ITMI20130713A1 - Supporto a protezione antisismica - Google Patents

Description

Supporto a protezione antisismica

La presente invenzione si riferisce ad un supporto in grado di proteggere ciò che vi viene montato sopra nei confronti di scosse sismiche, in particolare scosse sismiche ondulatorie.

Fra i numerosi danni di diverso tipo che una scossa sismica può produrre vi sono anche danni alle opere conservate in musei, collezioni, esposizioni e simili. Anche nel caso in cui la struttura dell'edificio sia di tipo antisismico e quindi sia scongiurato il rischio che le opere siano travolte da un crollo dell'edificio stesso, le opere possono subire danni dovuti a cadute delle vetrine o dei supporti su cui sono alloggiate, oppure alla caduta delle opere stesse.

Per evitare questi danni, sono stati sviluppati supporti cosiddetti antisismici, basati sull'impiego di guide di scorrimento ortogonali fra loro, poste a collegamento fra un una base di appoggio inferiore fissa ed una tavola superiore libera di muoversi. Benché questi supporti costituiscano un indubbio progresso, permettendo di assicurare una buona protezione antisismica, la loro efficacia può risultare influenzata dalla direzione della scossa sismica: lo scorrimento à ̈ infatti più facile (e quindi la protezione maggiore) se la scossa sismica à ̈ nella direzione di una delle due guide, mentre in caso di scossa in direzione intermedia fra quella delle due guide lo scorrimento può risultare ostacolato (e quindi la protezione minore).

La presente invenzione riguarda quindi un supporto secondo la rivendicazione 1. Caratteristiche preferite sono indicate nelle rivendicazioni dipendenti.

Più in particolare, l'invenzione riguarda un supporto a protezione antisismica, comprendente una base di appoggio inferiore destinata ad essere appoggiata o fissata al suolo, una tavola superiore destinata a portare un oggetto da proteggere nei confronti di una scossa sismica del suolo, un sistema meccanico di collegamento fra la base di appoggio e la tavola, caratterizzato dal fatto che il sistema meccanico comprende almeno un braccio a pantografo, con una successione di maglie interne e maglie esterne collegate fra loro da elementi di perno, in cui ogni maglia esterna comprende una biella superiore ed una biella inferiore fra loro parallele, in cui la prima maglia della successione à ̈ imperniata alla base di appoggio tramite un elemento di perno di base ed in cui l'ultima maglia della successione à ̈ imperniata alla tavola tramite un elemento di perno di tavola, così che la tavola à ̈ libera di muoversi rispetto alla base fra una posizione iniziale prestabilita ed una pluralità di posizioni finali.

Un braccio a pantografo conferisce alla tavola due gradi di libertà rispetto alla base di appoggio; in particolare, la tavola à ̈ libera di spostarsi secondo un piano orizzontale rispetto alla base di appoggio. Qualora dovesse verificarsi una scossa sismica, quindi, mentre la base di appoggio sarà mossa dalla scossa stessa, la tavola tenderà a rimanere nella propria posizione precedente. La tavola à ̈ libera di spostarsi nel piano orizzontale in qualunque direzione allo stesso modo, senza cioà ̈ alcuna differenziazione in relazione alla direzione di spinta della scossa sismica. Sulla tavola potrà essere alloggiata una vetrina o direttamente un'opera da proteggere, oppure il supporto potrà essere interno ad una vetrina; in quest'ultimo caso, naturalmente, la vetrina dovrà avere dimensioni adatte ad accogliere tutti i possibili movimenti della tavola. Il peso di quanto posto sulla tavola si trasferisce dalla tavola alla base di appoggio per mezzo del braccio a pantografo, che quindi sarà molto sollecitato a flessione; per questo motivo, à ̈ importante che le maglie esterne comprendano ciascuna la coppia di bielle superiore ed inferiore, così da poter meglio contrastare gli sforzi di flessione del braccio.

Preferibilmente, il sistema meccanico comprende almeno due bracci a pantografo. Con i due bracci, soprattutto se montati in posizioni contrapposte, risultano sensibilmente ridotte le sollecitazioni a flessione sui bracci stessi; à ̈ quindi possibile realizzare tutti i componenti dei bracci con sezioni minori rispetto ad una forma di esecuzione ad un solo braccio. Più preferibilmente, il sistema meccanico comprende almeno tre bracci a pantografo. Con tre bracci, soprattutto se montati a 120°, si ottiene non solo una maggiore ripartizione degli sforzi di flessione, ma à ̈ anche possibile contrastare meglio eventuali spinte di ribaltamento sulla tavola che determinano sforzi di torsione sui bracci.

