IT201900002195A1 - ISOLATOR DEVICE, SUCH AS A SEISMIC ISOLATOR OR A SUPPORT ELEMENT FOR CONSTRUCTIONS, INTEGRATED WITH SENSORS - Google Patents
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Description
Descrizione di Brevetto Italiano di Invenzione Industriale avente per titolo: Description of Italian Patent of Industrial Invention entitled:
“DISPOSITIVO ISOLATORE, QUALE UN ISOLATORE SISMICO O UN ELEMENTO DI APPOGGIO PER COSTRUZIONI, INTEGRATO CON SENSORI” "ISOLATOR DEVICE, SUCH AS A SEISMIC ISOLATOR OR A SUPPORT ELEMENT FOR CONSTRUCTIONS, INTEGRATED WITH SENSORS"
CAMPO TECNICO DELL’INVENZIONE TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo isolatore, quale un isolatore sismico o ad un elemento di appoggio per costruzioni, quali ad esempio edifici, ponti, grandi strutture, infrastrutture in generale dotate di una struttura sovrastante. Per costruzioni si possono intendere anche opere non strutturali quali ad esempio piedistalli per opere artistiche, quali ad esempio statue o similari, per mobilio, per macchinari industriali, ecc., anch’esse dotate di una struttura sovrastante. The present invention refers to an isolating device, such as a seismic isolator or to a support element for constructions, such as for example buildings, bridges, large structures, infrastructures in general equipped with an overlying structure. By constructions we can also mean non-structural works such as pedestals for artistic works, such as statues or similar, for furniture, for industrial machinery, etc., also equipped with an overlying structure.
Tale dispositivo isolatore è applicato a tali costruzioni per isolare o separare o distanziare la struttura sovrastante di detta costruzione e una parte di detta costruzione solidale con le fondazioni o con il terreno al fine di dissipare e/o assorbire le forze o l’energia generate da un sisma o da una sollecitazione dinamica cui è sottoposta detta costruzione. This isolating device is applied to such constructions to isolate or separate or distance the overlying structure of said construction and a part of said construction integral with the foundations or with the ground in order to dissipate and / or absorb the forces or energy generated by an earthquake or a dynamic stress to which said construction is subjected.
In particolare, la presente invenzione si riferisce ad un dispositivo isolatore, quale un isolatore sismico o ad un elemento di appoggio, in cui detto dispositivo isolatore comprende almeno un materiale costitutivo il cui comportamento meccanico, compresa la sua deformazione, varia in funzione del tipo di sollecitazione o, comunque, in funzione delle forze o dell’energia generate da un sisma o da una sollecitazione dinamica cui è sottoposta detta costruzione e quindi il dispositivo isolatore stesso. In particular, the present invention refers to an isolating device, such as a seismic isolator or to a support element, in which said isolating device comprises at least one constituent material whose mechanical behavior, including its deformation, varies according to the type of stress or, in any case, as a function of the forces or energy generated by an earthquake or by a dynamic stress to which said construction and therefore the isolator device itself is subjected.
STATO DELLA TECNICA ANTERIORE STATE OF THE PRIOR ART
È noto che per “isolatori sismici” si intendono quei dispositivi che servono a isolare la struttura portante di una costruzione o di un edificio dal terreno al fine di ridurre o eliminare gli effetti distruttivi di un terremoto. It is known that "seismic isolators" are those devices that serve to isolate the supporting structure of a building or building from the ground in order to reduce or eliminate the destructive effects of an earthquake.
Allo stesso scopo, sono stati utilizzati negli anni scorsi anche apparecchi di appoggio, solitamente realizzati in elastomero e acciaio o in acciaio-teflon, o dispositivi oleodinamici, al fine di dissipare l’energia sprigionata dall’evento sismico e assorbirne le forze. For the same purpose, support devices have also been used in recent years, usually made of elastomer and steel or steel-Teflon, or hydraulic devices, in order to dissipate the energy released by the seismic event and absorb its forces.
In particolare, gli isolatori sismici vengono posizionati tra le fondazioni di una costruzione e la rispettiva struttura (sviluppata in altezza) ed in tal modo permettono di evitare che si creino fenomeni di risonanza, in quanto tali fenomeni sono i responsabili principali dei danni causati da un terremoto. In particular, the seismic isolators are positioned between the foundations of a building and the respective structure (developed in height) and thus allow to avoid the creation of resonance phenomena, as these phenomena are the main responsible for the damage caused by a earthquake.
Per ottenere questo risultato, l’isolatore sismico o il dispositivo di appoggio deve essere progettato ad hoc per la specifica struttura sotto alla quale deve essere posizionato e permette che quest’ultima agisca, durante il sisma, quasi come un corpo rigido che tende a rimanere fermo rispetto alle vibrazioni del terreno. Al contempo, in caso di costruzioni di nuova edificazione, anche lo studio degli edifici o delle infrastrutture stesse vanno modificati a causa, oltre che della conformazione del terreno, anche della presenza di tali isolatori all’interno della loro realizzazione. To obtain this result, the seismic isolator or support device must be designed ad hoc for the specific structure under which it must be positioned and allows the latter to act, during the earthquake, almost like a rigid body that tends to remain firm with respect to the vibrations of the ground. At the same time, in the case of new buildings, even the study of the buildings or infrastructures themselves must be modified due not only to the conformation of the land, but also to the presence of such insulators within their construction.
Gli isolatori sismici di tipo noto, oltre alla riduzione delle forze orizzontali (e quindi delle sollecitazioni interne alla struttura), se presentano valori elevati di smorzamento relativo possono anche essere in grado di produrre una ulteriore riduzione delle forze in atto. Seismic isolators of the known type, in addition to the reduction of the horizontal forces (and therefore of the stresses internal to the structure), if they have high relative damping values, may also be able to produce a further reduction of the forces in action.
Gli isolatori attualmente utilizzati presentano generalmente una struttura di strati in gomma o elastomero (a basso o ad alto smorzamento) alternati a strati metallici, solitamente di acciaio. The currently used insulators generally have a structure of rubber or elastomer layers (with low or high damping) alternating with metallic layers, usually of steel.
Lo scopo della presente invenzione, pertanto, è quello di fornire un dispositivo isolatore, quale un isolatore sismico o un elemento di appoggio, che sia migliorato rispetto a quelli sopra descritti e più efficiente da un punto di vista di sicurezza dell’opera stessa. Il dispositivo isolatore secondo la presente invenzione permette di superare gli inconvenienti della tecnica nota. The purpose of the present invention, therefore, is to provide an isolating device, such as a seismic isolator or a support element, which is improved with respect to those described above and more efficient from a safety point of view of the work itself. The isolator device according to the present invention allows to overcome the drawbacks of the known art.
SCOPI DELL’INVENZIONE AIMS OF THE INVENTION
Uno scopo della presente invenzione è migliorare lo stato della tecnica anteriore. An object of the present invention is to improve the state of the prior art.
Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo isolatore, quale un isolatore sismico o un elemento di appoggio, integrato con uno o più sensori polimerici cromatici di deformazione, per qualsiasi tipo di costruzione, quale un edificio, un ponte, un’infrastruttura, eccetera. Per costruzioni si possono intendere anche opere non strutturali quali ad esempio piedistalli per opere artistiche, quali ad esempio statue o similari, per mobilio, per macchinari industriali, ecc.. A further object of the present invention is to provide an isolating device, such as a seismic isolator or a support element, integrated with one or more chromatic deformation polymeric sensors, for any type of construction, such as a building, a bridge, a infrastructure, etc. By constructions we can also mean non-structural works such as pedestals for artistic works, such as statues or similar, for furniture, for industrial machinery, etc.
Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo isolatore, quale un isolatore sismico o un elemento di appoggio, integrato con uno o più sensori polimerici cromatici di deformazione, che permetta: A further object of the present invention is to provide an isolating device, such as a seismic isolator or a support element, integrated with one or more polymeric chromatic deformation sensors, which allows:
- di dissipare efficientemente le forze e l’energia sviluppata da un sisma e/o dal vento e/o da particolari condizioni atmosferiche che generano oscillazioni o sollecitazioni dinamiche e/o che possono andarsi a sommare alle altre azioni dinamiche cui la costruzione sovrastante può essere sottoposta; - to efficiently dissipate the forces and energy developed by an earthquake and / or by the wind and / or by particular atmospheric conditions that generate oscillations or dynamic stresses and / or that can be added to the other dynamic actions to which the building above can be submitted;
- di fornire informazioni qualitative e/o quantitative in merito all’entità ed alla direzione della deformazione subita dal dispositivo a seguito di un evento sismico grazie alla variazione della lunghezza d’onda della luce riflessa dai sensori (deformati). - to provide qualitative and / or quantitative information on the extent and direction of the deformation suffered by the device following a seismic event thanks to the variation in the wavelength of the light reflected by the (deformed) sensors.
Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo isolatore, quale un isolatore sismico o un elemento di appoggio, integrato con sensore polimerico cromatico di deformazione, che sia in grado - oltre a quanto sopra indicato - di modificare il proprio comportamento meccanico in funzione della tipologia e/o intensità delle forze o dell’energia di sollecitazione cui è sottoposto. A further object of the present invention is to provide an isolating device, such as a seismic isolator or a support element, integrated with a chromatic deformation polymeric sensor, which is able - in addition to what is indicated above - to modify its own mechanical behavior in depending on the type and / or intensity of the forces or stress energy to which it is subjected.
Conformemente ad un aspetto della presente invenzione, è previsto un dispositivo isolatore, quale un isolatore sismico o un elemento di appoggio, secondo la rivendicazione 1. According to an aspect of the present invention, an isolating device is provided, such as a seismic isolator or a support element, according to claim 1.
Le rivendicazioni dipendenti si riferiscono a forme preferite e vantaggiose dell’invenzione. The dependent claims refer to preferred and advantageous forms of the invention.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS.
