrutture spaziali dotate di una ottima stabilità di posizione e consente al sistema di lavorare bene in ogni direzione; - The double tetrahedron is made of spatial substructures with excellent position stability and allows the system to work well in every direction;
L'isolatore si presta a essere impiegato come uno dei punti di appoggio della struttura, con un minimo di tre; The insulator can be used as one of the support points of the structure, with a minimum of three;
Con un insieme di isolatori che lavorano in parallelo il sistema si isolamento à ̈ idoneo per il sostegno di piastre di base di edifìci di qualsiasi grandezza e peso, dato che basta aumentare il numero degli isolatori. With a set of insulators working in parallel, the insulation system is suitable for supporting the base plates of buildings of any size and weight, since it is sufficient to increase the number of insulators.
Ulteriori conformazioni Further conformations
II ritrovato così concepito à ̈ suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo, inoltre, tutti i dettagli sono sostituibili con altri tecnicamente equivalenti. 11 sistema trasforma la compressione tra sovrastruttura e parte sottostante in trazione. Il filo teso di collegamento sostiene la parte soprastante che vi grava all’estremità inferiore e trasferisce l’azione alla sottostruttura, collegata all’estremità superiore mediante un sottosistema dedicato. In pratica il sottosistema ancorato alla sovrastruttura e quello ancorato alla sotto struttura possono avere diversa forma, per esempio possono essere elementi piani o elementi spaziali. La loro conformazione deve essere tale da poter trasferire i carichi e tale da consentire un opportuno scorrimento orizzontale tra le estremità vincolate senza che il filo entri in contatto con le sottostrutture cui si ancora. La conformazione tipica delle sotto strutture portanti à ̈ a doppio tetraedro The invention thus conceived is susceptible of numerous modifications and variations, all of which are within the scope of the inventive concept. Furthermore, all the details can be replaced with other technically equivalent ones. The system transforms the compression between the superstructure and the underlying part into traction. The taut connection wire supports the upper part which weighs on the lower extremity and transfers the action to the substructure, connected to the upper extremity by means of a dedicated subsystem. In practice, the subsystem anchored to the superstructure and the one anchored to the sub-structure can have different shapes, for example they can be flat elements or spatial elements. Their conformation must be such as to be able to transfer the loads and such as to allow an appropriate horizontal sliding between the bound ends without the wire coming into contact with the substructures to which it is anchored. The typical conformation of the supporting structures is a double tetrahedron
Modalità di realizzazione con riferimento ai disegni Method of realization with reference to the drawings
La conformazione principale dell'invenzione à ̈ illustrata in fig. 1. The main conformation of the invention is illustrated in fig. 1.
La figura 1 illustra il sistema antisismico con doppio tetraedro; A e D sono due prospetti; C Ã ̈ la pianta vista dall'alto; B e E sono due viste assonometriche. Figure 1 illustrates the anti-seismic system with double tetrahedron; A and D are two elevations; C is the plan seen from above; B and E are two isometric views.
Il filo (1 ) , ovvero il cuore del sistema, si collega tramite il dispositivo di attacco superiore (2) al sottosistema inferiore (2-4-5-6-7) collegato alla struttura sottostante; il filo (1) si collega tramite il dispositivo di attacco inferiore (3) al sottosistema superiore (3-8-9-10-1 1) collegato alla struttura soprastante. Il sottosistema superiore si collega alla soprastruttura tramite una struttura piana realizzata con una parte piatta (10) e una struttura di collegamento (9) tra le diagonali (8). Il fissaggio avviene tramite elementi metallici fissi o amovibili 111), annegati nel getto, saldati, fissati con dadi o con elementi di bloccaggio. Il sottosistema inferiore si collega alla sottostruttura tramite una struttura piana realizzata con una parte piatta (6) e una struttura di collegamento (5) tra le diagonali (4). Il fissaggio avviene tramite elementi metallici fissi o amovibili (7), annegati nel getto, saldati, fissati con dadi o con elementi di bloccaggio. Gli elementi (12) sono idonei a rendere stabile il complesso prima e durante la messa in opera, regolare la planarità degli estremi; essi sono di lunghezza fissa o con estremi regolabili; possono essere dotati di sistemi dissipativi interni e possono essere a memoria di forma. The wire (1), that is the heart of the system, is connected through the upper attachment device (2) to the lower subsystem (2-4-5-6-7) connected to the underlying structure; the wire (1) is connected through the lower attachment device (3) to the upper subsystem (3-8-9-10-1 1) connected to the structure above. The upper subsystem connects to the superstructure via a flat structure made with a flat part (10) and a connection structure (9) between the diagonals (8). Fixing takes place by means of fixed or removable metal elements 111), embedded in the casting, welded, fixed with nuts or locking elements. The lower subsystem connects to the substructure via a flat structure made with a flat part (6) and a connection structure (5) between the diagonals (4). The fixing takes place by means of fixed or removable metal elements (7), embedded in the casting, welded, fixed with nuts or locking elements. The elements (12) are suitable for making the complex stable before and during installation, regulating the planarity of the ends; they are of fixed length or with adjustable ends; they can be equipped with internal dissipative systems and can be shape memory.
La configurazione di riferimento risponde ad una precisa logica di funzionamento: The reference configuration responds to a precise operating logic:
1. La forma a tetraedro ha una ottima stabilità di posizione e consente al sistema di lavorare bene in ogni direzione; 1. The tetrahedron shape has excellent position stability and allows the system to work well in any direction;
2. si presta a essere impiegato come uno dei punti di appoggio della struttura, con un minimo di tre; Ã ̈ idoneo per il sostegno di piastre di base di edifici di qualsiasi grandezza e peso, dato che basta aumentare il numero degli isolatori. 2. lends itself to being used as one of the support points of the structure, with a minimum of three; It is suitable for supporting the base plates of buildings of any size and weight, since it is sufficient to increase the number of insulators.
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