In una forma di esecuzione ulteriormente preferita, il sistema meccanico comprende quattro bracci a pantografo. Questa soluzione non comporta miglioramenti sostanziali rispetto agli sforzi di flessione o torsione (già adeguatamente contrastati nel caso di tre bracci), anche se ovviamente permette una maggiore ripartizione fra i quattro bracci. Risulta piuttosto una soluzione preferita per ragioni geometriche, dal momento che vetrine e simili sono per lo più di forma quadrata o rettangolare.

Preferibilmente, gli elementi di perno del braccio a pantografo, l'elemento di perno di base e l'elemento di perno di tavola sono provvisti di cuscinetti a rotolamento combinati, di tipo adatto a reggere carichi assiali. Gli elementi di perno possono così garantire al meglio la totale deformabilità dei bracci a pantografo, anche in presenza di rilevanti carichi in senso assiale (oggetti pesanti posti sulla tavola).

Preferibilmente, ogni maglia interna comprende una biella superiore ed una biella inferiore, fra loro parallele. Questo sdoppiamento mette il braccio nelle condizioni migliori per reggere sforzi di flessione.

Preferibilmente, il sistema meccanico comprende una unica coppia di flange intermedie fissate alla base o alla tavola, gli elementi di perno di base o rispettivamente di tavola di ciascun braccio a pantografo essendo portati dalla coppia di flange intermedie. La coppia di flange garantisce la distribuzione diretta degli sforzi fra i diversi bracci a pantografo e fra questi e la base di appoggio o la tavola (a seconda della configurazione adottata). In generale, potrà essere preferibile che la coppia di flange sia fissata alla base di appoggio: in questo caso infatti, se servisse una resistenza elevata rispetto agli sbandamenti, l'ancoraggio fra la coppia di flange ed il suolo potrebbe essere irrobustito a piacere, anche con elementi di ancoraggio che penetrino molto a fondo nel suolo; verso la tavola, invece, dove un irrobustimento trova limitazione nello spessore della tavola, l'ancoraggio dei bracci alle loro estremità, remote l'una dall'altra, à ̈ già tale da contrastare adeguatamente questi sbandamenti.

Preferibilmente, il supporto comprende almeno un organo di ritorno elastico, per spingere la tavola verso la propria posizione iniziale.

Infatti, mentre per l'assorbimento di una scossa sismica può essere teoricamente preferibile che non vi sia alcuna resistenza alla deformazione dei bracci e quindi allo spostamento della tavola rispetto alla base di appoggio, à ̈ comunque utile che il supporto sia in grado di riprendere autonomamente la propria posizione iniziale dopo aver subito una deformazione a seguito di una scossa sismica. In questo modo, infatti, si evita che a seguito di una scossa sia necessario riposizionare manualmente la tavola; questo vantaggio, oltre ad evitare interventi manuali che sono comunque onerosi (si pensi ad un grande museo con un numero elevatissimo di supporti di questo genere), permette che il supporto si rimetta rapidamente in condizione di assorbire una nuova scossa. In definitiva, poiché spesso in occasione di terremoti si susseguono numerose scosse sismiche a distanza di tempo, questa caratteristica -apparentemente peggiorativa- migliora invece l'efficacia del supporto.

L'organo di ritorno elastico suddetto può avere molte configurazioni. In una forma di esecuzione preferita, l'organo di ritorno elastico comprende molle torsionali applicate ad almeno alcuni degli elementi di perno del braccio e/o di base e/o di tavola; in una forma di esecuzione alternativa, l'organo di ritorno elastico comprende molle di trazione applicate fra la tavola e la base di appoggio. In entrambi i casi, si tratta di elementi meccanici semplici, di basso costo, di elevata reperibilità e di elevata affidabilità di funzionamento, che permettono di ottenere con sicurezza i vantaggi sopra esposti senza sostanziale aggravio di costi del supporto. Preferibilmente, il sistema meccanico comprende almeno un organo di smorzamento, per frenare il movimento della tavola via dalla propria posizione iniziale.