Le caratteristiche dell’invenzione saranno meglio comprese da ogni tecnico del ramo dalla descrizione che segue e dalle annesse tavole di disegni, dati quale esempio non limitativo, nei quali: The characteristics of the invention will be better understood by every technician in the art from the following description and the attached drawing tables, given as a non-limiting example, in which:
la figura 1 illustra una vista prospettica di un dispositivo isolatore quale un isolatore sismico secondo la presente invenzione, parzialmente sezionato in modo da visionarne la parte interna, Figure 1 illustrates a perspective view of an isolator device such as a seismic isolator according to the present invention, partially sectioned so as to view its internal part,
la figura 2 illustra una vista prospettiva dell’isolatore sismico di cui a figura 1, in una versione nella quale è inserito e fissato ad una struttura di una costruzione, Figure 2 illustrates a perspective view of the seismic isolator referred to in Figure 1, in a version in which it is inserted and fixed to a structure of a building,
la figura 3 illustra una vista corrispondente alla figura 2, Figure 3 illustrates a view corresponding to Figure 2,
la figura 4 illustra una vista in sezione presa lungo il piano di traccia IV-IV di figura 5 di un isolatore sismico secondo la presente invenzione, Figure 4 illustrates a sectional view taken along the plane of trace IV-IV of Figure 5 of a seismic isolator according to the present invention,
la figura 5 illustra una vista da sopra dell’isolatore sismico di cui a figura 4, Figure 5 illustrates a top view of the seismic isolator referred to in Figure 4,
la figura 6 illustra una vista prospettica di un dispositivo isolatore quale un elemento di appoggio secondo la presente invenzione, in cui il componente esterno è parzialmente sezionato in modo da visionarne la parte interna, Figure 6 illustrates a perspective view of an isolator device such as a support element according to the present invention, in which the external component is partially sectioned so as to view its internal part,
la figura 7 illustra una vista laterale dell’elemento di appoggio di cui a figura 6, privo del suo componente esterno, figure 7 illustrates a side view of the support element in figure 6, without its external component,
la figura 8 illustra una vista in sezione dell’elemento di appoggio presa lungo il piano di traccia VIII-VIII di figura 7, figure 8 illustrates a sectional view of the support element taken along the plane of trace VIII-VIII of figure 7,
la figura 9 illustra una versione di un componente del dispositivo isolatore quale l’isolatore sismico o l’elemento di appoggio secondo la presente invenzione, Figure 9 illustrates a version of a component of the isolator device such as the seismic isolator or the support element according to the present invention,
la figura 10 illustra una vista esterna di un dispositivo isolatore, quale un isolatore sismico (come alla figura 1 ma non sezionato), sulla cui superficie sono applicati in posizione verticale (rispetto alla base del dispositivo) dei sensori cromatici di deformazione secondo la presente invenzione, Figure 10 illustrates an external view of an isolating device, such as a seismic isolator (as in Figure 1 but not sectioned), on the surface of which chromatic deformation sensors according to the present invention are applied in a vertical position (with respect to the base of the device) ,
la figura 11 illustra una vista esterna di un dispositivo isolatore, quale un isolatore sismico (come alla figura 1 ma non sezionato), sulla cui superficie sono applicati in posizione orizzontale (rispetto alla base del dispositivo) dei sensori cromatici di deformazione secondo la presente invenzione, Figure 11 illustrates an external view of an isolating device, such as a seismic isolator (as in Figure 1 but not sectioned), on the surface of which chromatic deformation sensors according to the present invention are applied in a horizontal position (with respect to the base of the device) ,
la figura 12 illustra una vista esterna di un dispositivo isolatore, quale un isolatore sismico (come alla figura 1 ma non sezionato), sulla cui superficie è applicato in posizione verticale (rispetto alla base del dispositivo) un sensore cromatico di deformazione secondo la presente invenzione (fig. 12A) e deformato da una forza di taglio esterna F (fig.12B): nel caso della figura, la direzione di applicazione della forza esterna (e quindi la direzione dello spostamento di taglio del dispositivo isolatore) è perpendicolare alla superficie del sensore cromatico, Figure 12 illustrates an external view of an isolating device, such as a seismic isolator (as in Figure 1 but not sectioned), on the surface of which a chromatic deformation sensor according to the present invention is applied in a vertical position (with respect to the base of the device) (fig.12A) and deformed by an external shear force F (fig.12B): in the case of the figure, the direction of application of the external force (and therefore the direction of the shear displacement of the isolator device) is perpendicular to the surface of the chromatic sensor,
la figura 13 illustra una versione della formula della legge di Bragg e Snell, Figure 13 illustrates a version of the Bragg and Snell law formula,
la figura 14 illustra una vista semplificata e schematizzata della figura 12: il dispositivo isolatore è idealizzato come un parallelepipedo bidimensionale, sul cui lato verticale destro è applicata una striscia monodimensionale di lunghezza M ed altezza L rappresentante il sensore cromatico di deformazione (fig. 14A) ed in seguito a deformazione (fig. 14B), figure 14 shows a simplified and schematic view of figure 12: the isolator device is idealized as a two-dimensional parallelepiped, on the right vertical side of which a one-dimensional strip of length M and height L representing the chromatic deformation sensor is applied (fig.14A) and following deformation (fig.14B),
la figura 15 illustra una versione ulteriore della presente invenzione. Figure 15 illustrates a further version of the present invention.
FORME DI ATTUAZIONE DELL’INVENZIONE FORMS OF IMPLEMENTATION OF THE INVENTION
La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo isolatore, quale un isolatore sismico o ad un elemento di appoggio, indicato globalmente con il numero di riferimento 1, per costruzioni, quali ad esempio edifici, ponti, grandi strutture, infrastrutture in generale, ecc.. Per costruzioni si possono intendere anche opere non strutturali quali ad esempio piedistalli per opere artistiche, quali ad esempio statue o similari, per mobilio, per macchinari industriali, ecc.. The present invention refers to an isolating device, such as a seismic isolator or to a support element, globally indicated with the reference number 1, for constructions, such as for example buildings, bridges, large structures, infrastructures in general, etc. By constructions we can also mean non-structural works such as pedestals for artistic works, such as statues or similar, for furniture, for industrial machinery, etc.
Inoltre, il dispositivo isolatore 1 può essere utilizzato anche con strutture prefabbricate, quali ad esempio capannoni industriali. In tal caso, possono essere posizionati tra plinto e struttura stessa, in quanto si evita di appoggiare un elemento in cemento su un altro elemento in cemento. Furthermore, the isolator device 1 can also be used with prefabricated structures, such as for example industrial sheds. In this case, they can be positioned between the plinth and the structure itself, as it avoids placing a concrete element on another concrete element.
Il dispositivo isolatore 1 secondo la presente invenzione, quale un isolatore sismico o un elemento di appoggio, è integrato con uno o più sensori 50. L’almeno un sensore 50 è in grado di fornire informazioni qualitative e/o quantitative relativamente alle caratteristiche delle deformazioni subite dal dispositivo isolatore 1. The isolator device 1 according to the present invention, such as a seismic isolator or a support element, is integrated with one or more sensors 50. The at least one sensor 50 is capable of providing qualitative and / or quantitative information regarding the characteristics of the deformations suffered by the isolator device 1.
Tale almeno un sensore 50 è ad esempio un sensore di deformazione, quale un sensore polimerico cromatico di deformazione. Such at least one sensor 50 is for example a deformation sensor, such as a polymeric chromatic deformation sensor.
Quest’ultimo agisce grazie alla variazione della lunghezza d’onda della luce riflessa dal sensore 50 (quando deformato) e fornisce informazioni fondamentali per quanto concerne la diagnostica e/o la sicurezza delle opere o costruzioni. Il dispositivo isolatore 1 è un dispositivo in grado di isolare o separare o distanziare la struttura sovrastante di una costruzione e la parte della stessa solidale con le fondazioni o con il terreno al fine di dissipare e/o assorbire le forze o l’energia generate da determinate sollecitazioni dinamiche, quali quelle causate da un sisma e/o dal vento e/o da particolari condizioni atmosferiche che generano oscillazioni e/o che possono andarsi a sommare alle altre azioni dinamiche cui la costruzione sovrastante può essere sottoposta. In tal modo, il dispositivo isolatore 1 secondo la presente invenzione è in grado di di ridurre o eliminare gli effetti distruttivi di un terremoto o di tali eventi o sollecitazioni dinamiche. Il dispositivo isolatore 1 è posizionato sotto ad una struttura di una costruzione o di un’opera. The latter acts thanks to the variation in the wavelength of the light reflected by the sensor 50 (when deformed) and provides fundamental information regarding the diagnostics and / or safety of works or constructions. The isolator device 1 is a device capable of isolating or separating or spacing the overlying structure of a building and the part of the same integral with the foundations or with the ground in order to dissipate and / or absorb the forces or energy generated by certain dynamic stresses, such as those caused by an earthquake and / or by the wind and / or by particular atmospheric conditions that generate oscillations and / or which can be added to the other dynamic actions to which the building above can be subjected. In this way, the isolator device 1 according to the present invention is capable of reducing or eliminating the destructive effects of an earthquake or of such dynamic events or stresses. The isolator device 1 is positioned under a structure of a building or work.
In particolare, il dispositivo isolatore 1 può essere un isolatore sismico 1A, il quale è posizionato, in uso, tra le fondazioni F di una costruzione o di un’opera e la struttura S posta sopra alle stesse (vale a dire la sovrastruttura, o struttura che si sviluppa in altezza al di fuori del terreno). Grazie a questo posizionamento dell’isolatore sismico 1A, esso evita che si creino fenomeni di risonanza (nel terreno o nella struttura) delle forze e/o delle vibrazioni generate da sollecitazioni dinamiche (ad esempio causate dal sisma e/o dal vento e/o da particolari condizioni atmosferiche che generano oscillazioni e/o che possono andarsi a sommare alle altre azioni dinamiche cui la costruzione sovrastante può essere sottoposta, in quanto tali fenomeni sono i responsabili principali dei danni causati alla costruzione stessa). In particular, the isolator device 1 can be a seismic isolator 1A, which is positioned, in use, between the foundations F of a building or work and the structure S placed above them (i.e. the superstructure, or structure that develops in height outside the ground). Thanks to this positioning of the seismic isolator 1A, it prevents the creation of resonance phenomena (in the ground or in the structure) of the forces and / or vibrations generated by dynamic stresses (for example caused by the earthquake and / or wind and / or from particular atmospheric conditions that generate oscillations and / or that can be added to the other dynamic actions to which the building above can be subjected, as these phenomena are the main culprits of the damage caused to the building itself).
In una ulteriore versione, il dispositivo isolatore 1 può essere un elemento di appoggio 1B, il quale è invece solitamente posizionato sotto ad una struttura di una costruzione o di un’opera, anche senza essere interposto tra fondazioni F e struttura stessa, ad esempio tra i piloni e le campate o la travatura di un ponte, di un viadotto, di un cavalcavia o di una costruzione simile. In a further version, the isolator device 1 can be a support element 1B, which is instead usually positioned under a structure of a building or work, even without being interposed between foundations F and the structure itself, for example between the pylons and spans or trusses of a bridge, viaduct, flyover or similar construction.
