ITMI20110257A1 - ANTI-SEISMIC SUPPORT. - Google Patents
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Classifications
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Description
Titolo: “Supporto anti-sismico†Title: â € œAnti-seismic supportâ €
La presente invenzione si riferisce ad un supporto anti-sismico, destinato a supportare strutture dell’ingegneria civile o edile tra le quali, in particolare, anche i ponti. The present invention refers to an anti-seismic support, intended to support civil or building engineering structures including, in particular, also bridges.
Nel seguito verranno utilizzati indifferentemente i termini “struttura civile†o “struttura edilizia†per indicare le strutture dell’ingegneria civile quali gli edifici e i ponti, ma anche silos e serbatoi. In the following, the terms â € œcivil structureâ € or â € œbuilding structureâ € will be used indifferently to indicate civil engineering structures such as buildings and bridges, but also silos and tanks.
È noto nella tecnica realizzare dispositivi di supporto anti-sismici, destinati ad essere applicati tra le fondamenta di una struttura civile (quale per esempio un edificio o un ponte) e la struttura stessa, per proteggerla da una scossa sismica. It is known in the art to produce anti-seismic support devices, intended to be applied between the foundations of a civil structure (such as a building or a bridge) and the structure itself, to protect it from a seismic shock.
Tra i dispositivi che svolgono questa funzione rientrano i dispositivi del tipo cosiddetto “a pendolo†, quale il dispositivo descritto nel brevetto statunitense US 4,644,714: tale supporto anti-sismico comprende un supporto inferiore ed un supporto superiore, solidali rispettivamente alla struttura da supportare ed alle fondamenta della struttura stessa. The devices that perform this function include devices of the so-called `` pendulum '' type, such as the device described in US patent 4,644,714: this anti-seismic support comprises a lower support and an upper support, respectively integral with the structure to be supported and to the foundations of the structure itself.
Entrambi i supporti comprendono una rispettiva superficie di scorrimento concava e sono separati tra loro da un pattino. Il pattino comprende due superfici convesse corrispondenti a ed in contatto con le superfici concave dei supporti superiore ed inferiore, così da formare un’articolazione sferica. Both supports comprise a respective concave sliding surface and are separated from each other by a shoe. The shoe comprises two convex surfaces corresponding to and in contact with the concave surfaces of the upper and lower supports, so as to form a spherical joint.
In occasione di una scossa sismica, il pattino può pertanto scorrere con moto pendolare rispetto al primo supporto, proteggendo la struttura sovrastante dagli effetti del terremoto. In the event of a seismic shock, the skate can therefore slide with a pendular motion with respect to the first support, protecting the overlying structure from the effects of the earthquake.
Sulla superficie di scorrimento del pattino scorrevole a contatto con la superficie di scorrimento concava del primo supporto viene solitamente applicato un materiale di scorrimento, per favorire lo scorrimento relativo delle due superfici. A sliding material is usually applied to the sliding surface of the sliding shoe in contact with the concave sliding surface of the first support, to favor the relative sliding of the two surfaces.
Come materiale di scorrimento, secondo una tecnica nota, viene impiegato materiale composito comprendente PTFE addizionato con cariche di fibre di carbonio o con fibre di vetro. Il materiale di scorrimento presenta elevati coefficienti di attrito, fino al 20%, permettendo così di dissipare un elevato quantitativo di energia durante un’oscillazione a seguito di un sisma. As sliding material, according to a known technique, a composite material is used comprising PTFE added with fillers of carbon fibers or with glass fibers. The sliding material has high friction coefficients, up to 20%, thus allowing to dissipate a large amount of energy during an oscillation following an earthquake.
Questi dispositivi, tuttavia, non presentano una soddisfacente resistenza all’usura e, per questo motivo, non sono adatti ad essere impiegati per supportare strutture (come in particolare i ponti) che presentano continui e frequenti movimenti di servizio anche in assenza di un terremoto, per effetto ad esempio di dilatazioni termiche, azione del vento o per una variazione repentina del carico supportato dalla struttura. However, these devices do not have a satisfactory resistance to wear and, for this reason, they are not suitable to be used to support structures (such as bridges in particular) that have continuous and frequent service movements even in the absence of an earthquake. , for example due to thermal expansion, wind action or a sudden change in the load supported by the structure.
Secondo un’altra tecnica nota in accordo con EP 1 836 404, sono stati proposti dispositivi di appoggio anti-sismico del tipo pendolare aventi una diversa tipologia di materiale di scorrimento. According to another known technique in accordance with EP 1 836 404, anti-seismic bearing devices of the pendular type having a different type of sliding material have been proposed.
Secondo EP 1 836 404, in particolare, il materiale di scorrimento può essere PTFE puro, privo di cariche, o UHMWPE. Questi materiali presentano un’elevata resistenza all’usura, ed un coefficiente d’attrito relativamente basso, che li rende idonei a consentire i movimenti di servizio delle strutture, ma inadatti a smaltire elevante quantità di energia, come può essere necessario in caso di un sisma di elevata intensità . According to EP 1 836 404, in particular, the sliding material can be pure PTFE, free of fillers, or UHMWPE. These materials have a high resistance to wear, and a relatively low coefficient of friction, which makes them suitable to allow the service movements of the structures, but unsuitable to dispose of a large amount of energy, as may be necessary in case of a high intensity earthquake.
