IT202100018692A1 - Dispositivo dissipatore di energia per il controllo delle vibrazioni di costruzioni, e relativo metodo di dissipazione di energia - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
Campo tecnico
La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo dissipatore di energia per il controllo delle vibrazioni di costruzioni, configurato per dissipare energia introdotta da un?azione esterna in una costruzione, l?azione esterna essendo di natura ambientale o naturale, inclusa l?azione di natura sismica, oppure di natura antropica, oppure di natura accidentale od eccezionale. La presente invenzione si riferisce anche a un metodo di dissipazione di energia per il controllo delle vibrazioni di costruzioni.
In generale, la presente invenzione trova applicazione preferita ma non limitativa nella dissipazione di energia sismica indotta nelle costruzioni da terremoti ed altri movimenti vibratori. La seguente descrizione far? riferimento a titolo esemplificativo all?applicazione dell?invenzione al caso di dissipazione sismica.
In generale, la presente invenzione ? applicabile nel campo dell?ingegneria edile, civile e strutturale, e in ogni settore tecnico ove siano presenti costruzioni soggette a vibrazioni.
Arte nota
Tra i dispositivi dissipatori di energia, un esempio particolarmente interessante ? rappresentato dai dispositivi dissipatori sismici.
I dispositivi dissipatori sismici sono dispositivi di protezione sismica per le costruzioni edili e civili, che esplicano la loro funzione attraverso la dissipazione dell?energia sismica introdotta nelle costruzioni da un terremoto.
Tra i dispositivi dissipatori sismici, sono noti dispositivi comprendenti un corpo esterno che delimita un volume interno cavo, un nucleo racchiuso nel volume cavo definito all?interno del corpo esterno, e uno stelo mobile, configurato in particolare per uno spostamento alternato rispetto al corpo esterno e sviluppato all?interno del nucleo sotto l?effetto di un?azione sismica esterna.
Il meccanismo di funzionamento di tali dispositivi prevede che lo stelo mobile sia configurato per un?interazione meccanica con il nucleo, durante lo spostamento alternato, per dissipare l?energia sismica; in particolare, tali dispositivi sono configurati in modo tale che lo spostamento dello stelo mobile generi forze di attrito e/o forze di plasticizzazione del nucleo, trasformando cos? l?energia sismica in energia interna che ? quindi dissipata nell?ambiente esterno nella forma di calore.
In altre parole, i noti dispositivi dissipatori sismici convertono l?energia del terremoto in energia cinetica dello stelo mobile e questa, attraverso meccanismi dissipativi (tra cui, ad esempio, l?attrito attivato tra nucleo e superficie laterale dello stelo e/o la deformazione plastica del materiale del nucleo forzato a passare attraverso uno o pi? orifizi) viene infine convertita in calore.
Il documento US 6,220,410 si riferisce a un dissipatore sismico comprendente un corpo esterno che circonda un corpo centrale di un materiale deformabile plasticamente in grado di assorbire energia, ad esempio il piombo, e uno stelo che si muove attraverso il corpo esterno per deformare il piombo durante il movimento indotto da un?azione sismica esterna.
Il documento CN102912876 si riferisce ad un dispositivo dissipatore dell'energia sismica. Tale dispositivo comprende un corpo cilindrico esterno, un albero mobile, un albero fisso, porte di estrusione di piombo dell'anello interno, porte di estrusione di piombo dell'anello esterno.
Il documento CN201933639U si riferisce a un dispositivo dissipatore sismico in piombo che comprende piastre di copertura superiore e inferiore, una piastra scorrevole, un cavo di taglio, un bullone e un controdado.
Un principale limite all?efficacia dei dispositivi dissipatori sismici, e pi? in generale dei dispositivi dissipatori di energia noti, ? correlato all?auto-riscaldamento.
Infatti, l?efficacia di un dispositivo dissipatore ? tanto maggiore quanto maggiore ? la quantit? di energia che tale dispositivo ? in grado di dissipare sotto forma di calore. Il calore prodotto dalla dissipazione di energia viene parzialmente assorbito dai componenti del dispositivo dissipatore, producendo un aumento della temperatura di tali componenti, e parzialmente trasmesso per conduzione fino alla parete esterna del corpo del dispositivo dissipatore e qui disperso nell?ambiente principalmente attraverso fenomeni convettivi.
Tuttavia, a causa della limitata capacit? di scambio termico tra la superficie esterna del corpo del dispositivo dissipatore e l?ambiente circostante (costituito prevalentemente da aria atmosferica sostanzialmente in quiete), il rilascio di calore dal dispositivo dissipatore all?ambiente ? molto limitato, e quindi nel corso della durata del terremoto (variabile da pochi secondi a qualche decina di secondi per i terremoti di maggiore durata), la maggior parte del calore prodotto dalla dissipazione di energia viene assorbita dal dispositivo dissipatore, producendo di conseguenza un elevato aumento della temperatura dei componenti del dispositivo dissipatore.
Questo elevato aumento di temperatura pu? avere diverse conseguenze, tra cui una riduzione della resistenza meccanica dei componenti del dispositivo dissipatore (? infatti noto che la resistenza dei materiali decresce all?aumentare della loro temperatura), nonch? una riduzione dell?attrito che si sviluppa tra il nucleo e la superficie laterale dello stelo mobile e della resistenza alla plasticizzazione del nucleo, risultando in tal modo in una molteplicit? di effetti indesiderati tra cui: la rottura dello stelo mobile e/o del corpo esterno del dispositivo dissipatore, oppure la riduzione della quantit? di energia dissipata in ogni ciclo per effetto dell?attrito e/o della plasticizzazione del nucleo da parte del dispositivo dissipatore .
Tipicamente, l?aumento della temperatura del dispositivo dissipatore si concentra maggiormente nel nucleo, che ? il componente in cui si attivano i meccanismi (attrito e plasticizzazione) deputati alla dissipazione di energia e che quindi si trova ad essere investito per primo dal calore prodotto.
In particolare, la conseguenza pi? comune del riscaldamento del dispositivo dissipatore ? un progressivo decadimento, con l?aumentare della temperatura, della sua capacit? di dissipare energia, riducendo pertanto la prestazione del dispositivo dissipatore nel corso della durata del terremoto.
Di conseguenza, i dispositivi dissipatori sono caratterizzati da una capacit? dissipativa massima all?inizio del terremoto, che progressivamente decade nel corso della durata dell?evento vibrazionale, in misura tanto maggiore quanto maggiore ? l?aumento di temperatura del nucleo.
Ne consegue una riduzione della capacit? dissipativa del dispositivo dissipatore, evidente soprattutto nel corso di terremoti di lunga durata, con una conseguente riduzione della capacit? del dispositivo dissipatore di proteggere la costruzione nel quale il dispositivo dissipatore di energia viene installato.