L’elemento di appoggio 1B può essere sostanzialmente simile agli elementi di appoggio di tipo A, B, C, D, E o F o eventuali ulteriori classi o sottoclassi. The support element 1B can be substantially similar to the support elements of type A, B, C, D, E or F or any additional classes or subclasses.
Solitamente il dispositivo isolatore 1 secondo la presente invenzione, nella sua versione come isolatore sismico 1A, viene posizionato in zone particolarmente sismiche mentre, nella sua versione come elemento di appoggio 1B - eventualmente più basso di un isolatore sismico - viene posizionato al fine di ammortizzare oscillazioni o sollecitazioni della struttura. Tuttavia, tali funzioni possono anche essere invertite. Usually the isolator device 1 according to the present invention, in its version as a seismic isolator 1A, is positioned in particularly seismic areas while, in its version as a support element 1B - possibly lower than a seismic isolator - it is positioned in order to dampen oscillations or stresses of the structure. However, these functions can also be reversed.
In entrambi i casi, a seguito delle sollecitazioni esterne, il dispositivo isolatore 1 subisce delle deformazioni (taglio, torsione, trazione, compressione, flessione, ecc.) solitamente proporzionali all’intensità delle sollecitazioni stesse. In both cases, as a result of external stresses, the isolator device 1 undergoes deformations (shear, torsion, traction, compression, bending, etc.) usually proportional to the intensity of the stresses themselves.
La presente invenzione migliora la tecnica precedente fornendo informazioni qualitative e/o quantitative in merito all’entità ed alla direzione delle deformazioni subite dal dispositivo isolatore a seguito di un evento sismico grazie alla presenza dell’almeno un sensore 50 di deformazione, o ad esempio grazie alla variazione della lunghezza d’onda (e quindi del colore) della luce riflessa dal sensore 50 (deformato dal sisma). Essa rappresenta quindi una nuova tecnica diagnostica per la valutazione dello stato dei dispositivi isolatori e delle strutture. The present invention improves the prior art by providing qualitative and / or quantitative information regarding the extent and direction of the deformations undergone by the isolator device following a seismic event thanks to the presence of the at least one deformation sensor 50, or for example thanks to to the variation of the wavelength (and therefore of the color) of the light reflected by the sensor 50 (deformed by the earthquake). It therefore represents a new diagnostic technique for assessing the condition of isolating devices and structures.
Il dispositivo isolatore 1 secondo la presente invenzione è costituito da un corpo principale 2 di forma sostanzialmente a solido geometrico, quale ad esempio un prisma o un cilindro, sulla cui superficie esterna sono applicati uno o più sensori 50 di deformazione, quali uno o più sensori cromatici polimerici di deformazione (di qualsiasi dimensione e forma). La presente invenzione è quindi concepita come composta da due elementi intrinsecamente e imprescindibilmente accoppiati tra loro: il dispositivo isolatore 1 e l’almeno un sensore 50 di deformazione. The isolator device 1 according to the present invention consists of a main body 2 having a substantially geometric solid shape, such as for example a prism or a cylinder, on the external surface of which one or more deformation sensors 50 are applied, such as one or more sensors deformation polymeric chromatics (of any size and shape). The present invention is therefore conceived as composed of two elements intrinsically and inextricably coupled to each other: the isolator device 1 and the at least one deformation sensor 50.
Nelle allegate figure 10 e 11 sono illustrati, a titolo esemplificativo, tre sensori 50 di deformazione, quali tre sensori cromatici polimerici di deformazione. The attached figures 10 and 11 illustrate, by way of example, three deformation sensors 50, such as three polymeric deformation sensors.
Si procederà di seguito a descrivere la tecnica del dispositivo isolatore 1. The technique of isolator device 1 will be described below.
Il corpo principale 2 presenta due basi 3, 4, sostanzialmente parallele tra loro e aventi forma poligonale o circolare. The main body 2 has two bases 3, 4, substantially parallel to each other and having a polygonal or circular shape.
Le basi 3, 4 del corpo principale 3 sono sostanzialmente parallele al terreno o perpendicolari ad una direzione verticale lungo la quale si estende l’altezza della sovrastruttura della costruzione. The bases 3, 4 of the main body 3 are substantially parallel to the ground or perpendicular to a vertical direction along which the height of the superstructure of the building extends.
In particolare, in uso, la base 3 è la base superiore del corpo principale 2, affacciata verso la sovrastruttura della costruzione, mentre la base 4 è quella inferiore, affacciata in uso verso le fondazioni F o la parte più bassa della struttura della costruzione. In particular, in use, the base 3 is the upper base of the main body 2, facing towards the superstructure of the building, while the base 4 is the lower one, facing in use towards the foundations F or the lower part of the structure of the building.
Il corpo principale 2 presenta poi una superficie laterale 5, data da una superficie tubolare o da una serie di facce laterali dello stesso. The main body 2 then has a lateral surface 5, given by a tubular surface or by a series of lateral faces thereof.
La distanza tra le basi 3,4 è corrispondente sostanzialmente all’altezza H della superficie laterale 5, considerando per altezza una misura presa lungo una direzione parallela alla direzione verticale della costruzione. The distance between the bases 3,4 corresponds substantially to the height H of the side surface 5, considering for height a measurement taken along a direction parallel to the vertical direction of the construction.
Il corpo principale 2 comprende una serie di primi strati 6, paralleli tra loro e alle basi 3, 4. The main body 2 comprises a series of first layers 6, parallel to each other and to the bases 3, 4.
In una versione dell’invenzione, i primi strati 6 sono o possono essere equidistanti l’uno dall’altro. In one version of the invention, the first layers 6 are or can be equidistant from each other.
I primi strati 6 sono intervallati da una pluralità di secondi strati 7. The first layers 6 are interspersed with a plurality of second layers 7.
Pertanto, nel suo complesso, il corpo principale 2 del dispositivo isolatore è un multistrato. Tale multistrato, formato dalla pluralità di primi e secondi strati 6, 7, si estende per l’altezza H del corpo principale 2. Therefore, as a whole, the main body 2 of the isolator device is a multilayer. This multilayer, formed by the plurality of first and second layers 6, 7, extends for the height H of the main body 2.
I primi strati 6 si presentano sotto forma di lastre o dischi aventi un determinato spessore w. The first layers 6 are in the form of plates or discs having a certain thickness w.
I secondi strati 7 presentano uno spessore W. The second layers 7 have a thickness of W.
La scelta degli spessori w e W dipende dalle condizioni di progetto e quindi essi possono variare da caso a caso. The choice of thicknesses w and W depends on the design conditions and therefore they can vary from case to case.
In una versione dell’invenzione, lo spessore w è minore o uguale dello spessore W dei secondi strati 7. In one version of the invention, the thickness w is less than or equal to the thickness W of the second layers 7.
In una ulteriore versione, lo spessore w è maggiore dello spessore W dei secondi strati 7. In a further version, the thickness w is greater than the thickness W of the second layers 7.
Secondo la presente invenzione, i secondi strati 7 sono costituiti da un materiale il cui comportamento meccanico, compresa la sua deformazione, varia in funzione del tipo di forze o energia generate dalla sollecitazione cui è sottoposta la costruzione e, quindi, il dispositivo isolatore 1. According to the present invention, the second layers 7 consist of a material whose mechanical behavior, including its deformation, varies according to the type of forces or energy generated by the stress to which the construction is subjected and, therefore, the isolator device 1.
Pertanto, i secondi strati 7 comprendono (almeno in una versione dell’invenzione) un materiale non newtoniano, del tipo “tempo indipendente” pseudoplastico (quale una soluzione di un polimero, una dispersione liquida di gomme arabiche sintetiche come gomma adragante, gomma arabica, sodio alginato, metilcellulosa e dispersioni colloidali), oppure del tipo “tempo indipendente” avente natura dilatante (elastomeri, liquidi siliconici viscosi come il silicone commercializzato con il nome “Silly Putty” o materiali espansi a matrice polimerica). Therefore, the second layers 7 comprise (at least in one version of the invention) a non-Newtonian material, of the pseudoplastic "independent time" type (such as a solution of a polymer, a liquid dispersion of synthetic gum arabic such as tragacanth, gum arabic, sodium alginate, methylcellulose and colloidal dispersions), or of the "independent time" type having an expanding nature (elastomers, viscous silicone liquids such as silicone marketed under the name "Silly Putty" or polymeric matrix foam materials).
Il materiale non newtoniano dei secondi strati 7 in una ulteriore versione dell’invenzione è del tipo avente un comportamento “tempo dipendente”, sia di natura tixotropica sia di tipo reopettico. The non-Newtonian material of the second layers 7 in a further version of the invention is of the type having a "time dependent" behavior, both of a thixotropic and rheopectic nature.
Il materiale non newtoniano può costituire interamente i secondi strati 7 (come unico componente) oppure può essere presente come drogante all’interno di una matrice (di natura polimerica o non polimerica). The non-Newtonian material can entirely constitute the second layers 7 (as a single component) or it can be present as a dopant within a matrix (of a polymeric or non-polymeric nature).
Ad esempio, in una versione dell’invenzione, tale matrice polimerica comprende almeno un polimero quale, ad esempio, un elastomero naturale o sintetico e/o una miscela di elastomeri naturali e/o sintetici, o la gomma. For example, in one version of the invention, this polymeric matrix comprises at least one polymer such as, for example, a natural or synthetic elastomer and / or a mixture of natural and / or synthetic elastomers, or rubber.
Come detto più sopra, il dispositivo isolatore 1 comprende primi strati 6. As stated above, the isolator device 1 comprises first layers 6.
I primi strati 6 presentano proprietà di elevata rigidezza e resistenza a compressione. In una versione dell’invenzione, i primi strati 6 sono realizzati in un materiale metallico, ad esempio acciaio, o in un materiale composito o in un materiale polimerico. The first layers 6 have properties of high stiffness and compressive strength. In one version of the invention, the first layers 6 are made of a metal material, for example steel, or of a composite material or a polymeric material.