Per impiegare i dispositivi del tipo descritto da EP 1836 404 in zone ad alta sismicità , à ̈ stato proposto di applicare degli smorzatori viscosi al dispositivo, adatti a dissipare l’ingente energia che si sviluppa in caso di una forte scossa sismica. Così facendo, ad ogni modo, il dispositivo risulta più costoso ed ingombrante, essendo necessario disporre ulteriori componenti rispetto a quelli tradizionalmente impiegati in questo tipo di supporti. To use the devices of the type described by EP 1836 404 in areas of high seismicity, it has been proposed to apply viscous dampers to the device, suitable for dissipating the enormous energy that develops in the event of a strong seismic shock. In doing so, however, the device is more expensive and bulky, since it is necessary to have additional components than those traditionally used in this type of media.
Un ulteriore problema dei materiali di scorrimento della tecnica nota à ̈ la rapida degradazione meccanica per effetto del calore dissipato durante il sisma: in presenza di elevate velocità di scorrimento, quali quelle prodotte da un sisma di forte intensità , elevato coefficiente di attrito e prolungata durata della eccitazione sismica, lo scorrimento relativo delle superfici del pattino, in effetti, produce enormi quantità di calore che degradano rapidamente le proprietà del materiale di scorrimento. A further problem of the sliding materials of the known art is the rapid mechanical degradation due to the effect of the heat dissipated during the earthquake: in the presence of high sliding speeds, such as those produced by a high intensity earthquake, high coefficient of friction and prolonged duration of the seismic excitation, the relative sliding of the skid surfaces, in effect, produces enormous quantities of heat which rapidly degrade the properties of the sliding material.
Sarebbe quindi desiderabile realizzare un supporto anti-sismico che risenta quantomeno in grado minore di tale degradazione dovuta agli effetti del calore prodotto per effetto dello scorrimento del pattino stesso, senza per questo dover rinunciare alla produzione del calore per attrito, ovvero alla dissipazione dell’energia trasmessa dal sisma alla struttura. It would therefore be desirable to create an anti-seismic support that is affected at least to a lesser degree by this degradation due to the effects of the heat produced by the sliding effect of the pad itself, without having to renounce the production of heat by friction, or the dissipation of the energy transmitted by the earthquake to the structure.
In vista dello stato della tecnica descritto, scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un supporto anti-sismico che permetta di risolvere i problemi della tecnica anteriore. In view of the state of the art described, the object of the present invention is to provide an anti-seismic support which allows to solve the problems of the prior art.
In particolare, uno scopo dell’invenzione à ̈ fornire un supporto anti-sismico che possa essere impiegato per supportare ponti, ad esempio stradali o ferroviari, e che sia in grado di sopportare sismi di elevata intensità e durata prolungata. In particular, an object of the invention is to provide an anti-seismic support that can be used to support bridges, for example road or railways, and that is capable of withstanding high intensity and prolonged duration earthquakes.
Un ulteriore scopo dell’invenzione à ̈ realizzare un supporto anti-sismico che non abbia ingombro eccessivo, che abbia una struttura semplice con un numero limitato di componenti e che sia affidabile nel tempo. A further object of the invention is to realize an anti-seismic support which does not have excessive bulk, which has a simple structure with a limited number of components and which is reliable over time.
In accordo con la presente invenzione, tali scopi sono raggiunti mediante un dispositivo in accordo con la rivendicazione 1. In accordance with the present invention, these objects are achieved by means of a device in accordance with claim 1.
Le caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di una forma di realizzazione pratica, data a titolo di esempio non limitativo con riferimento agli uniti disegni, nei quali: The characteristics and advantages of the present invention will become evident from the following detailed description of a practical embodiment, given by way of non-limiting example with reference to the accompanying drawings, in which:
-la figura 1 mostra una vista in sezione di un supporto anti-sismico secondo l’invenzione; figure 1 shows a sectional view of an anti-seismic support according to the invention;
-la figura 2 mostra un ingrandimento della vista in sezione di figura 1. figure 2 shows an enlargement of the sectional view of figure 1.
In figura 1 Ã ̈ mostrato un supporto anti-sismico 11, destinato ad essere applicato tra le fondamenta 13 di una struttura edilizia e la struttura edilizia 12 stessa. Figure 1 shows an anti-seismic support 11, intended to be applied between the foundations 13 of a building structure and the building structure 12 itself.
Il supporto anti-sismico 11 ha la funzione di supportare la struttura edilizia, proteggendola nel caso in cui si verifichi un sisma. The anti-seismic support 11 has the function of supporting the building structure, protecting it in the event of an earthquake.
La struttura edilizia 12 può essere un ponte, ad esempio stradale o ferroviario. Ad ogni modo, il dispositivo di appoggio 11 può essere impiegato per supportare anche edifici od altre costruzioni, quali silos e serbatoi. Building structure 12 can be a bridge, for example road or rail. In any case, the support device 11 can also be used to support buildings or other constructions, such as silos and tanks.
Il supporto anti-sismico 11 comprende un supporto superiore 14 (o primo supporto 14) dotato di una superficie di scorrimento concava 17, ed un pattino 16 disposto in contatto scorrevole con la superficie di scorrimento 17. The anti-seismic support 11 comprises an upper support 14 (or first support 14) provided with a concave sliding surface 17, and a shoe 16 arranged in sliding contact with the sliding surface 17.