Sintesi dell'invenzione
Un obiettivo della presente invenzione ? quello di ovviare ad inconvenienti della tecnica nota.
Un obiettivo particolare della presente invenzione ? quello di fornire un dispositivo dissipatore di energia per il controllo di vibrazioni di costruzioni che dissipi energia introdotta da un?azione esterna attraverso il movimento di uno stelo mobile interno al nucleo compreso nel dispositivo dissipatore di energia, che abbia elevata efficacia e capacit? di dissipazione di energia.
Un ulteriore obiettivo particolare della presente invenzione ? quello di fornire un dispositivo dissipatore di energia che abbia una lunga durata di vita operativa.
Un ulteriore obiettivo particolare della presente invenzione ? quello di fornire un dispositivo dissipatore di energia che sia in grado di limitare l?aumento della temperatura del nucleo del dispositivo dissipatore in modo da rallentare il decadimento della capacit? di dissipazione di energia per la durata dell?evento vibrazionale.
Questi ed altri obiettivi sono raggiunti mediante un dispositivo dissipatore di energia per il controllo di vibrazioni di costruzioni, quale risulta dalle caratteristiche delle allegate rivendicazioni che formano parte integrante della presente descrizione.
Un?idea alla base della presente invenzione ? di prevedere un dispositivo dissipatore di energia per il controllo di vibrazioni di costruzioni, comprendente un corpo esterno e un nucleo racchiuso in detto corpo esterno, e ulteriormente comprendente uno stelo mobile configurato per uno spostamento alternato rispetto al corpo esterno sotto l?effetto di un?azione esterna delle suddette vibrazioni. Lo stelo mobile ? ulteriormente configurato per un?interazione meccanica con il nucleo durante lo spostamento alternato per dissipare termicamente energia introdotta nel dispositivo dissipatore di energia dalla azione esterna. Il dispositivo dissipatore di energia, sotto l?effetto dell?azione esterna, ha una velocit? media di riscaldamento non superiore a 20 ?C s<-1>, la velocit? media di riscaldamento essendo determinata come rapporto tra una potenza dissipata in un singolo ciclo di spostamento alternato e una capacit? termica di nucleo (per esempio espressa in J ?C<-1>) di detto nucleo.
Per confrontare le grandezze considerate nella presente invenzione, un esperto del ramo ? a conoscenza del fatto che tali grandezze (potenza, temperatura, energia, tempo, etc.) devono essere espresse in unit? di misura con coerenza dimensionale tra loro.
Preferibilmente, la suddetta capacit? termica di nucleo (per esempio espressa in J ?C<-1>) dipende da un prodotto di una densit? di un materiale del nucleo (per esempio espressa in kg m<-3>), di un calore specifico del materiale (per esempio espresso in J kg<-1 >?C<-1>) del nucleo, e di un volume del nucleo (per esempio espresso in m<3>); oppure dipende da un prodotto di una massa del nucleo (per esempio espressa in kg) e di un calore specifico di un materiale del nucleo (per esempio espresso in J kg<-1 >?C<-1>).
Preferibilmente, il singolo ciclo di spostamento alternato ha ampiezza uguale a uno spostamento di progetto del dispositivo dissipatore di energia.
Vantaggiosamente, quindi, il dispositivo dissipatore di energia secondo la presente invenzione ha una capacit? termica di nucleo opportunatamente dimensionata, in maniera che il dispositivo possa adeguatamente gestire il calore sviluppato dalla dissipazione di energia, contenendo l?incremento di temperatura del nucleo entro limiti accettabili.
Vantaggiosamente, una velocit? media di riscaldamento non superiore a 20 ?C s<-1 >? stata trovata essere un ottimo compromesso per minimizzare la capacit? termica di nucleo, a vantaggio di compattezza ed economicit? del dispositivo dissipatore, e al contempo far fronte alla maggior parte dei fenomeni vibratori incontrati nelle applicazioni di interesse.
Ancor pi? vantaggiosamente, performance ancora migliori si possono raggiungere mediante un dispositivo dissipatore con velocit? media di riscaldamento non superiore a 5 ?C s<-1>, preferibilmente non superiore a 3.33 ?C s<-1>.
Infatti, vantaggiosamente, il presente dispositivo dissipatore dissipa termicamente l?energia introdotta da una azione esterna attraverso un?interazione meccanica tra stelo mobile e nucleo, ed ? caratterizzato da un?elevata capacit? di dissipazione di energia prima che insorgano fenomeni di decadimento termico.
Ulteriormente, il presente dispositivo dissipatore di energia ? vantaggiosamente dimensionato per limitare l?aumento della temperatura del nucleo, rallentando il decadimento della sua capacit? di dissipazione di energia per l?intera durata dell?evento vibrazionale.
Un?ulteriore idea alla base della presente invenzione ? di prevedere un metodo di dissipazione di energia per il controllo di vibrazioni di costruzioni, comprendente: fornire un dispositivo dissipatore di energia comprendente un corpo esterno; fornire uno stelo mobile configurato per uno spostamento alternato rispetto al corpo esterno; fornire un nucleo racchiuso nel corpo esterno; sottoporre il dispositivo dissipatore di energia a un?azione esterna delle suddette vibrazioni; dissipare termicamente energia introdotta nel dispositivo dissipatore di energia dalla azione esterna, mediante un?interazione meccanica tra lo stelo mobile e il nucleo durante lo spostamento alternato. Sotto l?effetto dell?azione esterna, il dispositivo dissipatore di energia ha una velocit? media di riscaldamento non superiore a 20 ?C s-
<1>, la velocit? media di riscaldamento essendo determinata come rapporto tra una potenza dissipata in un singolo ciclo di spostamento alternato e una capacit? termica di nucleo (per esempio espressa in J ?C<-1>) di detto nucleo.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione dettagliata fatta qui di seguito di forme di realizzazione preferite, non limitative, della presente invenzione, e dalle rivendicazioni dipendenti che delineano forme di realizzazione preferite e particolarmente vantaggiose dell?invenzione.
Breve descrizione dei disegni
L?invenzione ? illustrata con riferimento alle seguenti figure, fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, in cui:
- La Figura 1 esemplifica una prima forma di realizzazione di un dispositivo dissipatore di energia.
- La Figura 2 esemplifica una seconda forma di realizzazione di un dispositivo dissipatore di energia.
- La Figura 3 esemplifica una terza forma di realizzazione di un dispositivo dissipatore di energia.
Nelle differenti figure, elementi analoghi saranno identificati da numeri di riferimento analoghi.