Nella versione in cui i primi strati 6 sono realizzati in acciaio, questo - sulla base della specifica normativa a riguardo - è acciaio S235 (corrispondente a Fe360). L’acciaio S235 presenta resistenza a trazione attorno a 360 Mpa e modulo elastico attorno a 200 Gpa. Il tipo di acciaio solitamente utilizzato, tuttavia, può essere scelto dal progettista e può anche essere S375 o S355. In the version in which the first 6 layers are made of steel, this - on the basis of the specific legislation in this regard - is S235 steel (corresponding to Fe360). S235 steel has a tensile strength of around 360 Mpa and an elastic modulus of around 200 Gpa. The type of steel usually used, however, can be chosen by the designer and can also be S375 or S355.
Nella versione in cui i primi strati 6 sono realizzati in un materiale composito, quest’ultimo comprende un materiale composito formato da una matrice, quale ad esempio una matrice polimerica, ed una pluralità di elementi di rinforzo (es. fibre). La presenza di elementi di rinforzo, quali ad esempio le fibre di carbonio, nel materiale composito garantisce prestazioni e rigidità superiori ad altri tipi di fibre o ad un materiale privo delle stesse. In the version in which the first layers 6 are made of a composite material, the latter comprises a composite material formed by a matrix, such as a polymeric matrix, and a plurality of reinforcing elements (e.g. fibers). The presence of reinforcing elements, such as carbon fibers, in the composite material guarantees performance and stiffness superior to other types of fibers or to a material without them.
In una versione ancora ulteriore, il materiale composito che costituisce i primi strati 6, può comprendere dei tessuti in fibre naturali, quali ad esempio lino e/o canapa, annegati all’interno di una matrice. Tali tessuti sono più leggeri ad esempio delle fibre di vetro e quindi, senza appesantire la struttura, sono in grado di dissipare e/o assorbire le vibrazioni o le sollecitazioni dinamiche cui il dispositivo isolatore 1 è sottoposto. In a still further version, the composite material that constitutes the first layers 6, may comprise fabrics in natural fibers, such as linen and / or hemp, embedded within a matrix. Such fabrics are lighter for example than glass fibers and therefore, without weighing down the structure, are able to dissipate and / or absorb the vibrations or dynamic stresses to which the isolator device 1 is subjected.
La matrice polimerica comprende un materiale costituito da uno o più polimeri, quali elastomeri, plastiche, materiali o polimeri termoplastici (come, ad esempio, Nylon o ABS), o polimeri termoindurenti, come ad esempio una resina epossidica o un poliestere o una resina fenolica, ecc.. The polymer matrix comprises a material consisting of one or more polymers, such as elastomers, plastics, thermoplastic materials or polymers (such as, for example, Nylon or ABS), or thermosetting polymers, such as, for example, an epoxy resin or a polyester or a phenolic resin , etc..
La matrice polimerica può, dunque, essere costituita da un unico polimero o da una miscela di più polimeri. The polymeric matrix can therefore be constituted by a single polymer or by a mixture of several polymers.
La presenza di resine epossidiche nella matrice è preferibile, in alcune versioni dell’invenzione, in quanto esse determinano elevate prestazioni meccaniche e/o criogeniche. The presence of epoxy resins in the matrix is preferable, in some versions of the invention, as they determine high mechanical and / or cryogenic performance.
Per materiale a matrice polimerica si intende un materiale il cui elemento costitutivo (che conferisce le principali proprietà meccaniche, termiche e chimico-fisiche al materiale stesso) è una matrice polimerica. Tale matrice polimerica può essere dopata con qualsivoglia agente chimico/fisico di processo o necessario per conferire determinate proprietà al materiale (es. agenti di reticolazione, antiossidanti, antiozonanti, acceleranti, attivanti, cariche inerti, cariche attive, materiali fotosensibili, termosensibili, promotori di adesione, agenti antifiamma, ecc..). By polymeric matrix material we mean a material whose constituent element (which gives the main mechanical, thermal and chemical-physical properties to the material itself) is a polymeric matrix. This polymeric matrix can be doped with any chemical / physical process agent or necessary to give certain properties to the material (e.g. cross-linking agents, antioxidants, antiozonants, accelerators, activators, inert fillers, active fillers, photosensitive materials, thermosensitive, adhesion, flame retardant agents, etc ..).
In una versione dell’invenzione, tale materiale composito comprende, come elementi di rinforzo, fibre di carbonio, fibre di vetro o fibre ceramiche o fibre aramidiche, quali ad esempio fibre di kevlar o una miscela di due o più dei seguenti: fibre di carbonio, fibre di vetro, fibre ceramiche, fibre aramidiche. In one version of the invention, this composite material comprises, as reinforcing elements, carbon fibers, glass fibers or ceramic fibers or aramid fibers, such as for example Kevlar fibers or a mixture of two or more of the following: carbon fibers , glass fibers, ceramic fibers, aramid fibers.
Il materiale composito - comprendente elementi di rinforzo o fibre di carbonio -comprende, in una versione dell’invenzione, una lastra del materiale della matrice (preferibilmente polimerica) ottenuta inglobando, all’interno della matrice stessa, un tessuto o una pluralità di tessuti in multistrato di elementi di rinforzo i di fibre di carbonio. L’andamento delle fibre che compone uno strato o almeno uno strato del tessuto determina il valore della resistenza a trazione del primo strato 6. Ad esempio, se l’andamento delle fibre o degli strati è perpendicolare tra loro, si avrà una resistenza a trazione maggiore rispetto a quando le fibre e/o i diversi strati di tessuto presentano un andamento parallelo tra loro. The composite material - comprising reinforcing elements or carbon fibers - comprises, in one version of the invention, a plate of the matrix material (preferably polymeric) obtained by incorporating, within the matrix itself, a fabric or a plurality of fabrics in multilayer of carbon fiber reinforcing elements. The trend of the fibers that make up a layer or at least one layer of the fabric determines the value of the tensile strength of the first layer 6. For example, if the trend of the fibers or layers is perpendicular to each other, there will be a tensile strength greater than when the fibers and / or the different layers of fabric have a parallel trend.
Ancora, se la fibra è unidirezionale si avrà resistenza a trazione solo lungo quella direzione, in alternativa alla resistenza su più direzioni quando le fibre presentano orientamenti lungo diverse direzioni nel tessuto o nel primo strato 6. Furthermore, if the fiber is unidirectional, there will be tensile strength only along that direction, as an alternative to resistance in multiple directions when the fibers have orientations along different directions in the fabric or in the first layer 6.
I primi strati 6 comprendenti un materiale composito, pertanto, almeno rispetto ad analoghi strati in metallo, presentano un basso peso specifico, un basso coefficiente di dilatazione termica, una elevata resistenza meccanica alla torsione, una elevata resistenza alla trazione ed una elevata rigidezza meccanica. The first layers 6 comprising a composite material, therefore, at least with respect to similar metal layers, have a low specific weight, a low coefficient of thermal expansion, a high mechanical resistance to torsion, a high tensile strength and a high mechanical stiffness.
In una ulteriore versione, i primi strati 6 non comprendono dunque acciaio. In a further version, the first layers 6 therefore do not include steel.
In una versione alternativa dell’invenzione, i primi strati 6 sono realizzati in un materiale polimerico o a matrice, quale ad esempio una polimerica, come sopra indicato ma senza la presenza di elementi di rinforzo. In an alternative version of the invention, the first layers 6 are made of a polymeric or matrix material, such as for example a polymeric, as indicated above but without the presence of reinforcing elements.
Di conseguenza, almeno in una versione dell’invenzione, è possibile progettare il prodotto ad hoc, a seconda dei requisiti tecnici dell’applicazione. Consequently, at least in one version of the invention, it is possible to design the product ad hoc, depending on the technical requirements of the application.
La funzione dei primi strati 6, nel corpo principale 2 multistrato, è soprattutto strutturale; tali primi strati 6, infatti, devono resistere ai carichi verticali (come il peso della costruzione o della sua struttura), distribuendo il peso e supportando il materiale che forma i secondi strati 7. The function of the first layers 6, in the multilayer main body 2, is above all structural; these first layers 6, in fact, must resist vertical loads (such as the weight of the building or its structure), distributing the weight and supporting the material that forms the second layers 7.
Secondo alcuni esempi illustrativi e non limitativi della presente invenzione, il dispositivo isolatore 1 può comprendere un multistrato formato da: According to some illustrative and non-limiting examples of the present invention, the isolator device 1 can comprise a multilayer formed by:
i) Primi strati 6 in acciaio e secondi strati 7 comprendenti un materiale non newtoniano, oppure i) First layers 6 in steel and second layers 7 comprising a non-Newtonian material, or
ii) Primi strati 6 in materiale composito e secondi strati 7 comprendenti un materiale non newtoniano, oppure ii) First layers 6 in composite material and second layers 7 comprising a non-Newtonian material, or
iii) Primi strati 6 in materiale polimerico e secondi strati 7 comprendenti un materiale non newtoniano, oppure iii) First layers 6 in polymeric material and second layers 7 comprising a non-Newtonian material, or
iv) Primi strati 6 in acciaio e secondi strati 7 comprendenti un materiale composito (come quello sopra descritto per i primi strati 6) a cui viene aggiunto un materiale non newtoniano, oppure iv) First layers 6 of steel and second layers 7 comprising a composite material (such as the one described above for the first layers 6) to which a non-Newtonian material is added, or
v) Primi strati 6 comprendenti un materiale composito e secondi strati 7 comprendenti un materiale composito (come quello sopra descritto per i primi strati 6) a cui viene aggiunto un materiale non newtoniano. v) First layers 6 comprising a composite material and second layers 7 comprising a composite material (such as the one described above for the first layers 6) to which a non-Newtonian material is added.
Il dispositivo isolatore 1 può comprendere, inoltre, un involucro esterno 8, in grado di alloggiare la pluralità di primi e di secondi strati 6, 7. The isolator device 1 can also comprise an external casing 8, capable of housing the plurality of first and second layers 6, 7.
In una versione dell’invenzione, il materiale che compone l’involucro esterno 8 è una matrice polimerica comprendente almeno un polimero quale, ad esempio, un elastomero naturale o sintetico e/o una miscela di elastomeri naturali e/o sintetici. In one version of the invention, the material that makes up the outer shell 8 is a polymeric matrix comprising at least one polymer such as, for example, a natural or synthetic elastomer and / or a mixture of natural and / or synthetic elastomers.
L’involucro esterno 8 costituisce la superficie esterna del corpo principale 2 e racchiude o alloggia il multistrato formato dai primi strati 6 e dai secondi strati 7. The external envelope 8 constitutes the external surface of the main body 2 and encloses or houses the multilayer formed by the first layers 6 and the second layers 7.