Come detto sopra in relazione all'eventuale organo di ritorno elastico, mentre per l'assorbimento di una scossa sismica può essere teoricamente preferibile che non vi sia alcuna resistenza alla deformazione dei bracci e quindi allo spostamento della tavola rispetto alla base di appoggio, à ̈ comunque utile che sia gradualmente frenato ogni movimento della tavola, per evitare che vengano raggiunte posizioni di fine corsa; in un caso del genere, infatti, la protezione sarebbe vanificata dall'urto di fine corsa.

L'organo di smorzamento suddetto può avere molte configurazioni. In una forma di esecuzione preferita, l'organo di smorzamento comprende ammortizzatori lineari applicati fra la tavola e la base di appoggio. In entrambi i casi, si tratta di elementi meccanici semplici, di basso costo, di elevata reperibilità e di elevata affidabilità di funzionamento, che permettono di ottenere con sicurezza i vantaggi sopra esposti senza sostanziale aggravio di costi del supporto.

In una forma di esecuzione preferita, l'organo di smorzamento à ̈ del tipo a smorzamento variabile, in cui l'azione frenante à ̈ legata non solo alla velocità di spostamento ma anche all'entità dello spostamento.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi di una vetrina secondo l'invenzione risulteranno meglio dalla seguente descrizione di una sua forma di esecuzione preferita, fatta con riferimento ai disegni allegati. In tali disegni:

le fig. 1a, 1b ed 1c sono viste rispettivamente prospettica, laterale e dall'alto di un supporto secondo una forma di esecuzione dell'invenzione, in condizione di riposo;

le fig. 2a, 2b ed 2c sono viste rispettivamente prospettica, laterale e dall'alto del supporto delle figure 1a, 1 b, 1 c, in condizione temporanea dopo una scossa sismica semplice, che ha provocato una traslazione della tavola;

le fig. 3a, 3b ed 3c sono viste rispettivamente prospettica, laterale e dall'alto del supporto delle figure 1a, 1 b, 1c, in condizione temporanea dopo una scossa sismica complessa, che ha provocato una rototraslazione della tavola;

- la fig. 4 à ̈ una vista prospettica del supporto delle figure 1a, 1b, 1 c, a parti parzialmente asportate, così da mostrare la base di appoggio ed uno dei bracci a pantografo;

la fig. 5 Ã ̈ una vista in sezione di uno dei bracci a pantografo, presa secondo la linea V-V di fig. 4;

le fig. 6, 7 ed 8 sono viste prospettiche di una vetrina montata sul supporto delle figure precedenti, nelle condizioni rispettivamente corrispondenti a quelle delle fig. 1, 2 e 3;

le fig. 9a e 9b sono viste analoghe alle fig. 1a ed le di una variante del supporto delle fig. 1-8, provvista di organi di ritorno elastico;

la fig. 10 Ã ̈ una vista prospettica in sezione di una ulteriore variante del supporto delle fig. 1-8, provvista di organi di ritorno elastico;

la fig. 11Ã ̈ una vista analoga alla fig. 1a di una variante del supporto provvista di ammortizzatori.

Nelle figure, con 10 à ̈ indicato un supporto a protezione antisismica secondo l'invenzione. Il supporto 10 comprende una base appoggio 20 inferiore, la quale à ̈ destinata ad essere appoggiata o fissata al suolo, ed una tavola 30 superiore, la quale à ̈ destinata a portare un oggetto da proteggere nei confronti di una scossa sismica del suolo, ad esempio una vetrina quale la vetrina 40 mostrata nelle figure 6-8. Nella presente domanda di brevetto, per suolo deve essere inteso il terreno, un pavimento o una struttura equivalente, soggetta a scosse di tipo sismico (naturali ovvero artificiali).

Il supporto 10 comprende poi un sistema meccanico 50 di collegamento fra la base di appoggio 20 e la tavola 30.