Descrizione di dettaglio
La Figura 1 esemplifica una prima forma di realizzazione di un dispositivo dissipatore di energia 100.
Come gi? menzionato, un dispositivo dissipatore di energia secondo la presente invenzione trova applicazione preferita ma non limitativa nella dissipazione di energia sismica, rappresentando quindi un dispositivo dissipatore sismico. Questa applicazione a vibrazioni sismiche ? considerata a titolo non limitativo nella seguente descrizione.
Tuttavia, un dissipatore di energia secondo la presente invenzione potrebbe essere utilizzato anche per il controllo di altre tipologie di vibrazioni, ad esempio quelle di natura ambientale indotte dalla azione del vento su un edificio, o delle vibrazioni di natura antropica indotte dal traffico su un ponte, quali vibrazioni indotte dal traffico su una passerella pedonale.
In generale, un dissipatore di energia secondo la presente invenzione potrebbe essere utilizzato per il controllo di altre tipologie di vibrazioni causate da:
A) Azioni antropiche: cio? azioni conseguenti all'uso della struttura secondo gli scopi per la quale ? stata progettata e costruita. L'azione antropica ? definita dalle norme vigenti ovvero dai capitolati speciali relativi alla costruzione.
B) Azioni ambientali o naturali: cio? vento, neve, sisma, azione termica, moto dei fluidi e moto ondoso del mare. I fenomeni naturali sono funzione del tempo e hanno carattere ciclico. L'intensit? dell'azione ? introdotta per un prefissato periodo di riferimento.
C) Azioni accidentali o eccezionali: cio? incidenti quali incendi, esplosioni ed urti.
Il dispositivo dissipatore sismico 100 comprende un corpo esterno 103 e un nucleo 105 racchiuso all?interno di un volume delimitato dal corpo esterno 103.
Il dispositivo dissipatore sismico 100 comprende ulteriormente uno stelo mobile 107 configurato per uno spostamento alternato rispetto al corpo esterno 103 sotto l?effetto di un?azione sismica esterna.
Lo stelo mobile 107 ? ulteriormente configurato per un?interazione meccanica con il nucleo 105 durante lo spostamento alternato per dissipare termicamente energia sismica introdotta nel dispositivo dissipatore 100 dall?azione sismica esterna.
In particolare, lo stelo mobile 107 del dispositivo dissipatore sismico 100 comprende un elemento di interazione 109 con il nucleo 105.
L?elemento di interazione 109 ? configurato per indurre una deformazione plastica di almeno parte del nucleo 105 durante lo spostamento alternato. Con riferimento al dispositivo dissipatore sismico 100, questo elemento di interazione ? una protrusione radiale 109 sullo stelo mobile 107.
Ulteriormente, il dispositivo dissipatore sismico 100 comprende un elemento di connessione di stelo 111 ed un elemento di connessione del corpo 113, per collegare il dispositivo ai componenti della costruzione in cui viene installato.
Il dispositivo dissipatore sismico 100 comprende anche un elemento di chiusura 115 del nucleo 105.
La Figura 2 esemplifica una seconda forma di realizzazione di un dispositivo dissipatore di energia, in particolare un dispositivo dissipatore sismico 200.
Il dispositivo dissipatore sismico 200 comprende un corpo esterno 203 e un nucleo 205 racchiuso all?interno di un volume delimitato dal corpo esterno 203.
Il dispositivo dissipatore sismico 200 comprende ulteriormente uno stelo mobile 207 configurato per uno spostamento alternato rispetto al corpo esterno 203 sotto l?effetto di un?azione sismica esterna.
Lo stelo mobile 207 ? ulteriormente configurato per un?interazione meccanica con il nucleo 205 durante lo spostamento alternato per dissipare termicamente energia sismica introdotta nel dispositivo dissipatore 200 dall?azione sismica esterna.
Nel dispositivo dissipatore sismico 200, in particolare, l?energia sismica viene dissipata dal lavoro meccanico delle forze di attrito che sono attive all?interfaccia tra il nucleo 205 e la superficie laterale dello stelo mobile 207, in contatto strisciante sul nucleo 205 in corrispondenza di detta superficie laterale dello stelo mobile.
Ulteriormente, il dispositivo dissipatore sismico 200 comprende un elemento di connessione di stelo 211 ed un elemento di connessione del corpo 213, per collegare il dispositivo ai componenti della costruzione in cui viene installato.
Il dispositivo dissipatore sismico 200 comprende anche un elemento di chiusura 215 del nucleo 205.
La Figura 3 esemplifica una terza forma di realizzazione di un dispositivo dissipatore di energia, in particolare un dispositivo dissipatore sismico 300.
Il dispositivo dissipatore sismico 300 comprende un corpo esterno 303 e un nucleo 305 racchiuso all?interno di un volume delimitato dal corpo esterno 303.
Il dispositivo dissipatore sismico 300 comprende ulteriormente uno stelo mobile 307 configurato per uno spostamento alternato rispetto al corpo esterno 303 sotto l?effetto di un?azione sismica esterna.
Lo stelo mobile 307 ? ulteriormente configurato per un?interazione meccanica con il nucleo 305 durante lo spostamento alternato per dissipare termicamente energia sismica introdotta nel dispositivo dissipatore 300 dall?azione sismica esterna.
Nel dispositivo dissipatore sismico 300, in particolare, il corpo esterno 303 comprende un elemento di interazione 309 con il nucleo 305, che ? configurato per indurre una deformazione plastica di almeno parte del nucleo 305 durante lo spostamento alternato.
In particolare, tale elemento di interazione 309 ? costituito da uno o pi? orifizi 309, realizzati mediante una costrizione della parete interna del corpo esterno 303.
Ulteriormente, il dispositivo dissipatore sismico 300 comprende un elemento di connessione di stelo 311 ed un elemento di connessione del corpo 313, per collegare il dispositivo ai componenti della costruzione in cui viene installato.
Il dispositivo dissipatore sismico secondo la presente invenzione, esemplificato dalle forme di realizzazione 100, 200, 300 sopra descritte, ? adatto per il controllo di vibrazioni di costruzioni e svolge la sua funzione, in particolare, dissipando termicamente l?energia sismica introdotta da una azione sismica esterna mediante il movimento alternato dello stelo mobile rispetto al corpo esterno e sviluppato all?interno del nucleo.
Per effettuare tale dissipazione, il corpo esterno e/o lo stelo mobile del dispositivo dissipatore sismico pu? opzionalmente comprendere un elemento di interazione con il nucleo. L?elemento di interazione ? in generale configurato per indurre una deformazione plastica di almeno parte del nucleo durante il suddetto spostamento alternato.