Il pattino 16 comprende una superficie convessa di scorrimento 16b che contatta la superficie di scorrimento concava 17 del supporto superiore 14. The shoe 16 comprises a convex sliding surface 16b which contacts the concave sliding surface 17 of the upper support 14.
Il pattino 16 comprende ulteriormente una superficie convessa di articolazione 20, opposta alla superficie convessa di scorrimento 16b, adatta ad entrare in contatto con una corrispondente superficie concava di articolazione 21, realizzata in un secondo supporto 15. The shoe 16 further comprises a convex articulation surface 20, opposite the convex sliding surface 16b, suitable for coming into contact with a corresponding concave articulation surface 21, made in a second support 15.
Nelle figure, il secondo supporto 15 à ̈ disposto inferiormente al pattino 16 e, nel prosieguo della descrizione, verrà indicato anche come “supporto inferiore 15†. In the figures, the second support 15 is arranged below the shoe 16 and, in the rest of the description, it will also be referred to as â € œlower support 15â €.
In pratica, il supporto anti-sismico 11 comprende i due supporti 15, 14, separati dal pattino 16. Tra il pattino 16 ed uno dei due supporti 15, 14 (15, nella realizzazione di figura 1) à ̈ realizzata un’articolazione, tra il pattino 16 e l’altro dei due supporti 14, 15 (14, nella realizzazione di figura 1) à ̈ realizzato un giunto scorrevole, per assorbire i movimenti dovuti al sisma. In practice, the anti-seismic support 11 comprises the two supports 15, 14, separated from the pad 16. An articulation is made between the pad 16 and one of the two supports 15, 14 (15, in the embodiment of figure 1) , between the shoe 16 and the other of the two supports 14, 15 (14, in the realization of figure 1) a sliding joint is made, to absorb the movements due to the earthquake.
Chiaramente, sebbene nei disegni e nella descrizione si faccia esplicito riferimento ad una sola configurazione (con l’articolazione in basso rispetto alla superficie di scorrimento), la configurazione cinematicamente opposta (con l’articolazione in alto rispetto alla superficie di scorrimento) à ̈ possibile, tecnicamente equivalente nonché da considerarsi implicitamente divulgata nel presente testo. Clearly, although in the drawings and in the description explicit reference is made to only one configuration (with the articulation at the bottom with respect to the sliding surface), the kinematically opposite configuration (with the articulation at the top with respect to the sliding surface) It is possible, technically equivalent and to be considered implicitly disclosed in this text.
Parimenti, anche la configurazione divulgata nelle figure 2a e 2b del brevetto EP 1806 404, in cui il supporto anti-sismico a pendolo comprende due interfacce di scorrimento anziché una interfaccia di scorrimento ed una articolazione, si considera incorporata per riferimento nella presente descrizione. Likewise, also the configuration disclosed in figures 2a and 2b of the EP 1806 404 patent, in which the anti-seismic pendulum support comprises two sliding interfaces instead of a sliding interface and an articulation, is considered incorporated by reference in the present description.
Nel caso in cui il supporto anti-sismico comprenda due interfacce di scorrimento, pertanto, le considerazioni svolte a riguardo dell’interfaccia di scorrimento della presente invenzione si devono considerare parallelamente applicate ad entrambe le interfacce del supporto anti-sismico. In the event that the anti-seismic support includes two sliding interfaces, therefore, the considerations made regarding the sliding interface of the present invention must be considered applied in parallel to both interfaces of the anti-seismic support.
Preferibilmente, la superficie di scorrimento convessa 16b e la superficie di scorrimento concava 17 hanno una curvatura corrispondente, per consentire il movimento “a pendolo†di questo tipo di dispositivi 11; per esempio, esse sono di forma sferica e presentano lo stesso raggio di curvatura; in alternativa, altre configurazioni sono possibili, in cui almeno una delle due superfici ha raggio di curvatura variabile, così da ottenere un migliore centraggio del pattino 16. Preferably, the convex sliding surface 16b and the concave sliding surface 17 have a corresponding curvature, to allow the "pendulum" movement of this type of device 11; for example, they are spherical in shape and have the same radius of curvature; alternatively, other configurations are possible, in which at least one of the two surfaces has a variable radius of curvature, so as to obtain a better centering of the shoe 16.
Il supporto superiore 14 ha preferibilmente la forma di una piastra ed à ̈ preferibilmente fissato in modo solidale, tramite noti mezzi di fissaggio, ad una struttura edilizia da supportare. Il supporto superiore 14 à ̈ preferibilmente in acciaio, ma può anche essere realizzato in alluminio o in altro materiale. The upper support 14 preferably has the shape of a plate and is preferably fixed integrally, by known fastening means, to a building structure to be supported. The upper support 14 is preferably made of steel, but can also be made of aluminum or other material.
Il pattino 16 Ã ̈ adatto a scorrere lungo la superficie di scorrimento concava 17 con moto pendolare durante una scossa sismica. The shoe 16 is suitable for sliding along the concave sliding surface 17 with a pendular motion during an earthquake.
Nelle figure, il pattino 16 à ̈ rappresentato nella posizione di equilibrio, centrata rispetto alla superficie di scorrimento concava 17. Il pattino 16 occupa questa posizione di equilibrio prima del sisma e, a seconda dell’interazione di alcuni fattori, tra cui il tipo di sisma, la può recuperare al termine del sisma stesso. In the figures, the runner 16 is represented in the equilibrium position, centered with respect to the concave sliding surface 17. The runner 16 occupies this equilibrium position before the earthquake and, depending on the interaction of some factors, including the type of earthquake, it can recover it at the end of the earthquake itself.