Il sistema meccanico 50 a sua volta comprende almeno un braccio a pantografo, in particolare nel supporto 10 illustrato quattro bracci a pantografo 51, uguali fra loro, ciascuno dei quali à ̈ formato da una successione di maglie interne 52 e maglie esterne 53 collegate fra loro da elementi di perno 54. Ogni maglia interna 52 comprende una biella superiore 52a ed una biella inferiore 52b, fra loro parallele; ogni maglia esterna 53 comprende una biella superiore 53a ed una biella inferiore 53b fra loro parallele. Gli elementi da 51 a 54 possono essere realizzati con diversi materiali. In particolare, le bielle 52a, 52b, 53a, 53b potranno essere realizzate in acciaio, in alluminio oppure in materiali compositi (a base di fibre di carbonio o simili), a seconda dell’importanza -in ogni singola applicazione- di fattori quali peso, rigidità, costo.

La prima maglia della successione (che à ̈ preferibilmente una maglia esterna 53) à ̈ imperniata alla base di appoggio 20 tramite un elemento di perno di base 55; l'ultima maglia della successione (che à ̈ anch'essa preferibilmente una maglia esterna 53) à ̈ imperniata alla tavola 30 tramite un elemento di perno di tavola 56.

La tavola 30 à ̈ quindi libera di muoversi rispetto alla base di appoggio 20 fra una posizione iniziale prestabilita, mostrata nelle figure 1a, 1 b, 1c e 6, ed una pluralità di posizioni finali, chiaramente dipendenti dalla scossa cui la base di appoggio 20 viene sottoposta; nelle figure 2a, 2b, 2c e 7 à ̈ mostrata una posizione finale in cui la tavola 30 à ̈ traslata rispetto alla sua posizione iniziale, mentre nelle figure 3a, 3b, 3c e 8 à ̈ mostrata una posizione finale in cui la tavola 30 à ̈ rototraslata rispetto alla sua posizione iniziale.

Gli elementi di perno 54 del braccio a pantografo, l'elemento di perno di base 55 e l'elemento di perno di tavola 56 sono provvisti ciascuno di cuscinetti a rotolamento, tutti indicati con 57 (anche se non necessariamente tutti uguali fra loro), del tipo cosiddetto combinato, cioà ̈ adatto a reggere anche carichi assiali.

Il sistema meccanico 50 comprende poi una unica coppia di flange intermedie 58a, 58b fissate alla base d'appoggio 20. Gli elementi di perno di base 55 di ciascun braccio a pantografo 51 sono portati dalla coppia di flange intermedie 58a, 58b, inseriti fra di esse.

II sistema meccanico 50 può comprendere poi organi di ritorno elastico, per spingere la tavola verso la propria posizione iniziale. Tali organi sono ad esempio mostrati nelle figure 9 e 10, applicati al supporto 10 descritto; le varianti mostrate in queste figure sono per il resto del tutto identiche al supporto 10 e pertanto non saranno descritte nel seguito se non per quanto attiene agli organi di ritorno elastico. Tali organi di ritorno elastico possono comprendere molle 61 di trazione (fig. 9a e 9b), montate fra la coppia di flange 58a, 58b (e quindi la base di appoggio 20) e la tavola 30.

Alternativamente od in aggiunta (come mostrato nelle fig. 10a e 10b), gli organi di ritorno elastico possono comprendere molle 71 torsionali applicate ad alcuni degli elementi di perno 54 del braccio 51; alternativamente, le molle 71 potrebbero essere applicate agli elementi di perno di base 55 o di tavola 56.

Il sistema meccanico 60 può comprendere ancora organi di smorzamento, per frenare il movimento della tavola via dalla propria posizione iniziale. Tali organi sono ad esempio mostrati nelle figure 11, applicati al supporto 10 descritto; le varianti mostrate in queste figure sono per il resto del tutto identiche al supporto 10 e pertanto non saranno descritte nel seguito se non per quanto attiene agli organi di smorzamento. Tali organi di smorzamento possono comprendere ammortizzatori 62 lineari, montati fra la coppia di flange 58a, 58b (e quindi la base di appoggio 20) e la tavola 30.

Gli ammortizzatori 62 possono vantaggiosamente essere del tipo a smorzamento variabile, in cui l'azione frenante à ̈ legata non solo alla velocità di spostamento ma anche all'entità dello spostamento.