In particolare, in una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, l?elemento di interazione comprende almeno uno dei seguenti: una protrusione radiale sullo stelo mobile, una costrizione su almeno una superficie del corpo esterno, un orifizio sul corpo esterno.
In un?altra realizzazione ugualmente preferita della presente invenzione, la dissipazione di energia sismica introdotta da una azione sismica esterna pu? essere realizzata almeno parzialmente mediante l?attrito che si attiva tra il nucleo e la superficie laterale dello stelo mobile a contatto con il nucleo, in corrispondenza del movimento alternato dello stelo mobile all?interno del nucleo. In particolare, lo stelo mobile pu? essere configurato per dissipare almeno parte dell?energia mediante attrito attivato durante lo spostamento alternato tra il nucleo e almeno una porzione della superficie laterale dello stelo mobile.
Sono possibili altre forme di realizzazione del meccanismo di dissipazione di energia, inclusa per esempio una combinazione dei meccanismi sopra descritti.
In una forma di realizzazione preferita, il nucleo del dispositivo dissipatore sismico secondo la presente invenzione comprende o ? costituito da piombo.
Il piombo ? un materiale con comportamento elastoplastico caratterizzato da una bassa resistenza a snervamento [il limite di snervamento a trazione ? compreso tra 10 MPa e 15 MPa], facilmente estrudibile attraverso un orifizio, ed ? in grado di ricristallizzare dopo l?estrusione, ricostruendo la propria struttura cristallina originale dopo che questa ? stata deformata durante il passaggio attraverso un orifizio; in tal modo viene garantita una forza di plasticizzazione costante in caso di ripetizione dei cicli di spostamento alternato dello stelo mobile rispetto al corpo esterno; sempre grazie alla capacit? di ricristallizzare, il piombo presenta una vita a fatica pressoch? illimitata, garantendo quindi lunga durata al dissipatore.
Un ulteriore vantaggio tecnico dell?impiego di piombo nel nucleo del dispositivo dissipatore sismico consiste nel massimizzare la quantit? di energia dissipata a parit? di forza sviluppata e di ampiezza di spostamento nel ciclo di spostamento alternato dello stelo mobile rispetto al corpo esterno. Infatti, prove sperimentali hanno evidenziato che sia la forza generata dall?attrito attivato tra la superficie laterale dello stelo mobile e il nucleo in piombo, sia la forza generata dalla plasticizzazione del nucleo in piombo ottenuta mediante la estrusione di detto nucleo attraverso uno o pi? orifizi risultano essenzialmente indipendenti dalla ampiezza dello spostamento dello stelo mobile, e si mantengono pressoch? costanti sull?intera corsa del dispositivo dissipatore sismico. Con l?espressione ?corsa del dispositivo dissipatore sismico?, come qui utilizzata, si intende la corsa dello stelo mobile rispetto al corpo esterno del dispositivo dissipatore sismico nel passaggio dal massimo spostamento positivo al massimo spostamento negativo, e viceversa.
Viene ora illustrato in maggior dettaglio il funzionamento del dispositivo dissipatore sismico secondo la presente invenzione.
Indicando con Fy la forza sviluppata dal dispositivo dissipatore sismico per effetto delle forze di attrito e/o delle forze di plasticizzazione del nucleo prodotte dalla interazione meccanica tra lo stelo mobile e il nucleo, e con dbd lo spostamento sismico di progetto, o ampiezza del ciclo di spostamento sismico di progetto del dispositivo dissipatore sismico (detto spostamento sismico dbd costituisce il parametro di progetto o di targa del dispositivo dissipatore sismico e rappresenta l?ampiezza dello spostamento dovuto al terremoto per il quale il dissipatore sismico ? configurato), il diagramma isteretico forza ? spostamento del dissipatore sismico ha una forma essenzialmente rettangolare.
L?energia dissipata dal dispositivo dissipatore sismico in un ciclo di spostamento alternato di ampiezza dbd (e quindi sviluppato tra gli spostamenti estremi dbd e -dbd, pari rispettivamente al massimo spostamento positivo e al massimo spostamento negativo dello stelo mobile rispetto al corpo esterno) ? uguale all?area racchiusa dal diagramma isteretico forza ? spostamento. Di conseguenza, a parit? di spostamento sismico di progetto, o ampiezza del ciclo di spostamento sismico di progetto dbd, e di forza sviluppata Fy, l?area del diagramma isteretico forza ? spostamento (e quindi l?energia sismica dissipata) vengono massimizzate dalla forma rettangolare del diagramma isteretico forza ? spostamento. In altre parole, l?energia dissipata dal dispositivo dissipatore sismico in un ciclo di spostamento alternato realizzato tra gli spostamenti estremi dbd e -dbd ? uguale all?area racchiusa dal diagramma isteretico forza ? spostamento; in via esemplificativa, assumendo che tale diagramma isteretico abbia una forma rettangolare e simmetrica rispetto all?asse dello spostamento, l?energia dissipata per ciclo (EDC) pu? essere espressa come
EDC = 4 Fy ? dbd (1)
Nella Equazione (1), la forza Fy ? espressa ad esempio in newton [N], lo spostamento dbd ? espresso ad esempio in metri [m], e l?energia dissipata nel ciclo EDC ? espressa ad esempio in joule [J = N?m].
Si noti tuttavia che lo sviluppo della trattazione seguente prescinde dalla effettiva forma del diagramma isteretico forza ? spostamento del dispositivo dissipatore sismico, e quindi si applica anche a dissipatori sismici con diagramma isteretico forza ? spostamento di forma diversa dalla forma rettangolare.
Indicando con f0 la frequenza, ossia il reciproco del periodo di tempo impiegato dal dissipatore sismico per compiere un ciclo completo di spostamento alternato tra gli spostamenti estremi dbd e -dbd, la potenza termica corrispondente alla dissipazione di energia ? data dal prodotto della energia dissipata per ciclo e della frequenza
Q = EDC ? f0 (2)
La frequenza f0 ? espressa in hertz [Hz] o secondo<-1 >[s<-1>] e la potenza Q in watt [W = J s<-1>].
Nelle ipotesi che la durata del terremoto sia troppo breve per permettere il trasferimento di una quantit? significativa di energia termica all?ambiente esterno nel corso della durata stessa del terremoto, e che in via conservativa l?energia termica prodotta dalla dissipazione di energia sismica venga per intero immagazzinata dal nucleo del dissipatore sismico, l?aumento di temperatura subito dal nucleo pu? essere espresso attraverso la relazione:
(3)
dove:
T0 rappresenta la temperatura iniziale del nucleo del dispositivo dissipatore sismico, prima dell?inizio del terremoto, espressa in ?C;
Tmax rappresenta la temperatura raggiunta nel nucleo del dispositivo dissipatore sismico dopo un tempo te, espressa in ?C;
te rappresenta la durata del terremoto, espressa in s;
?k rappresenta la densit? del materiale del nucleo del dispositivo dissipatore sismico, espressa in kg m<-3>;
ck rappresenta il calore specifico del materiale del nucleo del dispositivo dissipatore sismico, espresso in J kg<-1 >?C<-1>;
Vk rappresenta il volume del nucleo del dispositivo dissipatore sismico, espresso in m<3>.