Secondo un esempio realizzativo, l’involucro esterno 8 si estende per almeno 5 mm o per almeno 10 mm attorno al multistrato e/o esternamente ai primi strati 6 e ai secondi strati 6. According to an embodiment example, the external envelope 8 extends for at least 5 mm or for at least 10 mm around the multilayer and / or externally to the first layers 6 and to the second layers 6.
L’involucro esterno 8 protegge il dispositivo isolatore 1 e/o il suo corpo principale 2 dall’ossidazione che può avvenire a causa dell’ambiente in cui tali dispositivi sono posizionati. The outer casing 8 protects the isolator device 1 and / or its main body 2 from oxidation that can occur due to the environment in which these devices are positioned.
Per tale ragione, il materiale che costituisce l’involucro esterno 8 può comprendere un agente anti-ossidante e/o un agente antiozonante e/o un agente anti-fiamma e/o un materiale dielettrico. Quest’ultimo, in particolare, permette al materiale dell’involucro esterno 8 di essere isolato anche elettricamente dall’ambiente circostante. Il dispositivo isolatore 1 secondo la presente invenzione è in grado di svolgere, almeno in una sua versione, la propria funzione in un range di temperature che va da -40°C a 40°C. Infatti, il materiale che costituisce i primi strati 6 ed i secondi strati 7 altera limitatamente le sue caratteristiche (con variazioni all’interno dei limiti normativi) all’interno di questo range di temperature. In tal modo, i dispositivi isolatori 1 secondo la presente invenzione risultano estremamente versatili, per quanto riguarda il clima a cui possono funzionare e quindi alla tipologia di costruzioni per i quali sono utilizzati. In una versione dell’invenzione, il corpo principale comprende un numero di primi strati 6 che va da 5 a 50 o preferibilmente da 10 a 40 o ancora più preferibilmente da 20 a 30. For this reason, the material that constitutes the external envelope 8 may include an anti-oxidant agent and / or an antiozonating agent and / or an anti-flame agent and / or a dielectric material. The latter, in particular, allows the material of the external casing 8 to be electrically isolated from the surrounding environment. The isolator device 1 according to the present invention is able to perform, at least in one of its versions, its function in a range of temperatures ranging from -40 ° C to 40 ° C. In fact, the material that constitutes the first layers 6 and the second layers 7 alters its characteristics to a limited extent (with variations within the regulatory limits) within this temperature range. In this way, the insulating devices 1 according to the present invention are extremely versatile, as regards the climate in which they can operate and therefore the type of buildings for which they are used. In one version of the invention, the main body comprises a number of first layers 6 ranging from 5 to 50 or preferably from 10 to 40 or even more preferably from 20 to 30.
Analogamente, il numero di secondi strati 7 va da 5 a 50 o preferibilmente da 10 a 40 o ancora più preferibilmente da 20 a 30. Similarly, the number of second layers 7 ranges from 5 to 50 or preferably from 10 to 40 or even more preferably from 20 to 30.
Tuttavia, il numero di strati, così come il loro spessore, può variare da caso a caso ed è un parametro che viene stabilito solitamente dal progettista in base al tipo di costruzione con la quale l’isolatore sismico 1A o l’elemento di appoggio 1B secondo la presente invenzione viene utilizzato. However, the number of layers, as well as their thickness, can vary from case to case and is a parameter that is usually established by the designer based on the type of construction with which the seismic isolator 1A or the support element 1B according to the present invention it is used.
Il numero di strati varia anche a seconda del tipo di progetto che si sta eseguendo e del tipo di area in cui il dispositivo isolatore 1 deve essere utilizzato. Dunque, in generale, se il numero dei primi strati 6 è X, il numero dei secondi strati 7 è X 1. The number of layers also varies according to the type of project being carried out and the type of area in which the isolator device 1 is to be used. Therefore, in general, if the number of the first layers 6 is X, the number of the second layers 7 is X 1.
In una versione ulteriore dell’invenzione, illustrata in figura 9, l’isolatore sismico o l’elemento di appoggio 1 comprende primi strati 16, i quali possono presentare una struttura a sandwich, al fine di aumentarne la rigidità e la robustezza e al contempo, di implementare tali proprietà nell’isolatore sismico o nell’elemento di appoggio 1 secondo la presente invenzione. In a further version of the invention, illustrated in Figure 9, the seismic isolator or the support element 1 comprises first layers 16, which can have a sandwich structure, in order to increase their rigidity and strength and at the same time , to implement these properties in the seismic isolator or in the support element 1 according to the present invention.
Questa versione dei primi strati 16 prevede che ciascuno di essi comprenda un’anima 18 racchiusa da due superfici, denominate pelli o skins 17, in corrispondenza delle superfici maggiori del primo strato 16 o parallele alle basi 3, 4 dell’isolatore sismico o elemento di appoggio 1. This version of the first layers 16 provides that each of them comprises a core 18 enclosed by two surfaces, called skins 17, in correspondence with the major surfaces of the first layer 16 or parallel to the bases 3, 4 of the seismic isolator or element of support 1.
Tali superfici 17 possono essere realizzate in un materiale composito comprendente elementi di rinforzo o fibre, ad esempio di vetro o di carbonio o di kevlar o ceramiche o aramidiche. In tal modo, tale materiale composito presenta un elevato modulo di Young e oppone quindi elevata resistenza alle sollecitazioni di trazione e compressione. Tale materiale, pertanto si comporta come se fosse inestensibile e incomprimibile. These surfaces 17 can be made of a composite material comprising reinforcing elements or fibers, for example of glass or carbon or Kevlar or ceramic or aramid. In this way, this composite material has a high Young's modulus and therefore opposes high resistance to tensile and compressive stresses. This material therefore behaves as if it were inextensible and incompressible.
Il primo strato 16 secondo questa versione presenta le sue superfici, o pelli o skins 17, in cui le fibre sono formate in stratificato. The first layer 16 according to this version has its surfaces, or skins 17, in which the fibers are formed in stratified.
Anche il materiale che compone l’anima 18 interna del sandwich è un materiale in grado di essere considerato incomprimibile. In tal modo, il primo strato 16 presenta una struttura con una rigidità di gran lunga superiore a quella di un laminato di spessore pari alla somma delle due pelli 17 del sandwich. The material that makes up the internal core 18 of the sandwich is also a material capable of being considered incompressible. In this way, the first layer 16 has a structure with a rigidity far superior to that of a laminate having a thickness equal to the sum of the two hides 17 of the sandwich.
Inoltre, il materiale che compone l’anima 18 è leggero. In addition, the material that makes up the core 18 is light.
L’anima può essere realizzata con uno dei seguenti materiali: un materiale espanso, un materiale espanso quale un polimero reticolato termoindurente prodotto in presenza di un agente espandente, il poliuretano espanso, o un materiale alveolare (a nido d’ape), quale ad esempio un materiale metallico o plastico avente struttura (celle) a nido d'ape, quale alluminio alveolare, policarbonato alveolare, polipropilene alveolare, ecc.. The core can be made with one of the following materials: a foam material, a foam material such as a thermosetting cross-linked polymer produced in the presence of a blowing agent, the polyurethane foam, or a honeycomb material, such as for example a metal or plastic material having a honeycomb structure (cells), such as alveolar aluminum, alveolar polycarbonate, alveolar polypropylene, etc.
Il materiale espanso presenta una resistenza a compressione che è determinata dalla densità: un’alta densità corrisponde ad una maggior resistenza a compressione. The foam material has a compressive strength which is determined by the density: a high density corresponds to a greater compressive strength.
L’anima 18 presenta uno spessore Z, dato dalla distanza tra le due superfici o pelli o skins 17. Maggiore è lo spessore Z, maggiore è il momento di inerzia e quindi più rigida diventa la struttura del primo strato 16 e, di conseguenza, dell’isolatore sismico o elemento di appoggio 1. The core 18 has a thickness Z, given by the distance between the two surfaces or skins 17. The greater the thickness Z, the greater the moment of inertia and therefore the stiffer the structure of the first layer 16 becomes and, consequently, of the seismic isolator or support element 1.
Man mano che lo spessore Z diminuisce, è utile utilizzare un’anima 18 avente una densità più elevata in quanto, se sottoposta a flessione, l’anima 18 risulta progressivamente più sollecitata a compressione. As the thickness Z decreases, it is useful to use a core 18 having a higher density since, if subjected to bending, the core 18 is progressively more compressed.
Anche nel caso dei primi strati 16, essi sono intervallati da una pluralità di secondi strati 7. Also in the case of the first layers 16, they are interspersed with a plurality of second layers 7.
L’adesione tra primo strati 6, 16 e secondi strati 7 o tra le pelli 17 e l’anima 18 dei primi strati 16 e, successivamente, con i secondi strati 7 avviene mediante l’uso di mezzi adesivi. The adhesion between first layers 6, 16 and second layers 7 or between the skins 17 and the core 18 of the first layers 16 and, subsequently, with the second layers 7 takes place through the use of adhesive means.
Tali mezzi adesivi possono comprendere, in una versione dell’invenzione, degli strati leganti composti da adesivi o vernici a base solvente o a base acqua o privi di diluente. In tal modo, si ottengono ottimi risultati di tenuta, pur utilizzando materiali anche in grado di rispettare l’ambiente. Such adhesive means may comprise, in one version of the invention, binder layers composed of solvent-based or water-based or diluent-free adhesives or paints. In this way, excellent sealing results are obtained, while using materials that are also able to respect the environment.
Secondo un esempio realizzativo, un primo strato 16 può essere realizzato da un sandwich avente spessore complessivo pari a 17 mm, per una lunghezza della lastra o dello strato pari a 1.5 m. In tal caso, il sandwich presenta le seguenti caratteristiche: peso pari a 4.3 Kg/m<2 >e, se sottoposto ad un carico pari a 1000N/m2, esso presenta una incurvatura (deflection) pari a 30 mm (eventualmente con un fattore di sicurezza (safety factor) pari a 5.7). According to an embodiment, a first layer 16 can be made from a sandwich having an overall thickness of 17 mm, for a length of the plate or of the layer equal to 1.5 m. In this case, the sandwich has the following characteristics: weight equal to 4.3 Kg / m <2> and, if subjected to a load equal to 1000N / m2, it presents a deflection of 30 mm (possibly with a safety factor equal to 5.7).