Il dispositivo di appoggio 11 comprende un materiale di scorrimento 19 che forma la superficie di scorrimento concava 17 del supporto superiore 14 o la superficie di scorrimento convessa 16b del pattino 16. The support device 11 comprises a sliding material 19 which forms the concave sliding surface 17 of the upper support 14 or the convex sliding surface 16b of the shoe 16.
Vantaggiosamente, il materiale di scorrimento 19 à ̈ applicato al pattino 16 oppure al supporto superiore 14 e può essere disposto in una sede avente forma corrispondente ad esso, realizzata nel pattino 16 o nel supporto superiore 14. Vantaggiosamente, il materiale di scorrimento ha spessore (per esempio costante) superiore alla profondità (per esempio costante) della sede in cui à ̈ incassato, così da sporgere dalla sede stessa. Advantageously, the sliding material 19 is applied to the shoe 16 or to the upper support 14 and can be arranged in a seat having a shape corresponding to it, made in the shoe 16 or in the upper support 14. Advantageously, the sliding material has a thickness ( for example constant) greater than the depth (for example constant) of the seat in which it is embedded, so as to protrude from the same seat.
In alternativa, il materiale di scorrimento 19 può essere applicato al pattino 16 oppure al supporto superiore 14 mediante adesivi oppure mediante mezzi di fissaggio meccanici, quali ad esempio viti e/o rivetti; in questo caso, la sede potrà essere assente. Alternatively, the sliding material 19 can be applied to the shoe 16 or to the upper support 14 by means of adhesives or by mechanical fixing means, such as for example screws and / or rivets; in this case, the office may be absent.
Preferibilmente, il materiale di scorrimento 19 à ̈ applicato al pattino 16, e forma la superficie di scorrimento convessa 16b del pattino 16 stesso. Il materiale di scorrimento 19 può essere nella forma di un foglio di materiale, per esempio avente spessore di qualche millimetro. Preferably, the sliding material 19 is applied to the shoe 16, and forms the convex sliding surface 16b of the shoe 16 itself. The sliding material 19 can be in the form of a sheet of material, for example having a thickness of a few millimeters.
Il materiale di scorrimento 19 può comprendere materiale polimerico caricato con una carica polimerica, sintetica, ceramica oppure metallica, intendendosi peraltro escluse da tali alternative le cariche di fibre di carbonio o di fibre di vetro. The sliding material 19 can comprise polymeric material filled with a polymeric, synthetic, ceramic or metal filler, but it is understood that carbon fiber or glass fiber fillers are excluded from these alternatives.
Il materiale di scorrimento 19 presenta un coefficiente di attrito relativamente elevato in presenza di velocità superiori a quelle normalmente corrispondenti ai cosiddetti movimenti di servizio, ossia quei movimenti di variazione di posizione tra gli elementi fissati al supporto anti-sismico 11 dovuti alle dilatazioni termiche, all’effetto del vento o dei carichi variabili agenti sulla struttura, o al ritiro viscoso del calcestruzzo. La superficie di scorrimento concava 17 del supporto superiore 14 e la superficie di scorrimento convessa 16b del pattino 16 possono infatti scorrere uno sull’altro con un attrito maggiore o uguale a 9% o, preferibilmente maggiore o uguale a 10%, nel caso in cui il dispositivo 11 sia caricato in modo da avere tra le superfici una pressione media (definita come il rapporto tra il carico verticale gravante sul dispositivo e l’area della proiezione su una superficie piana della superficie curva di contatto tra la superficie di scorrimento convessa 16b del pattino 16 e la superficie di scorrimento concava 17 del supporto superiore 14) maggiore o uguale a 30 MPa e con velocità di mutuo scorrimento maggiore o uguale a 50 mm/s. The sliding material 19 has a relatively high coefficient of friction in the presence of speeds higher than those normally corresponding to the so-called service movements, i.e. those movements of variation of position between the elements fixed to the anti-seismic support 11 due to thermal expansions, to the € ™ effect of wind or variable loads acting on the structure, or viscous shrinkage of the concrete. The concave sliding surface 17 of the upper support 14 and the convex sliding surface 16b of the shoe 16 can in fact slide on each other with a friction greater than or equal to 9% or, preferably greater than or equal to 10%, in the case in which the device 11 is loaded so as to have an average pressure between the surfaces (defined as the ratio between the vertical load on the device and the projection area on a flat surface of the curved contact surface between the convex sliding surface 16b of the shoe 16 and the concave sliding surface 17 of the upper support 14) greater than or equal to 30 MPa and with a mutual sliding speed greater than or equal to 50 mm / s.
Il dispositivo di appoggio 11 à ̈, pertanto, adatto a dissipare una elevata energia, grazie al suo elevato attrito in caso di velocità di scorrimento relativamente elevate, comparabili a quelle che si verificano in occasione di un sisma di forte intensità . The support device 11 is, therefore, suitable for dissipating a high energy, thanks to its high friction in the case of relatively high sliding speeds, comparable to those occurring in a very intense earthquake.
Inoltre, il materiale di scorrimento presenta una conducibilità termica elevata, maggiore o uguale a 0,50 W/m*K. Furthermore, the sliding material has a high thermal conductivity, greater than or equal to 0.50 W / m * K.