Ossia, dopo una riorganizzazione dei termini:
(4)
il rapporto tra la potenza termica dissipata Q e la capacit? termica di nucleo, del nucleo del dispositivo dissipatore sismico, espressa dal prodotto ?k ? ck ? Vk, ? pertanto proporzionale alla velocit? media di riscaldamento del nucleo, ossia al rapporto tra la variazione di temperatura e il tempo in cui detta variazione di temperatura si realizza, e viene espressa ad esempio in ?C s<-1 >quando la potenza termica dissipata ? espressa ad esempio in J s<-1 >(W) e la capacit? termica di nucleo ? espressa ad esempio in J ?C<-1>.
L?equazione (3) fornisce una stima conservativa, o per eccesso, dell?innalzamento di temperatura del nucleo, in quanto trascura la percentuale di energia termica assorbita nel corso della durata del terremoto dallo stelo mobile e dal corpo esterno del dispositivo dissipatore sismico; tali termini sono comunque trascurabili quando il nucleo possiede una capacit? termica, data dal prodotto ?k ? ck ? Vk, superiore a quella dello stelo mobile e del corpo esterno, normalmente fabbricati in acciaio.
Per il piombo, che rappresenta un materiale del nucleo utilizzato in una forma di realizzazione preferita del presente dispositivo dissipatore sismico, i valori tipici della densit? e del calore specifico sono infatti:
?k = 11341 kg m<-3>
ck = 129 J kg<-1 >?C<-1>
La capacit? termica di un nucleo in piombo con volume Vk = 1 m<3 >vale pertanto 1462989 J ?C<-1>, e risulta pari a 6.25 volte la capacit? termica di 1 m<3 >di acciaio (7800 kg m<-3 >? 30 J kg<-1 >?C<-1 >? 1 m<3 >= 234000 J ?C<-1>).
Invertendo la Equazione (3), ? possibile assegnare:
- la massima temperatura Tmax che pu? essere raggiunta dal materiale del nucleo del dispositivo dissipatore sismico affinch? la variazione della capacit? dissipativa del dispositivo dissipatore sismico risulti contenuta entro un valore accettabile per la sicurezza della costruzione (ad esempio entro il 10% del valore della capacit? dissipativa sviluppata al primo ciclo di spostamento alternato, prima cio? che la conversione di energia sismica in energia termica inizi a produrre un aumento della temperatura del nucleo);
- il valore della potenza Q dissipata, vedasi Equazione (2);, - la durata attesa del terremoto te, ricavabile ad esempio in funzione della magnitudo attesa per il sito in cui ? realizzata la costruzione in cui viene inserito il dispositivo dissipatore sismico (si veda ad esempio la pubblicazione di
?Strong Motion Duration and Earthquake Magnitude Relationships?, Report UCRL-CR-117769, Lawrence Livermore National Laboratory, University of California, Livermore, California, 1992).
In tal modo, ? possibile calcolare la capacit? termica minima richiesta al nucleo del dispositivo dissipatore sismico per limitare la massima temperatura raggiunta dal nucleo stesso nel corso della durata del terremoto al di sotto della temperatura massima Tmax attraverso l?equazione:
(5)
A titolo esemplificativo, la Tabella 1 fornisce, per diverse durate del terremoto te, l?incremento di temperatura del nucleo Tmax ? T0 (assumendo T0 = 20 ?C), in funzione del rapporto tra la capacit? termica di nucleo del nucleo del dispositivo dissipatore sismico ?k ? ck ? Vk e il valore della potenza dissipata Q del dispositivo dissipatore sismico. Si noti che il rapporto tra la capacit? termica ?k ? ck ? Vk e la potenza dissipata Q ha ad esempio dimensione s ?C<-1 >e rappresenta il reciproco della velocit? media di riscaldamento del dispositivo dissipatore sismico.
Tabella 1: Incremento di temperatura del nucleo Tmax ? T0 (con T0 = 20 ?C), in funzione del rapporto tra capacit? termica di nucleo del nucleo del dispositivo dissipatore sismico ?k ? ck ? Vk e valore della potenza dissipata Q del dispositivo dissipatore sismico.
La Tabella 1b fornisce a titolo esemplificativo, per diverse durate del terremoto te, l?incremento di temperatura del nucleo Tmax ? T0 (assumendo T0 = 20 ?C), in funzione della velocit? media di riscaldamento (ad esempio ?C s<-1>) del dispositivo dissipatore secondo la presente invenzione, corrispondente al rapporto tra potenza dissipata Q del dispositivo dissipatore sismico e capacit? termica di nucleo del nucleo del dispositivo dissipatore sismico ?k ? ck ? Vk.
Tabella 1b: Incremento di temperatura del nucleo Tmax ? T0 (con T0 = 20 ?C), in funzione della velocit? media di riscaldamento del dispositivo dissipatore sismico.
In particolare, ? possibile notare come un dispositivo dissipatore sismico con una velocit? media di riscaldamento di almeno 3.33 ?C s<-1 >permette di limitare l?incremento di temperatura del nucleo a 100 ?C anche per terremoti di notevole durata. Viceversa, aumentando la velocit? media di riscaldamento del dispositivo dissipatore a 10 ?C s<-1>, la limitazione dell?incremento di temperatura a 100 ?C viene soddisfatta per terremoti con durata non superiore a 10 secondi.
Dal momento che la maggioranza dei fenomeni vibratori di interesse ha durata non inferiore ai 5 secondi, ne risulta che una velocit? media di riscaldamento del dispositivo dissipatore non superiore a 20 ?C s<-1 >sotto l?effetto dell?azione esterna, rappresenta un accorgimento ottimale che permette di coprire la maggior parte dei fenomeni vibratori di interesse.
Ai fini del dimensionamento del nucleo del dispositivo dissipatore sismico attraverso la verifica della capacit? termica richiesta attraverso la relazione (5), il valore della potenza termica Q dissipata dal dispositivo dissipatore sismico da utilizzare nella relazione (5) viene verificato sperimentalmente imponendo al dispositivo dissipatore sismico l?esecuzione di un singolo ciclo completo di spostamento alternato con ampiezza dbd e valori di spostamento estremi pari a dbd e -dbd, ad una frequenza f0.