Confrontando una situazione simile (carico pari a 1000 N/m<2>), una lastra tradizionale di acciaio, avente uno spessore di 5 mm, presenta un peso pari a 39 Kg/m<2>, una deflessione di 30 mm ed un fattore di sicurezza pari a 3. Comparing a similar situation (load equal to 1000 N / m <2>), a traditional steel plate, having a thickness of 5 mm, has a weight equal to 39 Kg / m <2>, a deflection of 30 mm and a safety factor equal to 3.
Si vede così come la presente invenzione svolga prestazioni molto più efficienti ed efficaci rispetto alle soluzioni di tipo noto. Inoltre, poiché il tipo di risposta non è legato alla particolare struttura (intesa come numero o dimensione degli strati) del dispositivo isolatore 1, ma varia in base al tipo di sollecitazione dinamica (proprio grazie alla presenza all'interno del dispositivo di un materiale in grado di variare il suo comportamento meccanico in funzione della forza cui è sottoposto), l’utilizzo della presente invenzione risulta molto più sicuro per le costruzioni o strutture alle quali il dispositivo isolatore 1 è installato. In corrispondenza delle basi 3,4, il dispositivo isolatore 1 e/o l’isolatore sismico 1A può comprendere delle piastre 20. Tali piastre 20 presentano uno spessore maggiore rispetto a quello di un primo strato 6, 16 o di un secondo strato 7. Tali piastre sono realizzate in materiale composito oppure in acciaio. Tali piastre 20 presentano dei fori per il fissaggio del dispositivo isolatore 1 e/o dell’isolatore sismico 1A a dei supporti intermedi 21, posti tra la piastra 20 e le fondazioni F e/o la sovrastruttura S della costruzione. It can thus be seen that the present invention performs much more efficient and effective performances than known solutions. Furthermore, since the type of response is not linked to the particular structure (understood as the number or size of the layers) of the isolator device 1, but varies according to the type of dynamic stress (thanks to the presence inside the device of a material in able to vary its mechanical behavior according to the force to which it is subjected), the use of the present invention is much safer for the constructions or structures to which the isolator device 1 is installed. At the bases 3,4, the isolator device 1 and / or the seismic isolator 1A can comprise plates 20. These plates 20 have a greater thickness than that of a first layer 6, 16 or of a second layer 7. These plates are made of composite material or steel. These plates 20 have holes for fixing the isolator device 1 and / or the seismic isolator 1A to the intermediate supports 21, placed between the plate 20 and the foundations F and / or the superstructure S of the building.
Il fissaggio tra piastre 20 e supporti intermedi 21 può avvenire mediante viti adatte. Tali supporti intermedi 21, in una versione dell’invenzione ad esempio illustrata in figura 3, possono presentare un’impronta incavata per l’alloggiamento delle piastre 20 e/o dell’isolatore sismico 1A. The fixing between plates 20 and intermediate supports 21 can take place by means of suitable screws. These intermediate supports 21, in a version of the invention illustrated for example in Figure 3, may have a recessed footprint for housing the plates 20 and / or the seismic isolator 1A.
In una ancora ulteriore versione dell’invenzione, ad esempio illustrata nelle figure 4 e 5, il dispositivo isolatore 1 e/o l’isolatore sismico 1A può comprendere almeno un foro 22 che può rimanere vuoto per tutta la vita dell’opera o, a volte, essere riempito di piombo per aumentare le capacità di smorzamento del sistema. In a still further version of the invention, for example illustrated in Figures 4 and 5, the isolator device 1 and / or the seismic isolator 1A can comprise at least one hole 22 which can remain empty for the entire life of the work or, times, be filled with lead to increase the damping capabilities of the system.
L’almeno un foro 22 può avere forma cilindrica ed estendersi dalla base 3 verso l’interno del dispositivo isolatore 1 e/o dell’isolatore sismico 1A. The at least one hole 22 can have a cylindrical shape and extend from the base 3 towards the inside of the isolator device 1 and / or of the seismic isolator 1A.
Inoltre, in corrispondenza della base 3, possono essere presenti dei mezzi di chiusura 22b, per chiudere l’accesso del foro 22. Furthermore, at the base 3, closing means 22b may be present, to close the access to the hole 22.
Un possibile metodo per la realizzazione del dispositivo isolatore 1 comprende le seguenti fasi: A possible method for manufacturing the isolator device 1 comprises the following steps:
predisposizione di un primo strato 6, 16, preparation of a first layer 6, 16,
applicazione su una superficie del primo strato 6, 16 di un mezzo adesivo, application on a surface of the first layer 6, 16 of an adhesive medium,
asciugatura del mezzo adesivo, drying of the adhesive medium,
ripetizione delle suddette fasi per ciascun primo strato 6, 16, repetition of the above steps for each first layer 6, 16,
stampaggio di tale pluralità di primi strati 6, 16 con il materiale che costituisce i secondi strati 7, con ottenimento della struttura multistrato. molding of this plurality of first layers 6, 16 with the material constituting the second layers 7, obtaining the multilayer structure.
Inoltre, a seguire o in modo contestuale, può essere prevista una fase di stampaggio dell’involucro esterno 8. Furthermore, following or in a contextual manner, a molding phase of the external envelope 8 may be envisaged.
La suddetta fase di stampaggio comprende la vulcanizzazione del materiale che compone i secondi strati 7 e/o dell’involucro esterno 8, essendo tale vulcanizzazione in grado di accoppiare la struttura del corpo principale 2. The aforementioned molding step includes the vulcanization of the material that makes up the second layers 7 and / or of the outer casing 8, this vulcanization being able to couple the structure of the main body 2.
Una fase ulteriore che può essere inclusa nel metodo suddetto comprende una fase di pulizia dei primi strati 6, 16, mediante l’uso di solventi appositi, prima della fase di applicazione del mezzo adesivo. A further step that can be included in the aforementioned method includes a cleaning step of the first layers 6, 16, through the use of special solvents, before the application step of the adhesive medium.
Ulteriori fasi possono comprendere l’applicazione di una o più piastre 20 ed il fissaggio delle stesse ad almeno un supporto intermedio 21. Further steps may include the application of one or more plates 20 and their attachment to at least one intermediate support 21.
Infine, il dispositivo isolatore 1, eventualmente dotato di una piastra 20 e/o di un supporto intermedio 21, viene applicato alla costruzione in questione, esempio frapposto tra le fondazioni F e la sovrastruttura S. Finally, the isolator device 1, possibly equipped with a plate 20 and / or with an intermediate support 21, is applied to the construction in question, for example interposed between the foundations F and the superstructure S.
Come detto, secondo la presente invenzione è presente almeno un sensore 50 di deformazione. As said, according to the present invention there is at least one deformation sensor 50.
Si procederà di seguito a descrivere un esempio di sensore 50 di deformazione, quale un sensore polimerico cromatico di deformazione. An example of a deformation sensor 50, such as a polymeric chromatic deformation sensor, will be described below.
In una versione dell’invenzione, il sensore cromatico di deformazione è del tipo a cristallo fotonico (PCs) o contenente PCs. In questo tipo di sensore, le proprietà ottiche del sensore sono regolate dalla periodicità dell’indice di rifrazione. I PCs sono composti da nano strutture dielettriche o semidielettriche che influenzano la propagazione delle onde elettromagnetiche, possedendo bande fotoniche accessibili per alcune frequenze e vietate per altre. In one version of the invention, the chromatic deformation sensor is of the photonic crystal type (PCs) or containing PCs. In this type of sensor, the optical properties of the sensor are governed by the periodicity of the refractive index. PCs are composed of dielectric or semidielectric nano structures that influence the propagation of electromagnetic waves, possessing photonic bands accessible for some frequencies and forbidden for others.
Secondo la legge di Bragg e Snell (Fig.13), la lunghezza d’onda della luce riflessa dal PC (e quindi il colore del PC) dipende anche dalla distanza interplanare D del reticolo di diffrazione del PC. Cambiando la distanza interplanare del reticolo di diffrazione del PC, cambia la lunghezza d’onda della luce riflessa dal PC e quindi il suo colore. According to the law of Bragg and Snell (Fig. 13), the wavelength of the light reflected by the PC (and therefore the color of the PC) also depends on the interplanar distance D of the diffraction grating of the PC. By changing the interplanar distance of the PC diffraction grating, the wavelength of the light reflected by the PC and therefore its color changes.
Applicando quindi il sensore 50 sulla superficie laterale esterna 5 del dispositivo isolatore 1, una deformazione di quest’ultimo comporta una deformazione del sensore (ad essa proporzionale), il quale assume un colore la cui lunghezza d’onda dipende dalla deformazione raggiunta dal sensore stesso. Secondo la presente invenzione, il colore dell’almeno un sensore 50 applicato al dispositivo isolatore deformato fornisce informazioni circa l’entità e/o la direzione delle deformazioni subite dal dispositivo 1. Questa caratteristica rende i PCs ideali per monitorare, in modo reversibile o permanente, le deformazioni subite dagli elementi strutturali e/o dalle costruzioni. Therefore, by applying the sensor 50 on the external lateral surface 5 of the isolator device 1, a deformation of the latter involves a deformation of the sensor (proportional to it), which assumes a color whose wavelength depends on the deformation reached by the sensor itself . According to the present invention, the color of the at least one sensor 50 applied to the deformed isolator device provides information about the extent and / or direction of the deformations undergone by the device 1. This characteristic makes the PCs ideal for monitoring, in a reversible or permanent way. , the deformations undergone by structural elements and / or constructions.