Il valore di conducibilità termica relativamente elevato permette di asportare il calore in modo rapido dalla superficie di contatto tra pattino 16 e supporto superiore 14. Di fatto, proprio all’interfaccia tra la superficie di scorrimento convessa 16b del pattino 16 e la superficie di scorrimento concava 17 del supporto superiore 14 viene dissipata l’energia del sisma e trasformata in energia termica. Nei materiali polimerici normalmente impiegati come materiale di scorrimento 19 nella tecnica nota, la conducibilità termica à ̈ molto inferiore a 0,50 W/m*K. Per questo motivo, il calore non poteva essere asportato in modo efficiente dalla superficie di contatto e si creavano picchi di temperatura nel materiale di scorrimento 19, con possibile degrado delle proprietà meccaniche del materiale stesso. Tali effetti di degrado possono comprendere il rammollimento del materiale di scorrimento 19, e quindi della sua capacità di sostenere i carichi gravanti su di esso, e/o la riduzione del coefficiente di attrito del materiale polimerico, con conseguente riduzione della capacità di dissipazione della energia sismica e pertanto della prestazione del supporto anti-sismico stesso. The relatively high thermal conductivity value allows heat to be removed quickly from the contact surface between the shoe 16 and the upper support 14. In fact, precisely at the interface between the convex sliding surface 16b of the shoe 16 and the sliding surface concave 17 of the upper support 14 the energy of the earthquake is dissipated and transformed into thermal energy. In the polymeric materials normally used as sliding material 19 in the known art, the thermal conductivity is much lower than 0.50 W / m * K. For this reason, the heat could not be efficiently removed from the contact surface and temperature peaks were created in the sliding material 19, with possible degradation of the mechanical properties of the material itself. Such degradation effects may include the softening of the sliding material 19, and therefore of its ability to withstand the loads weighing on it, and / or the reduction of the friction coefficient of the polymeric material, with consequent reduction of the energy dissipation capacity. seismic and therefore of the performance of the anti-seismic support itself.
Il materiale di scorrimento 19 adottato nella presente invenzione à ̈ invece più adatto a sopportare anche un elevata generazione di calore sulle superfici di scorrimento rispetto ai materiali finora noti. The sliding material 19 adopted in the present invention is, on the other hand, more suitable for withstanding even a high generation of heat on the sliding surfaces with respect to the materials known up to now.
Nel caso della presente invenzione, il dispositivo di isolamento anti-sismico à ̈ caratterizzato dal fatto di utilizzare come materiale di scorrimento 19 un materiale che presenta una conducibilità termica elevata che permette di limitare l’innalzamento della temperatura in corrispondenza della superficie di scorrimento convessa 16b del pattino 16 e superficie di scorrimento concava 17 del supporto superiore 14. In the case of the present invention, the anti-seismic insulation device is characterized by the fact that it uses as the sliding material 19 a material that has a high thermal conductivity which allows to limit the temperature rise in correspondence with the convex sliding surface 16b of the shoe 16 and concave sliding surface 17 of the upper support 14.
Preferibilmente, la conducibilità termica del materiale di scorrimento à ̈ superiore a 0,60 W/m*K, più preferibilmente superiore a 0,70 W/m*K, e/o inferiore a 0,90 W/m*K. Preferably, the thermal conductivity of the flow material is higher than 0.60 W / m * K, more preferably higher than 0.70 W / m * K, and / or lower than 0.90 W / m * K.
Il materiale di scorrimento 19 impiegato nel dispositivo 11 presenta anche una elevata resistenza all’usura. The sliding material 19 used in the device 11 also has a high resistance to wear.
In particolare, le proprietà del materiale di scorrimento 19 vengono normalmente verificate tramite il test di usura previsto dalla norma EN 15129:2009 per gli edifici, al paragrafo 8.3.1.2.5, e/o la norma americana “AASHTO LRFD Bridge Design Specification†, al paragrafo 15.10.1.2. In particular, the properties of the sliding material 19 are normally verified through the wear test required by the EN 15129: 2009 standard for buildings, in paragraph 8.3.1.2.5, and / or the American standard â € œAASHTO LRFD Bridge Design Specificationâ €, in paragraph 15.10.1.2.
Il supporto anti-sismico 11 risulta pertanto adatto a sopportare anche movimenti a bassa velocità , quali quelli che si possono verificare quando il dispositivo 11 à ̈ applicato in una struttura che prevede, durante la propria vita utile, la necessità di accomodare variazioni di posizione (i movimenti di servizio) tra gli elementi fissati al supporto antisismico 11, come per esempio i ponti. The anti-seismic support 11 is therefore suitable for withstanding even low speed movements, such as those that can occur when the device 11 is applied in a structure which requires, during its useful life, the need to accommodate variations in position ( the service movements) between the elements fixed to the anti-seismic support 11, such as for example the bridges.
Nei ponti, per esempio, i movimenti di servizio possono essere causati dalle vibrazioni dovute ai carichi pesanti o dalle dilatazioni termiche e possono tra l’altro comportare, durante la vita utile del ponte, distanze di strisciamento particolarmente lunghe. In bridges, for example, service movements can be caused by vibrations due to heavy loads or by thermal expansion and can, among other things, lead to particularly long sliding distances during the life of the bridge.