La potenza termica dissipata Q viene quindi verificata attraverso l?equazione (2), moltiplicando l?Energia Dissipata per Ciclo (EDC), pari all?area racchiusa dal diagramma isteretico forza ? spostamento verificato sperimentalmente per il dissipatore sismico in un singolo ciclo di spostamento alternato avente un?ampiezza uguale a uno spostamento sismico di progetto dbd del presente dispositivo dissipatore, per la frequenza f0.
Ai fini della esecuzione della verifica sperimentale della potenza termica dissipata Q, lo spostamento sismico di progetto dbd corrisponde all?ampiezza dello spostamento dovuto al terremoto per il quale il dissipatore sismico ? configurato mentre la frequenza f0 corrisponde alla frequenza di vibrazione della costruzione soggetta al terremoto.
In assenza di analisi sismiche dettagliate, per costruzioni ordinarie i valori tipici della frequenza di oscillazione f0 sono compresi tra 0.5 Hz e 4.0 Hz, mentre qualora il dispositivo dissipatore antisismico sia accoppiato a sistemi di isolamento installati nella costruzione, la frequenza di oscillazione f0 pu? scendere fino a 0.2 Hz.
Nel caso specifico di un dispositivo dissipatore sismico con nucleo in piombo, ? stato sperimentalmente verificato, come anche riportato nella letteratura
(2012). Velocity dependence of HF2V devices using different shaft configurations. Annual Conference of the New Zealand Society for Earthquake Engineering, Christchurch, New Zealand, paper 99] che la forza prodotta dall?attrito attivato tra il nucleo in piombo e la superficie laterale dello stelo mobile, cos? come la forza necessaria per produrre la deformazione plastica del nucleo in piombo forzato ad estrudersi attraverso un orifizio, non sono significativamente influenzati dalla velocit? dello stelo mobile e quindi dalla frequenza di oscillazione f0.
Nel contesto della presente invenzione, la frequenza di oscillazione f0 utilizzabile per la verifica sperimentale della potenza termica Q dissipata ? pertanto una frequenza di oscillazione compresa tra 0.2 Hz e 4.0 Hz, a meno che valori pi? precisi siano ricavati da analisi sismiche dettagliate condotte sulla costruzione oggetto dell?intervento di protezione sismica realizzato con il dispositivo dissipatore sismico.
Il dispositivo dissipatore sismico secondo la presente invenzione ha una velocit? media di riscaldamento non superiore a 20 ?C s<-1>, preferibilmente non superiore a 5 ?C s<-1>, ancor pi? preferibilmente non superiore a 3.33 ?C s<-1>.
In particolare, tale velocit? media di riscaldamento ? determinata come rapporto tra una potenza dissipata in un singolo ciclo di spostamento alternato e una capacit? termica di nucleo di detto nucleo.
Secondo la presente invenzione, la capacit? termica di nucleo dipende da un prodotto di una densit? di un materiale del nucleo (espressa per esempio in kg m<-3>), di un calore specifico del materiale (espresso per esempio in J kg<-1 >?C<-1>), e di un volume del nucleo (espresso per esempio in m<3>); oppure dipende da un prodotto di una massa del nucleo (espressa per esempio in kg) e di un calore specifico di un materiale del nucleo (espresso per esempio in J kg<-1 >?C<-1>).
Il dispositivo dissipatore sismico secondo la presente invenzione presenta quindi una capacit? termica di nucleo del proprio nucleo opportunatamente dimensionata, in maniera tale che il dispositivo dissipatore sismico possa assorbire il calore sviluppato dalla dissipazione di energia sismica, limitando la velocit? media di riscaldamento e contenendo l?incremento di temperatura del nucleo entro limiti accettabili.
La presente invenzione riguarda altres? un metodo di dissipazione di energia per il controllo di vibrazioni di costruzioni, comprendente:
- fornire un dispositivo dissipatore di energia comprendente un corpo esterno;
- fornire uno stelo mobile configurato per uno spostamento alternato rispetto al corpo esterno;
- fornire un nucleo racchiuso nel corpo esterno;
- sottoporre il dispositivo dissipatore di energia a un?azione esterna delle suddette vibrazioni;
- dissipare termicamente energia introdotta nel dispositivo dissipatore di energia dall?azione esterna, mediante un?interazione meccanica tra lo stelo mobile e il nucleo durante lo spostamento alternato.
In particolare, il dispositivo dissipatore di energia ha una velocit? media di riscaldamento non superiore a 20 ?C s<-1>, la velocit? media di riscaldamento essendo determinata come rapporto tra una potenza dissipata in un singolo ciclo di spostamento alternato e una capacit? termica di nucleo del suddetto nucleo.
In particolare, la velocit? media di riscaldamento ? non superiore a 5 ?C s<-1>, preferibilmente non superiore a 3.33 ?C s<-1>.
La capacit? termica di nucleo dipende da un prodotto di una densit? di un materiale del nucleo (espressa per esempio in kg m<-3>), di un calore specifico del materiale (espresso per esempio in J kg<-1 >?C<-1>), e di un volume del nucleo (espresso per esempio in m<3>).
Alternativamente, la capacit? termica di nucleo dipende da un prodotto di una massa del nucleo (espresso per esempio in kg) e di un calore specifico di un materiale del nucleo (espresso per esempio in J kg<-1 >?C<-1>).
Il singolo ciclo di spostamento alternato ha una frequenza di oscillazione compresa tra 0.2 Hz e 4.0 Hz; in particolare, il singolo ciclo di spostamento alternato ha ampiezza uguale a uno spostamento di progetto per il quale il dispositivo dissipatore di energia ? configurato.
La presente invenzione sar? ulteriormente descritta facendo riferimento ad alcuni esempi di realizzazione forniti qui di seguito a titolo illustrativo e non limitativo.
ESEMPI ESEMPIO 1
La Tabella 2 riporta la energia dissipata per ciclo (EDC) di un dispositivo dissipatore sismico assimilabile alla forma di realizzazione 100 con nucleo in piombo, verificata sperimentalmente nel corso di una prova consistente nella esecuzione di 10 cicli di spostamento alternato con ampiezza di spostamento dbd = 20 mm e condotta alla frequenza f0 = 0.5 Hz. Il tempo impiegato per la esecuzione dei 10 cicli risulta pari a 20 s.
La forza del dispositivo dissipatore sismico Fy ? pari a 235.2 ? 10<3 >N e la energia dissipata nel primo ciclo ? pari a EDC = 16.423 ? 10<3 >J.