Secondo la presente invenzione, a seconda della natura del sensore colorimetrico ed in seguito alla deformazione del dispositivo isolatore 1 a cui è applicato, il sensore colorimetrico di deformazione può subire: According to the present invention, depending on the nature of the colorimetric sensor and following the deformation of the isolator device 1 to which it is applied, the deformation colorimetric sensor can undergo:
- una deformazione permanente e irreversibile (in questa versione dell’invenzione, il sensore è adatto al monitoraggio permanente di elementi strutturali soggetti a danneggiamenti “a fatica”). In questo caso, il sensore 50 rimane deformato (e quindi di diverso colore) in modo permanente dopo che il dispositivo isolatore ha recuperato la sua forma originale; - permanent and irreversible deformation (in this version of the invention, the sensor is suitable for permanent monitoring of structural elements subject to "fatigue" damage). In this case, the sensor 50 remains permanently deformed (and therefore of a different color) after the isolating device has recovered its original shape;
- una deformazione reversibile che può essere recuperata (in questa versione dell’invenzione, il sensore 50 è adatto sia al monitoraggio di elementi soggetti a deformazioni cicliche, sia alla rilevazione di eventuali deformazioni non permanenti del dispositivo - dopo la cessazione della forza esterna di deformazione). In questo caso, infatti, sei il dispositivo recupera la forma iniziale senza mantenere deformazioni residue, anche il sensore 50 recupera la sua forma originale (e quindi il colore iniziale) - dopo che il dispositivo isolatore ha recuperato la sua forma originale - e quindi dimostra l’assenza di deformazioni residue del dispositivo (dopo la fine del sisma, per esempio). Viceversa, il sensore “irreversibile” resterebbe deformato e colorato (alla deformazione massima raggiunta) anche se il dispositivo recuperasse la forma iniziale (e quindi non potrebbe dare evidenza di eventuali deformazioni permanenti residue del dispositivo). - a reversible deformation that can be recovered (in this version of the invention, the sensor 50 is suitable both for monitoring elements subject to cyclic deformations, and for detecting any non-permanent deformations of the device - after the cessation of the external deformation force ). In this case, in fact, if the device recovers its initial shape without maintaining residual deformations, the sensor 50 also recovers its original shape (and therefore the initial color) - after the isolator device has recovered its original shape - and therefore demonstrates the absence of residual deformations of the device (after the end of the earthquake, for example). Conversely, the “irreversible” sensor would remain deformed and colored (at the maximum deformation reached) even if the device recovered its initial shape (and therefore could not give evidence of any residual permanent deformations of the device).
In una versione dell’invenzione, i PCs appartengono alla tipologia dei materiali solidi costituiti da cristalli colloidali inseriti all’interno di matrici polimeriche, tuttavia l’invenzione così concepita comprende tutti i materiali che cambiano colore con la loro deformazione (non solo PC), sintetizzati, costruiti, prodotti, stampati, ecc..in qualsiasi modo e con qualsiasi tecnologia realizzativa (ad esempio deposizione verticale, sol gel, repulsione elettrostatica, auto-assemblaggio da forza capillare, litografia e nanocasting, sputtering, chemical and physical vapour deposition, ecc…) e successivamente applicati sulla superficie di un dispositivo isolatore 1. In questo caso le tecniche realizzative possono essere varie, la cosa importante è che la deformazione del sensore 50 sia solidale e possa quantificare quella del dispositivo 1. In one version of the invention, PCs belong to the type of solid materials consisting of colloidal crystals inserted inside polymeric matrices, however the invention thus conceived includes all materials that change color with their deformation (not only PC), synthesized, constructed, produced, printed, etc. in any way and with any manufacturing technology (for example vertical deposition, sol gel, electrostatic repulsion, self-assembly by capillary force, lithography and nanocasting, sputtering, chemical and physical vapor deposition, etc ...) and subsequently applied on the surface of an isolator device 1. In this case the manufacturing techniques can be various, the important thing is that the deformation of the sensor 50 is integral and can quantify that of the device 1.
In una versione dell’invenzione, i PCs da applicare al dispositivo isolatore sono del tipo film sottile depositato su un supporto elastomerico flessibile (es. fluoroelastomero) utilizzando sfere del tipo silice o polistirene (con diametro da 100 nm a 1000 nm) inserite all’interno di una matrice elastomerica del tipo polidimetilsilossano (PDMS) (per esempio infiltrando le sfere con una soluzione di PDMS, successivamente reticolata a caldo o a raggi UV). In a version of the invention, the PCs to be applied to the isolator device are of the thin film type deposited on a flexible elastomeric support (e.g. fluoroelastomer) using spheres of the silica or polystyrene type (with a diameter from 100 nm to 1000 nm) inserted into the interior of an elastomeric matrix of the polydimethylsiloxane (PDMS) type (for example by infiltrating the spheres with a PDMS solution, subsequently cross-linked by heat or UV rays).
In un’altra versione dell’invenzione, i PCs da applicare al dispositivo isolatore sono del tipo a particelle costituite da un nucleo rigido, del tipo polistirene-poli(metil metacrilato) rivestite da un guscio esterno composto da una matrice soffice del tipo poli(etil acrilato). In another version of the invention, the PCs to be applied to the isolator device are of the particle type consisting of a rigid core, of the polystyrene-poly (methyl methacrylate) type covered by an outer shell composed of a soft matrix of the poly (methyl methacrylate) type. ethyl acrylate).
In un’altra versione dell’invenzione, i PCs da applicare al dispositivo isolatore sono del tipo a nano particelle ad alto indice di rifrazione (del tipo nano particelle di ZrO2) inserite all’interno di una matrice elastica e flessibile in grado di sostenere elevate deformazioni (del tipo elastomeri “slide ring”). In another version of the invention, the PCs to be applied to the isolator device are of the high refractive index nano particle type (of the ZrO2 nano particle type) inserted inside an elastic and flexible matrix capable of supporting high deformations (such as “slide ring” elastomers).
In una versione dell’invenzione, il sensore 50 di deformazione è un sensore cromico di deformazione applicato sulla superficie del dispositivo isolatore è del tipo cristallo fotonico inverso (IOPC), nel quali le nano strutture dielettriche o semidielettriche che influenzano la propagazione delle onde elettromagnetiche sono sostituite da vuoti all’interno della matrice polimerica. La struttura periodica dei vuoti del IOPC modula la propagazione delle onde elettromagnetiche all’interno del materiale, creando bande fotoniche accessibili per alcune frequenze e vietate per altre. Secondo la legge di Bragg e Snell (Fig.13), la lunghezza d’onda della luce riflessa dal IOPC (e quindi il colore) dipende anche dalla distanza interplanare D del reticolo di diffrazione del IOPC. Cambiando la distanza interplanare del reticolo di diffrazione del IOPC, cambia la lunghezza d’onda della luce riflessa dal IOPC e quindi il suo colore. In one version of the invention, the strain sensor 50 is a chromic strain sensor applied to the surface of the isolator device and is of the inverse photonic crystal (IOPC) type, in which the dielectric or semidielectric nano structures that influence the propagation of electromagnetic waves are replaced by voids within the polymer matrix. The periodic structure of the voids of the IOPC modulates the propagation of electromagnetic waves within the material, creating photonic bands that are accessible for some frequencies and prohibited for others. According to the law of Bragg and Snell (Fig. 13), the wavelength of the light reflected by the IOPC (and therefore the color) also depends on the interplanar distance D of the diffraction grating of the IOPC. By changing the interplanar distance of the IOPC diffraction grating, the wavelength of the light reflected by the IOPC changes and therefore its color.
In generale i IOPC sono realizzati partendo dai PCs, rimuovendo successivamente le nanostrutture dalla matrice (lasciando quindi un reticolo periodico costituito da vuoti). In una versione dell’invenzione, i IOPC si ottengono creando una struttura cristallina submicrometrica di sfere tipo polimetilmetacrilato (PMMA) all’interno di una matrice di tipo silicone e dissolvendo successivamente le sfere di tipo PMMA con opportuno solvente tipo acetone. In general, IOPCs are made starting from PCs, subsequently removing the nanostructures from the matrix (thus leaving a periodic lattice made up of voids). In one version of the invention, IOPCs are obtained by creating a submicrometric crystalline structure of polymethylmethacrylate (PMMA) spheres within a silicone-type matrix and subsequently dissolving the PMMA-type spheres with a suitable solvent such as acetone.
I sensori 50 di deformazione, realizzati con PCs, con IOPC o con qualsiasi altro materiale che cambia colore con la deformazione (e/o sintetizzati, costruiti, prodotti, stampati, ecc..in qualsiasi modo e con qualsiasi tecnologia), possono essere applicati al dispositivo isolatore: The strain sensors 50, made with PCs, with IOPC or with any other material that changes color with deformation (and / or synthesized, constructed, produced, printed, etc. in any way and with any technology), can be applied to the isolator device:
- in qualsiasi forma e dimensione; - in any shape and size;
- in qualsiasi numero; - in any number;
- in qualsiasi posizione nel dispositivo (in posizione orizzontale, verticale, obliqua, al centro, ecc..). - in any position in the device (horizontal, vertical, oblique, center, etc.).
I possibili metodi per l’applicazione dei sensori 50 di deformazione sul dispositivo isolatore sono: The possible methods for applying the deformation sensors 50 on the isolator device are:
- La co-vulcanizzazione e/o co-reticolazione a caldo dei sensori cromatici assieme al dispositivo isolatore durante lo stampaggio del dispositivo (utilizzando qualsiasi agente di adesione), - The co-vulcanization and / or hot co-crosslinking of the color sensors together with the isolator device during the molding of the device (using any adhesion agent),
- La vulcanizzazione e/o reticolazione a caldo dei sensori cromatici sulla superficie del dispositivo isolatore dopo lo stampaggio del dispositivo (utilizzando qualsiasi agente di adesione), - The vulcanization and / or hot crosslinking of the color sensors on the surface of the isolator device after the molding of the device (using any adhesion agent),
- L’adesivizzazione e/o reticolazione a freddo dei sensori cromatici sulla superficie del dispositivo isolatore dopo lo stampaggio del dispositivo (utilizzando qualsiasi agente di adesione), - The adhesiveness and / or cold crosslinking of the color sensors on the surface of the isolator device after molding the device (using any adhesion agent),
- L’ancoraggio fisico, chimico e/o meccanico dei sensori 50 sulla superficie del dispositivo isolatore dopo lo stampaggio del dispositivo (utilizzando qualsiasi tecnica di ancoraggio), - The physical, chemical and / or mechanical anchoring of the sensors 50 on the surface of the isolator device after molding the device (using any anchoring technique),
In tal modo, una deformazione (variazione dimensionale) del dispositivo isolatore 1 comporta una deformazione (variazione dimensionale) del sensore 50 proporzionale alla prima, con conseguente variazione della lunghezza d’onda della luce riflessa dal sensore 50 (che può essere quindi essere correlata alla deformazione del dispositivo isolatore 1). La variazione di lunghezza d’onda può cadere sia nello spettro del visibile, sia dell’infrarosso o dell’ultravioletto. In this way, a deformation (dimensional variation) of the isolator device 1 entails a deformation (dimensional variation) of the sensor 50 proportional to the first, with a consequent variation of the wavelength of the light reflected by the sensor 50 (which can therefore be correlated to the deformation of the isolator device 1). The wavelength variation can fall both in the visible spectrum, and in the infrared or ultraviolet spectrum.