Preferibilmente, una prova di usura svolta sul materiale di scorrimento 19 in modo che il materiale di scorrimento 19 abbia un’altezza di almeno 2,0 mm rispetto al piano da cui sporge (se applicato in una sede incassata) o rispetto al piano su cui à ̈ applicato (se non à ̈ applicato in una sede incassata) , svolta applicando una pressione compresa tra il 75% e il 110% della pressione di progetto, e svolta con una temperatura di 20°C ± 8°C ed una velocità maggiore o uguale a 1 mm/s, per un percorso di scorrimento pari almeno a 1000 metri, dà come risultato che il materiale di scorrimento 19 subisce una riduzione di spessore inferiore a 1,0 mm. Preferably, a wear test carried out on the sliding material 19 so that the sliding material 19 has a height of at least 2.0 mm with respect to the plane from which it protrudes (if applied in a recessed seat) or with respect to the surface on to which it is applied (if it is not applied in a recessed seat), carried out by applying a pressure between 75% and 110% of the design pressure, and carried out with a temperature of 20 ° C ± 8 ° C and a speed greater than or equal to 1 mm / s, for a sliding path of at least 1000 meters, results in the sliding material 19 undergoing a thickness reduction of less than 1.0 mm.
Preferibilmente, il materiale di scorrimento 19 soddisfa secondo il criterio sopra definito di una riduzione di spessore inferiore a 1,0 mm il test di durata previsto dalla norma EN15129:2009 per l’impiego negli edifici, anche in una forma modificata in cui il percorso di scorrimento à ̈ superiore a 1000 m, più preferibilmente con un percorso di scorrimento maggiore o uguale a 1600 m. Preferably, according to the criterion defined above of a thickness reduction of less than 1.0 mm, the sliding material 19 satisfies the durability test required by the EN15129: 2009 standard for use in buildings, even in a modified form in which the sliding path is greater than 1000 m, more preferably with a sliding path greater than or equal to 1600 m.
Preferibilmente, il materiale di scorrimento 19 comprende PTFE, ancor più preferibilmente, il materiale polimerico del materiale di scorrimento 19 à ̈ sostanzialmente o esclusivamente PTFE. Preferably, the sliding material 19 comprises PTFE, even more preferably, the polymeric material of the sliding material 19 is substantially or exclusively PTFE.
La scelta del PTFE come materiale polimerico permette di avere un coefficiente di attrito relativamente basso quando le velocità di scorrimento sono basse. The choice of PTFE as a polymeric material allows to have a relatively low coefficient of friction when the sliding speeds are low.
Per esempio, in test di attrito in cui le velocità di scorrimento sono inferiori a 10 mm/s ed in cui il dispositivo 11 à ̈ caricato con il carico di progetto, l’attrito sviluppato allo scorrimento tra la superficie di scorrimento convessa 16b del pattino 16 e la superficie di scorrimento concava 17 del supporto superiore 14 à ̈ inferiore al 7%. For example, in friction tests in which the sliding speeds are lower than 10 mm / s and in which the device 11 is loaded with the design load, the friction developed upon sliding between the convex sliding surface 16b of the shoe 16 and the concave sliding surface 17 of the upper support 14 is less than 7%.
Ciò consente di assecondare i movimenti di servizi a bassa velocità che la struttura può richiedere, come ad esempio quelli dovuti al vento, alle dilatazioni termiche, alla variazione repentina di carico sulla struttura e al ritiro viscoso del calcestruzzo. This allows to accommodate the low speed service movements that the structure may require, such as those due to wind, thermal expansion, sudden load variation on the structure and viscous shrinkage of the concrete.
Preferibilmente, al PTFE viene aggiunta una carica, per esempio metallica, per esempio in polvere; per esempio, la carica può essere polvere di bronzo. Preferably, a filler, for example metallic, for example in powder form, is added to the PTFE; for example, the charge may be bronze powder.
Preferibilmente, la carica metallica à ̈ presente con percentuale in peso compresa tra il 30% ed il 60%, più preferibilmente tra il 40% ed il 50%. In una forma preferita, la percentuale in peso della polvere metallica à ̈ circa il 45%. Preferably, the metallic filler is present with a percentage by weight comprised between 30% and 60%, more preferably between 40% and 50%. In a preferred form, the weight percentage of the metal powder is about 45%.
La presenza di un tale quantitativo di metallo permette di aumentare la conducibilità termica del materiale di scorrimento 19, rispetto ai normali valori di conducibilità riscontrabili nei materiali polimerici impiegati nella tecnica nota. The presence of such a quantity of metal allows to increase the thermal conductivity of the sliding material 19, with respect to the normal conductivity values found in the polymeric materials used in the known art.
Nella realizzazione preferita con PTFE caricato con polvere di bronzo al 45%, la conducibilità termica à ̈ superiore a 0,7 W/m*K, per esempio à ̈ circa 0,7-0,9 W/m*K. In the preferred embodiment with PTFE loaded with 45% bronze powder, the thermal conductivity is higher than 0.7 W / m * K, for example it is about 0.7-0.9 W / m * K.
Preferibilmente, il materiale di scorrimento à ̈ sinterizzato e/o prodotto attraverso stampaggio a compressione in forma di foglio. Dopo lo stampaggio, il materiale in foglio viene lavorato per ottenere lo spessore desiderato. Preferably, the flow material is sintered and / or produced by compression molding in sheet form. After molding, the sheet material is processed to achieve the desired thickness.