La potenza dissipata nel primo ciclo, verificata sperimentalmente secondo la Equazione (2), ? uguale a Q = 8.212 ?10<3 >W.
La capacit? termica del nucleo in piombo (?k = 11341 kg m<-3>, ck = 129 J kg<-1 >?C<-1>, Vk = 0.00016 m<3>) ? pari a 233.827 J ?C<-1>.
La velocit? media di riscaldamento, ossia il rapporto tra potenza dissipata nel primo ciclo e capacit? termica di nucleo del nucleo in piombo ? pari a 35.7 ?C s<-1>.
Tabella 2: Energia dissipata per ciclo (EDC) di un dissipatore sismico assimilabile alla forma di realizzazione 100 (rapporto Q / ?k ? ck
?Vk = 35.7 ?C s<-1>).
Come evidenziato in Tabella 2, il decadimento percentuale della energia dissipata per ciclo dal dispositivo dissipatore sismico rispetto al valore verificato al primo ciclo (?EDC), dopo 10 s ? pari a 15.2% e dopo 20 s ? pari a 27.3%.
ESEMPIO 2
La Tabella 3 riporta la energia dissipata per ciclo (EDC) di un dissipatore sismico assimilabile alla forma di realizzazione 100 con nucleo in piombo, verificata sperimentalmente nel corso di una prova consistente nella esecuzione di 10 cicli di spostamento alternato con ampiezza di spostamento dbd = 10 mm e condotta alla frequenza f0 = 0.5 Hz. Il tempo impiegato per la esecuzione dei 10 cicli risulta pari a 20 s.
La forza caratteristica del dispositivo dissipatore sismico Fy ? pari a 251 ? 10<3 >N e la energia dissipata nel primo ciclo ? pari a EDC = 9.365 ? 10<3 >J.
La potenza dissipata nel primo ciclo, verificata sperimentalmente secondo la Equazione (2), ? uguale a Q = 4.682 ?10<3 >W.
La capacit? termica del nucleo in piombo (?k = 11341 kg m<-3>, ck = 129 J kg<-1 >?C<-1>, Vk = 0.00016 m<3>) ? pari a 233.827 J ?C<-1>.
La velocit? media di riscaldamento, ossia il rapporto tra potenza dissipata nel primo ciclo e capacit? termica di nucleo del nucleo in piombo ? pari a 20 ?C s<-1>.
Tabella 3: Energia dissipata per ciclo (EDC) di un dissipatore sismico assimilabile a una forma di realizzazione 100 (rapporto Q / ?k ? ck ?Vk = 20 ?C s<-1>).
Come evidenziato in Tabella 3, il decadimento percentuale della energia dissipata per ciclo dal dispositivo dissipatore sismico rispetto al valore verificato al primo ciclo (?EDC), dopo 10 s ? pari a 6.9% e dopo 20 s ? pari a 13.6%.
ESEMPIO 3
La Tabella 4 riporta la energia dissipata per ciclo (EDC) di un dissipatore sismico assimilabile alla forma di realizzazione 100 con nucleo in piombo, verificata sperimentalmente nel corso di una prova consistente nella esecuzione di 5 cicli con ampiezza di spostamento dbd = 10 mm e condotta alla frequenza f0 = 0.25 Hz. Il tempo impiegato per la esecuzione dei 5 cicli risulta pari a 20 s.
La forza caratteristica del dispositivo dissipatore sismico Fy ? pari a 251 ?10<3 >N e la energia dissipata nel primo ciclo ? pari a EDC = 9.411 ?10<3 >J.
La potenza dissipata nel primo ciclo, verificata sperimentalmente secondo la Equazione (2), ? uguale a Q = 2.353 ?10<3 >W.
La capacit? termica del nucleo in piombo (? = 11341 kg m<-3>, c = 129 J kg<-1 >?C<-1>, V = 0.00016 m<3>) ? pari a 233.827 J ?C<-1>.
La velocit? media di riscaldamento, ossia il rapporto tra potenza dissipata nel primo ciclo e capacit? termica di nucleo del nucleo in piombo ? pari a 10.1 ?C s<-1>.
Tabella 4: Energia dissipata per ciclo (EDC) di un dissipatore sismico assimilabile a una forma di realizzazione 100 (rapporto Q / ?k ? ck ?Vk = 10.1 ?C s<-1>).
Come evidenziato in Tabella 4, la energia dissipata per ciclo dal dispositivo dissipatore sismico mostra una oscillazione attorno al valore iniziale, ragionevolmente dovuta alla successione di fenomeni di riscaldamento e raffreddamento, e il decadimento percentuale della energia dissipata per ciclo rispetto al valore verificato al primo ciclo (?EDC), dopo 20 s ? pari a 3.8%.
Come evidenziato dagli esempi riportati nelle Tabelle 2, 3, 4, nella particolare realizzazione del dispositivo dissipatore sismico oggetto dei test sperimentali, quando il rapporto tra la potenza dissipata per ciclo Q e la capacit? termica di nucleo ?k ? ck ?Vk, ossia la velocit? media di riscaldamento del dispositivo dissipatore sismico, ? prossima a 10 ?C s<-1>, la quantit? di energia sismica dissipata per ciclo verificata sperimentalmente su periodi di tempo comparabili alla durata di un terremoto si mantiene sostanzialmente costante nel corso dei cicli successivi, senza subire un significativo decadimento nel tempo, garantendo una eccellente stabilit? della prestazione del dispositivo dissipatore sismico e una adeguata protezione dal terremoto della costruzione in cui detto dispositivo dissipatore sismico viene installato.
Similmente, quando il rapporto tra la potenza dissipata per ciclo Q e la capacit? termica di nucleo ?k ? ck ?Vk, ossia la velocit? media di riscaldamento del dispositivo dissipatore sismico, ? prossima a 20 ?C s<-1>, la quantit? di energia sismica dissipata per ciclo verificata sperimentalmente su periodi di tempo comparabili alla durata di un terremoto subisce un decadimento inferiore al 15% rispetto al valore verificato al primo ciclo, garantendo una sufficiente stabilit? della prestazione del dispositivo dissipatore sismico.
Sono stati forniti alcuni valori esemplificativi per il predefinito massimo incremento di temperatura. Il tecnico esperto del settore sapr? valutare il massimo incremento di temperatura ammissibile del nucleo del dispositivo dissipatore di energia per il controllo delle vibrazioni affinch? il degrado della sua capacit? dissipativa sia compatibile con il soddisfacimento dei requisiti di prestazione della costruzione in cui il dispositivo dissipatore di energia ? installato, per tutta la durata della azione esterna, di natura ambientale o naturale, inclusa l?azione sismica, di natura antropica, oppure di natura accidentale od eccezionale che induce le vibrazioni della costruzione. Applicabilit? industriale
Vantaggiosamente, la presente invenzione consente di proteggere costruzioni edili e civili da un?azione vibratoria esterna.