Si procederà di seguito ad esporre un esempio semplificato e dimostrativo della tecnica prevista dalla presente invenzione, ad esempio relativa ai sensori cromatici di deformazione. A simplified and demonstrative example of the technique envisaged by the present invention will be set forth below, for example relating to chromatic deformation sensors.
Si consideri la situazione descritta alla figura 12 (dispositivo isolatore sulla cui superficie è applicato in posizione verticale un sensore 50 di deformazione, quale un sensore cromatico di deformazione e che viene deformato da una forza di taglio esterna F perpendicolare alla superficie del sensore cromatico): per semplicità di calcolo, il dispositivo isolatore sarà idealizzato come un parallelepipedo di altezza L sul cui lato verticale (destro) è applicato il sensore cromatico di deformazione sotto forma di una striscia monodimensionale di lunghezza M (figura 14). Consider the situation described in Figure 12 (isolating device on the surface of which a deformation sensor 50 is applied in a vertical position, such as a chromatic deformation sensor and which is deformed by an external shear force F perpendicular to the surface of the chromatic sensor): for simplicity of calculation, the isolator device will be idealized as a parallelepiped of height L on the vertical (right) side of which the chromatic deformation sensor is applied in the form of a one-dimensional strip of length M (Figure 14).
Dalla trigonometria risulta che: From trigonometry it appears that:
Conoscendo la lunghezza M del sensore cromatico di deformazione (da qui in avanti abbreviato con la sigla SC), l’altezza L del parallelepipedo (dispositivo idealizzato) e lo spostamento laterale x del parallelepipedo stesso, è possibile ricavare la lunghezza M’ della striscia deformata di SC (direttamente proporzionale ad x): la striscia di SC assume quindi uno specifico colore (di lunghezza d’onda λE ) quando l’isolatore raggiunge una specifica deformazione di taglio γE, fungendo quindi da sensore cromatico di deformazione. Ricordando che L è l’altezza totale del dispositivo (data dalla somma dell’altezza totale degli strati 6, 7), risulta: Knowing the length M of the chromatic deformation sensor (hereinafter abbreviated with the abbreviation SC), the height L of the parallelepiped (idealized device) and the lateral displacement x of the parallelepiped itself, it is possible to obtain the length M 'of the deformed strip of SC (directly proportional to x): the SC strip therefore takes on a specific color (of wavelength λE) when the insulator reaches a specific shear deformation γE, thus acting as a chromatic deformation sensor. Recalling that L is the total height of the device (given by the sum of the total height of layers 6, 7), it results:
Ciò significa che una deformazione di taglio del dispositivo pari a γE corrisponde ad una This means that a shear deformation of the device equal to γE corresponds to one
deformazione di trazione sulla striscia di SC pari a tensile strain on the SC strip equal to
Secondo i dati di letteratura a disposizione, l’attuale tecnologia di SC consente di According to the available literature data, the current SC technology allows
ottenere variazioni cromatiche per deformazioni X ben inferiori Si supponga allora che la striscia di sensore cromatico di lunghezza M sia in realtà (come visibile in figura 15) costituita da due materiali polimerici co-vulcanizzati: il primo (visibile nella parte sinistra di figura 15) costituito dal SC di lunghezza M1, spessore d, larghezza w e modulo elastico di trazione E1 (che assume colore di lunghezza d’onda λE a ∆M<1 >= X) ; l’altro (visibile nella parte destra di figura 15), da una matrice di lunghezza M2, spessore d, larghezza w e modulo elastico di trazione E2 (che non subisce transizione cromatica). obtain chromatic variations for much lower X deformations Suppose then that the chromatic sensor strip of length M is actually (as visible in figure 15) made up of two co-vulcanized polymeric materials: the first (visible in the left part of figure 15) consisting of the SC with length M1, thickness d, width w and elastic modulus of traction E1 (which assumes a color of wavelength λE at ∆M <1> = X); the other (visible in the right part of figure 15), from a matrix of length M2, thickness d, width w and elastic tensile modulus E2 (which does not undergo chromatic transition).
Le due strisce hanno la stessa sezione A (= w x d) ed il sistema può essere modellizzato <come due elastici in serie, da cui risulta che:>The two strips have the same section A (= w x d) and the system can be modeled <as two rubber bands in series, from which it results that:>
La deformazione di trazione del sensore (SC matrice) corrisponde ad una deformazione di taglio del dispositivo pari a γE. Per ipotesi la striscia di SC assume colore di lunghezza d’onda λE alla deformazione X. The tensile strain of the sensor (SC matrix) corresponds to a shear strain of the device equal to γE. By hypothesis the strip of SC assumes a color of wavelength λE at the deformation X.
Dall’eq. 2) risulta che: From Eq. 2) it appears that:
Dall’eq. 4) risulta che: From Eq. 4) it appears that:
Quindi: Therefore:
I moduli elastici E1 ed E2 sono quindi legati da una costante di proporzionalità C funzione della deformazione di taglio del dispositivo (a), delle dimensioni iniziali delle strisce di SC e matrice (M1 e M2) e dell’allungamento a cui la striscia di SC subisce variazione cromatica (X). The elastic modules E1 and E2 are therefore linked by a constant of proportionality C as a function of the shear deformation of the device (a), of the initial dimensions of the strips of SC and matrix (M1 and M2) and of the elongation at which the strip of SC undergoes chromatic variation (X).
Progettando quindi i materiali in modo che il modulo elastico della striscia di SC sia C volte quello della matrice, è possibile ottenere un sensore che subisce una variazione cromatica (assumendo un colore di lunghezza d’onda λE) quando il dispositivo ha raggiunto una deformazione di taglio pari a γE. By designing the materials so that the elastic modulus of the SC strip is C times that of the matrix, it is possible to obtain a sensor that undergoes a chromatic variation (assuming a color of wavelength λE) when the device has reached a deformation of cut equal to γE.
Esempio Example
Si prenda in esame un isolatore 1 avente diametro esterno pari a 500 mm, L=226 mm, T = 126 mm e H = 100 mm e si applichi sulla superficie del dispositivo, in posizione verticale rispetto alla base dello stesso, un sensore 50 polimerico cromatico bicomponente composto dal SC di lunghezza M1 = 40 mm e modulo elastico E1 e dalla matrice di lunghezza M2 = 35 mm e modulo elastico E2 = 0,4 MPa (M = 75 mm, ossia circa 1/3L). Il sensore è applicato lungo l’asse verticale del dispositivo (come in Fig. 12 e 14), in modo che la deformazione di taglio del dispositivo corrisponda ad una deformazione di trazione del sensore. Si supponga inoltre che il sensore assuma un colore di lunghezza d’onda λ<E >quando γ<E >= 2. Quindi: Consider an insulator 1 with an external diameter of 500 mm, L = 226 mm, T = 126 mm and H = 100 mm and apply a polymeric sensor 50 to the surface of the device, in a vertical position with respect to its base. two-component chromatic compound consisting of the SC with length M1 = 40 mm and elastic modulus E1 and the matrix with length M2 = 35 mm and elastic modulus E2 = 0.4 MPa (M = 75 mm, i.e. about 1 / 3L). The sensor is applied along the vertical axis of the device (as in Fig. 12 and 14), so that the shear deformation of the device corresponds to a tensile deformation of the sensor. Also suppose that the sensor assumes a color of wavelength λ <E> when γ <E> = 2. So:
In base ai dati di letteratura a disposizione, si supponga che il SC subisca una variazione cromatica alla lunghezza d’onda λE quando ∆M1 = X = 0,2 (ossia al 20% di <deformazione). Quindi:> Based on the available literature data, assume that the SC undergoes a chromatic variation at the wavelength λE when ∆M1 = X = 0.2 (ie at 20% of <deformation). So:>
Progettando quindi i materiali in modo che il modulo elastico della striscia SC di lunghezza M1 sia circa 1,7 MPa e quello della matrice di lunghezza M2 sia 0,4 MPa, è possibile ottenere un sensore che subisce una variazione cromatica (assumendo un colore di lunghezza d’onda λE) quando il dispositivo 1 ha raggiunto una deformazione di taglio pari a γE =2. Therefore, by designing the materials so that the elastic modulus of the strip SC of length M1 is about 1.7 MPa and that of the matrix of length M2 is 0.4 MPa, it is possible to obtain a sensor that undergoes a chromatic variation (assuming a color of wavelength λE) when the device 1 has reached a shear deformation equal to γE = 2.
L’invenzione così concepita è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo. The invention thus conceived is susceptible of numerous modifications and variations, all of which are within the scope of the inventive concept.
Inoltre, le caratteristiche descritte per una forma di realizzazione dell’invenzione possono essere presenti anche in altre forme di realizzazione qui descritte, senza per questo uscire dall’ambito di protezione conferito dalla presente invenzione. Furthermore, the features described for an embodiment of the invention may also be present in other embodiments described here, without thereby departing from the scope of protection conferred by the present invention.
Inoltre, tutti i dettagli sono sostituibili da altri elementi tecnicamente equivalenti. In pratica, i materiali impiegati, nonché le forme e le dimensioni contingenti, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze senza per questo uscire dall’ambito di protezione delle seguenti rivendicazioni. Furthermore, all the details can be replaced by other technically equivalent elements. In practice, the materials used, as well as the contingent shapes and dimensions, may be any according to requirements without thereby departing from the scope of the protection of the following claims.
Claims (14)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
IT102019000002195A IT201900002195A1 (en) | 2019-02-14 | 2019-02-14 | ISOLATOR DEVICE, SUCH AS A SEISMIC ISOLATOR OR A SUPPORT ELEMENT FOR CONSTRUCTIONS, INTEGRATED WITH SENSORS |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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IT201900002195A1 true IT201900002195A1 (en) | 2020-08-14 |
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ID=66589725
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001140977A (en) * | 1999-11-09 | 2001-05-22 | Nitta Ind Corp | Base isolation support body |
JP5275230B2 (en) * | 2007-06-25 | 2013-08-28 | オイレス工業株式会社 | Damper device |
EP3298217A1 (en) * | 2015-05-18 | 2018-03-28 | Universitá Degli Studi Di Salerno | Seismic isolator device |
-
2019
- 2019-02-14 IT IT102019000002195A patent/IT201900002195A1/en unknown
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