Preferibilmente, il materiale di scorrimento 19 applicato nel dispositivo 11 ha uno spessore di circa 8 mm e sporge dal pattino 16 di circa 3 mm, risultando quindi incassato nel pattino 16 per 5 mm circa. Preferably, the sliding material 19 applied in the device 11 has a thickness of about 8 mm and protrudes from the shoe 16 by about 3 mm, thus resulting embedded in the shoe 16 for about 5 mm.
Il pattino 16 rappresentato nelle figure, presenta un corpo di pattino 16a, nel quale à ̈ formata un’incassatura per l’accoglimento del materiale di scorrimento 19. L’incassatura à ̈ formata su una superficie del corpo di pattino 16a rivolta verso la superficie di scorrimento concava 17 del supporto superiore 14. Il corpo di pattino 16a à ̈ vantaggiosamente realizzato in un materiale metallico quale acciaio oppure lega di alluminio. The runner 16 shown in the figures has a skid body 16a, in which a recess is formed for receiving the sliding material 19. The recess is formed on a surface of the skid body 16a facing towards the concave sliding surface 17 of the upper support 14. The skid body 16a is advantageously made of a metallic material such as steel or aluminum alloy.
Come configurazione alternativa il materiale di scorrimento 19 può essere applicato mediante adesivo oppure mediante mezzi di fissaggio meccanico quali viti e/o rivetti alla superficie del pattino 16 in contatto con la superficie di scorrimento convessa 17 del pattino superiore 14. As an alternative configuration, the sliding material 19 can be applied by means of adhesive or by means of mechanical fixing means such as screws and / or rivets to the surface of the shoe 16 in contact with the convex sliding surface 17 of the upper shoe 14.
Il corpo di pattino 16a comprende una seconda superficie convessa 20, opposta a quella su cui à ̈ applicato il materiale di scorrimento 19. La superficie 20 del corpo di pattino 16a ha preferibilmente forma sferica. Il pattino 16 à ̈ accoppiato con il supporto inferiore 15 in modo da poter ruotare, formando un’articolazione sferica. In particolare, la sua superficie convessa 20 à ̈ accolta in una concavità sferica formata nel supporto inferiore 15. The skid body 16a comprises a second convex surface 20, opposite to that on which the sliding material 19 is applied. The surface 20 of the skid body 16a preferably has a spherical shape. The shoe 16 is coupled with the lower support 15 so as to be able to rotate, forming a spherical joint. In particular, its convex surface 20 is received in a spherical concavity formed in the lower support 15.
Preferibilmente, la superficie 20 poggia su uno strato di materiale di scorrimento 21, montato sul supporto inferiore 15. Preferibilmente, il materiale di scorrimento 21 à ̈ realizzato con un foglio di materiale ad alto scorrimento, ovvero con basso coefficiente di attrito. Ad esempio, il materiale di scorrimento 21 può essere realizzato con un opportuno materiale polimerico noto avente un coefficiente di attrito inferiore al 7%. Questo materiale di articolazione può essere opportunamente lubrificato, con lubrificanti pure noti nel campo, per ridurre ulteriormente il coefficiente di attrito. Preferably, the surface 20 rests on a layer of sliding material 21, mounted on the lower support 15. Preferably, the sliding material 21 is made of a sheet of high-sliding material, ie with a low coefficient of friction. For example, the sliding material 21 can be made of a suitable known polymeric material having a friction coefficient lower than 7%. This articulation material can be suitably lubricated, with lubricants also known in the art, to further reduce the friction coefficient.
Vantaggiosamente, in un test di oscillazione svolto facendo spostare tra loro il pattino 16 ed il supporto superiore 14 a velocità relativa di circa 200 mm/s, oppure di circa 400 mm/s, con ampiezza pari ad almeno il 70% dell’ampiezza massima di oscillazione consentita dal dispositivo 11 e con applicato il carico nominale, dopo tre cicli di oscillazione il coefficiente di attrito tra la superficie di scorrimento concava 17 e la superficie di scorrimento convessa 16b (ovvero quelle tra cui à ̈ interposto il materiale di scorrimento 19) del dispositivo 11 risulta essere maggiore o uguale al 9%, preferibilmente maggiore o uguale al 10%. Advantageously, in an oscillation test carried out by making the shoe 16 and the upper support 14 move between them at a relative speed of about 200 mm / s, or about 400 mm / s, with an amplitude equal to at least 70% of the amplitude maximum oscillation allowed by the device 11 and with the nominal load applied, after three oscillation cycles the coefficient of friction between the concave sliding surface 17 and the convex sliding surface 16b (i.e. those between which the sliding material is interposed 19 ) of the device 11 is greater than or equal to 9%, preferably greater than or equal to 10%.
Vantaggiosamente, il materiale di scorrimento 19 mantiene una capacità portante di almeno 30 MPa quando raggiunge una temperatura di 200°C. Advantageously, the sliding material 19 maintains a bearing capacity of at least 30 MPa when it reaches a temperature of 200 ° C.
La capacità portante può essere valutata ad esempio attraverso una prova di compressione svolta su un disco di diametro 155 m del materiale di scorrimento 19 condotta secondo il metodo definito nel testo “Structural Bearings†di H. Eggert e W. Kauschle, 2002, in cui detto disco di spessore 8 mm viene parzialmente incassato per 5 mm in un supporto metallico e sottoposto a una pressione costante per 48 ore. The bearing capacity can be evaluated for example through a compression test carried out on a 155 m diameter disc of the sliding material 19 conducted according to the method defined in the text â € œStructural Bearingsâ € by H. Eggert and W. Kauschle, 2002, in to which said 8 mm thick disc is partially encased for 5 mm in a metal support and subjected to constant pressure for 48 hours.