Tra le applicazioni della presente invenzione, si enumerano: le costruzioni dell?ingegneria civile ed edile quali gli edifici, le opere pubbliche (ad esempio gli stadi, i centri sportivi e ricreativi, le scuole e gli ospedali), le opere industriali (ad esempio i capannoni industriali ed i silos) e le infrastrutture viarie e ferroviarie (i ponti e i viadotti).
Considerando la descrizione qui riportata, il tecnico del ramo potr? congegnare ulteriori modifiche e varianti, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti e specifiche.
? evidente che, ove non vi siano incompatibilit? tecniche evidenti al tecnico del ramo, le configurazioni di specifici elementi descritti con riferimento a talune forme di realizzazione, potranno essere utilizzate in altre forme di realizzazione qui descritte.
Le forme di realizzazione qui descritte sono pertanto da intendersi esempi illustrativi e non limitativi dell?invenzione.
Claims (14)
1. Dispositivo dissipatore di energia (100, 200, 300) per il controllo di vibrazioni di costruzioni, comprendente un corpo esterno (103, 203, 303) e un nucleo (105, 205, 305) racchiuso in detto corpo esterno (103, 203, 303), e ulteriormente comprendente uno stelo mobile (107, 207, 307) configurato per uno spostamento alternato rispetto a detto corpo esterno (103, 203, 303) sotto l?effetto di un?azione esterna di dette vibrazioni, ed ulteriormente configurato per un?interazione meccanica con detto nucleo (105, 205, 305) durante detto spostamento alternato per dissipare termicamente energia introdotta in detto dispositivo dissipatore di energia (100, 200, 300) da detta azione esterna, caratterizzato dal fatto che sotto l?effetto di detta azione esterna detto dispositivo dissipatore di energia (100, 200, 300) ha una velocit? media di riscaldamento non superiore a 20 ?C s<-1>, detta velocit? media di riscaldamento essendo determinata come rapporto tra una potenza dissipata in un singolo ciclo di spostamento alternato e una capacit? termica di nucleo di detto nucleo (105, 205, 305).
2. Dispositivo dissipatore di energia secondo la rivendicazione 1, in cui detta velocit? media di riscaldamento ? non superiore a 5 ?C s<-1>, preferibilmente non superiore a 3.33 ?C s<-1>.
3. Dispositivo dissipatore di energia secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detta capacit? termica di nucleo dipende da un prodotto di una densit? di un materiale di detto nucleo, di un calore specifico di detto materiale, e di un volume di detto nucleo; oppure dipende da un prodotto di una massa di detto nucleo e di un calore specifico di un materiale di detto nucleo.
4. Dispositivo dissipatore di energia secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui detto singolo ciclo di spostamento alternato ha una frequenza di oscillazione compresa tra 0.2 Hz e 4.0 Hz.
5. Dispositivo dissipatore di energia secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui detto singolo ciclo di spostamento alternato ha ampiezza uguale a uno spostamento di progetto di detto dispositivo dissipatore di energia (100, 200, 300).
6. Dispositivo dissipatore di energia secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui detto nucleo (105, 205, 305) comprende o ? costituito da piombo.
7. Dispositivo dissipatore di energia secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6, in cui detto stelo mobile (107, 207, 307) ? ulteriormente configurato per dissipare almeno parte di detta energia mediante attrito attivato durante detto spostamento alternato tra detto nucleo (105, 205, 305) e almeno una porzione di una superficie laterale di detto stelo mobile (107, 207, 307).
8. Dispositivo dissipatore di energia secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7, in cui detto corpo esterno (103, 303) e/o detto stelo mobile comprende un elemento di interazione (109, 309) con detto nucleo (105, 305), detto elemento di interazione (109, 309) essendo configurato per indurre una deformazione plastica di almeno parte di detto nucleo (105, 305) durante detto spostamento alternato.
9. Dispositivo dissipatore di energia secondo la rivendicazione 8, in cui detto elemento di interazione (109, 309) comprende almeno uno dei seguenti: una protrusione radiale (109) su detto stelo mobile (107), una costrizione (309) su almeno una superficie di detto corpo esterno (303), un orifizio su detto corpo esterno.
10. Metodo di dissipazione di energia per il controllo di vibrazioni di costruzioni, comprendente:
- fornire un dispositivo dissipatore di energia (100, 200, 300) comprendente un corpo esterno (103, 203, 303);
- fornire uno stelo mobile (107, 207, 307) configurato per uno spostamento alternato rispetto a detto corpo esterno (103, 203, 303);
- fornire un nucleo (105, 205, 305) racchiuso in detto corpo esterno (103, 203, 303);
- sottoporre detto dispositivo dissipatore di energia (100, 200, 300) a un?azione esterna di dette vibrazioni;
- dissipare termicamente energia introdotta in detto dispositivo dissipatore di energia (100, 200, 300) da detta azione esterna, mediante un?interazione meccanica tra detto stelo mobile (107, 207, 307) e detto nucleo (105, 205, 305) durante detto spostamento alternato;
caratterizzato dal fatto che sotto l?effetto di detta azione esterna detto dispositivo dissipatore di energia (100, 200, 300) ha una velocit? media di riscaldamento non superiore a 20 ?C s<-1>, detta velocit? media di riscaldamento essendo determinata come rapporto tra una potenza dissipata in un singolo ciclo di spostamento alternato e una capacit? termica di nucleo di detto nucleo (105, 205, 305).
11. Metodo di dissipazione di energia secondo la rivendicazione 10, in cui detta velocit? media di riscaldamento ? non superiore a 5 ?C s<-1>, preferibilmente non superiore a 3.33 ?C s<-1>.
12. Metodo di dissipazione di energia secondo la rivendicazione 10 o 11, in cui detta capacit? termica di nucleo dipende da un prodotto di una densit? di un materiale di detto nucleo, di un calore specifico di detto materiale, e di un volume di detto nucleo; oppure dipende da un prodotto di una massa di detto nucleo e di un calore specifico di un materiale di detto nucleo.
13. Metodo di dissipazione di energia secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 10 a 12, in cui detto singolo ciclo di spostamento alternato ha una frequenza di oscillazione compresa tra 0.2 Hz e 4.0 Hz.
14. Metodo di dissipazione di energia secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 10 a 13, in cui detto singolo ciclo di spostamento alternato ha ampiezza uguale a uno spostamento di progetto di detto dispositivo dissipatore di energia (100, 200, 300).
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2021
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