Nell'uso, il supporto 10 potrà ad esempio portare la vetrina 40 (fig. 6-8). Come si può comprendere facilmente, in caso di scossa sismica che scuota il suolo, la base di appoggio 20 seguirà evidentemente i movimenti del suolo stesso; la tavola 30 con sopra la vetrina 40, invece, tenderà a rimanere ferma nella posizione precedente la scossa, con conseguente spostamento relativo fra la base di appoggio 20 e la tavola 30. Questo spostamento dipenderà evidentemente dalla scossa sismica; due possibili situazioni sono mostrate nelle figure 7 ed 8, ma evidentemente le possibili situazioni sono infinite.

Durante la scossa sismica, gli ammortizzatori 62 tenderanno a limitare l'entità dello spostamento della tavola 30 rispetto alla base di appoggio 20, evitando che si raggiungano posizioni di fine corsa, ossia posizioni di massima contrazione o massima distensione di uno o più dei bracci 51 a pantografo.

Cessata la scossa sismica e raggiunta una certa posizione finale della tavola 30, le molle 61 tenderanno a riportare gradualmente la tavola 30 nella sua posizione iniziale, ripristinando quindi le condizioni che permettono al supporto 10 di fronteggiare una nuova eventuale scossa sismica.

Si apprezzerà anche che il comportamento del supporto 10 à ̈ indipendente dalla direzione o dalle direzioni della scossa sismica; i bracci a pantografo 51 infatti non hanno alcuna direzione di deformazione preferenziale, ma sono in grado di deformarsi ugualmente verso qualunque direzione.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Supporto a protezione antisismica, comprendente una base di appoggio inferiore destinata ad essere appoggiata o fissata al suolo, una tavola superiore destinata a portare un oggetto da proteggere nei confronti di una scossa sismica del suolo, un sistema meccanico di collegamento fra la base di appoggio e la tavola, caratterizzato dal fatto che il sistema meccanico comprende almeno un braccio a pantografo, con una successione di maglie interne e maglie esterne collegate fra loro da elementi di perno, in cui ogni maglia esterna comprende una biella superiore ed una biella inferiore fra loro parallele, in cui la prima maglia della successione à ̈ imperniata alla base di appoggio tramite un elemento di perno di base ed in cui l'ultima maglia della successione à ̈ imperniata alla tavola tramite un elemento di perno di tavola, cosi che la tavola à ̈ libera di muoversi rispetto alla base fra una posizione iniziale prestabilita ed una pluralità di posizioni finali.
2. 2. Supporto secondo la rivendicazione 1 , in cui il sistema meccanico comprende almeno due bracci a pantografo.
3. 3. Supporto secondo la rivendicazione 2, in cui il sistema meccanico comprende almeno tre bracci a pantografo.
4. 4. Supporto secondo la rivendicazione 4, in cui il sistema meccanico comprende quattro bracci a pantografo.
5. 5. Supporto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui gli elementi di perno del braccio a pantografo, l'elemento di perno di base e l'elemento di perno di tavola sono provvisti di cuscinetti a rotolamento combinati, di tipo adatto a reggere carichi assiali.
6. 6. Supporto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui ogni maglia interna comprende una biella superiore ed una biella inferiore, fra loro parallele.
7. 7. Supporto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 6, in cui il sistema meccanico comprende una unica coppia di flange intermedie fissate alla base o alla tavola, gli elementi di perno di base o rispettivamente di tavola di ciascun braccio a pantografo essendo portati dalla coppia di flange intermedie.
8. 8. Supporto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7, il sistema meccanico comprende almeno un organo di ritorno elastico, per spingere la tavola verso la propria posizione iniziale.
9. 9. Supporto secondo la rivendicazione 8, in cui l'organo di ritorno elastico comprende molle torsionali applicate ad almeno alcuni degli elementi di perno del braccio e/o di base e/o di tavola.
10. 10. Supporto secondo la rivendicazione 8, in cui l'organo di ritorno elastico comprende molle di trazione applicate fra la tavola e la base di appoggio.
11. 11. Supporto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 10, il sistema meccanico comprende almeno un organo di smorzamento, per frenare il movimento della tavola via dalla propria posizione iniziale.
12. 12. Supporto secondo la rivendicazione 11 , in cui l'organo di smorzamento comprende ammortizzatori lineari applicati fra la tavola e la base di appoggio.
13. 13. Supporto secondo la rivendicazione 11 o 12, in cui l'organo di smorzamento à ̈ del tipo a smorzamento variabile, in cui l'azione frenante à ̈ legata non solo alla velocità di spostamento ma anche all'entità dello spostamento.