La capacità portante corrisponde a quel valore di pressione per cui la deformazione sotto carico del materiale di scorrimento 19 si arresta entro 48 ore e la riduzione di altezza del disco di materiale di scorrimento 19 à ̈ inferiore a 2,0 mm. The bearing capacity corresponds to that pressure value whereby the deformation under load of the sliding material 19 stops within 48 hours and the reduction in height of the disc of sliding material 19 is less than 2.0 mm.
In alternativa, si può valutare verificando che lo spanciamento del materiale di scorrimento 19 sia ridotto, per esempio inferiore al 6%, preferibilmente inferiore al 4%, per esempio inferiore al 2% della sua massima dimensione in pianta, al termine del terzo ciclo del test di oscillazione sopra definito, svolto alla velocità di 200 mm/s oppure svolto alla velocità di 400 mm/s. Alternatively, it can be evaluated by verifying that the bulging of the sliding material 19 is reduced, for example less than 6%, preferably less than 4%, for example less than 2% of its maximum dimension in plan, at the end of the third cycle of the oscillation test defined above, carried out at a speed of 200 mm / s or carried out at a speed of 400 mm / s.
Preferibilmente, inoltre, il materiale di scorrimento 19 ha una temperatura di rammollimento superiore a 250°C. Furthermore, the sliding material 19 preferably has a softening temperature higher than 250 ° C.
A questo punto risulta evidente come si siano raggiunti gli scopi della presente invenzione. At this point it is evident that the purposes of the present invention have been achieved.
Il supporto anti-sismico à ̈ infatti in grado di proteggere dai terremoti strutture come i ponti, che richiedono considerevoli scorrimenti di servizio anche in assenza di un terremoto. Il supporto antisismico, di fatto, presenta un’elevata resistenza all’usura dovuta a strisciamento delle superfici di scorrimento. The anti-seismic support is in fact able to protect structures such as bridges from earthquakes, which require considerable service slides even in the absence of an earthquake. The anti-seismic support, in fact, has a high resistance to wear due to sliding of the sliding surfaces.
Il supporto anti-sismico à ̈ adatto a sopportare terremoti di elevata intensità e durata prolungata, poiché l’elevato coefficiente di attrito tra le superfici di scorrimento consente di dissipare un’elevata quantità di energia. The anti-seismic support is suitable for withstanding earthquakes of high intensity and prolonged duration, since the high coefficient of friction between the sliding surfaces allows a high amount of energy to be dissipated.
Il dispositivo antisismico si presenta affidabile nel tempo, anche durante un sisma ad elevata intensità e di prolungata durata, poiché riesce a smaltire in modo soddisfacente l’energia termica generata dall’attrito, grazie alla elevata conducibilità termica del materiale di scorrimento 11, evitando che l’innalzamento di temperatura in corrispondenza della interfaccia tra la superficie di scorrimento convessa 16b del pattino 16 e la superficie di scorrimento concava 17 del supporto superiore 14 porti a un rammollimento del materiale di scorrimento 11 tale da produrre una riduzione significativa del relativo coefficiente di attrito. The anti-seismic device is reliable over time, even during an earthquake with high intensity and prolonged duration, as it is able to satisfactorily dispose of the thermal energy generated by friction, thanks to the high thermal conductivity of the sliding material 11 , avoiding that the temperature rise at the interface between the convex sliding surface 16b of the shoe 16 and the concave sliding surface 17 of the upper support 14 leads to a softening of the sliding material 11 such as to produce a significant reduction of the relative coefficient of friction.
Inoltre, il dispositivo antisismico presenta attriti relativamente bassi con bassa velocità di scorrimento, il che consente di assecondare in modo ottimale gli spostamenti di servizio che la struttura edilizia può richiedere. In addition, the anti-seismic device has relatively low friction with low sliding speed, which makes it possible to optimally accommodate the service displacements that the building structure may require.
Il materiale di scorrimento ha inoltre una buona resistenza agli agenti atmosferici, presentando un assorbimento di umidità pressoché nullo o comunque molto ridotto. The sliding material also has a good resistance to atmospheric agents, presenting an almost zero or in any case very low moisture absorption.
Ovviamente un tecnico del ramo, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti e specifiche, potrà apportare numerose modifiche e varianti alle configurazioni sopra descritte, tutte peraltro contenute nell'ambito di protezione dell'invenzione quale definito dalle seguenti rivendicazioni. Obviously, a person skilled in the art, in order to satisfy contingent and specific needs, can make numerous modifications and variations to the configurations described above, all of which however are contained within the scope of the invention as defined by the following claims.
Nella realizzazione preferita dell’invenzione si à ̈ descritto un dispositivo avente superfici di scorrimento sferiche, ed una simmetria rispetto ad un asse verticale nell’uso. Resta inteso che, in una variante, il dispositivo di appoggio potrebbe anche presentare superfici di scorrimento di forma cilindrica, con un asse di simmetria sostanzialmente orizzontale nell’uso. In the preferred embodiment of the invention a device has been described having spherical sliding surfaces, and a symmetry with respect to a vertical axis in use. It is understood that, in a variant, the support device could also have cylindrical sliding surfaces, with a substantially horizontal axis of symmetry in use.
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