ITMI982839A1 - DISSIPATOR AND LOAD LIMITER DEVICE FOR THE PROTECTION, RESTORATION AND REALIZATION OF HIGH-CIVIL AND INDUSTRIAL WORKS - Google Patents
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Description
Descrizione del Brevetto per Invenzione Industriale avente per titolo: “DISPOSITIVO DISSIPATORE E LIMITATORE DI CARICO PER LA PROTEZIONE, IL RESTAURO E LA REALIZZAZIONE DI OPERE CIVILI ED INDUSTRIALI AD ELEVATA RESISTENZA CONTRO EFFETTI STATICI INDESIDERATI, EFFETTI SISMICI, EOLICI E DINAMICI IN GENERE” Description of the Patent for Industrial Invention entitled: "DISSIPATOR AND LOAD LIMITER DEVICE FOR THE PROTECTION, RESTORATION AND CONSTRUCTION OF CIVIL AND INDUSTRIAL WORKS WITH HIGH RESISTANCE AGAINST UNDESIRABLE STATIC EFFECTS, SEISMIC, WIND AND DYNAMIC EFFECTS IN GENERAL"
D E S C R I Z I O N E DESCRIPTION
Il presente trovato ha come oggetto un dispositivo dissipatore e limitatore di carico per la protezione, il restauro e la realizzazione di opere civili ed industriali ad elevata resistenza contro effetti statici indesiderati, effetti sismici, eolici e dinamici in genere. The present invention relates to a heat sink and load limiter device for the protection, restoration and construction of civil and industrial works with high resistance against undesirable static effects, seismic, wind and dynamic effects in general.
Come è noto, nel settore delle costruzioni civili ed industriali e nel settore dei monumenti storici, si pone sempre più attenzione alla protezione delle strutture da eventi non frequenti, ma prevedibili, quali i terremoti, le tempeste di vento ed ogni altro effetto dinamico che induca vibrazioni. As is known, in the civil and industrial construction sector and in the historical monuments sector, more and more attention is paid to the protection of structures from infrequent but predictable events, such as earthquakes, wind storms and any other dynamic effect that induces vibrations.
Tali strutture debbono resistere in sicurezza alle suddette condizioni di carico, possibilmente senza apprezzabili danni strutturali. These structures must safely resist the aforementioned load conditions, possibly without appreciable structural damage.
Inoltre, non vanno trascurati tutti quei fenomeni di origine non dinaxnica che impongono alle strutture deformazioni indesiderate. Furthermore, all those phenomena of non-dynamic origin which impose undesired deformations to the structures should not be neglected.
Attualmente, purtroppo, la quasi totalità delle strutture già costruite, sia di interesse storico che civile ed economico, non sono state progettate e costruite per resistere a questi eventi ed hanno dimostrato nel passato la loro inadeguatezza. Currently, unfortunately, almost all of the structures already built, both of historical and civil and economic interest, have not been designed and built to withstand these events and have shown their inadequacy in the past.
Il compito che si propone il trovato è quello di eliminare gli inconvenienti precedentemente lamentati, realizzando un dispositivo dissipatore e limitatore di carico, che dia la possibilità di migliorare la stabilità ed incrementare lo smorzamento delle vibrazioni, con la possibilità di connettere due o più elementi strutturali in possibile moto relativo per smorzarne il moto stesso e limitarne lo spostamento. The aim of the invention is to eliminate the aforementioned drawbacks, realizing a heat sink and load limiter device, which gives the possibility of improving stability and increasing the damping of vibrations, with the possibility of connecting two or more structural elements. in possible relative motion to dampen the motion itself and limit its displacement.
Nell’ambito del compito sopra esposto, uno scopo particolare del trovato è quello di mettere a disposizione una tecnologia di facile applicazione, in quanto i dispositivi utilizzati possono risultare estremamente compatti e/o di facile occultamento, ovviando così anche i limiti architettonici imposti dal progettista. Within the scope of the above aim, a particular object of the invention is to provide a technology that is easy to apply, since the devices used can be extremely compact and / or easy to conceal, thus also obviating the architectural limits imposed by the designer. .
Inoltre, il materiale utilizzato ha un’ottima resistenza all’aggressività atmosferica. In addition, the material used has excellent resistance to atmospheric aggression.
Un altro scopo del presente trovato è quello di realizzare un dissipatore che consenta di limitare il carico trasmesso alle sue estremità, qualora sia imposta una deformazione, e che, inoltre, possa limitare lo spostamento eccedente il massimo valore di progetto, con possibilità inoltre di orientarsi secondo la direzione richiesta dalla struttura per mezzo di snodi di ancoraggio e/o della sua flessibilità. Another object of the present invention is to provide a dissipator which allows to limit the load transmitted to its ends, if a deformation is imposed, and which, moreover, can limit the displacement exceeding the maximum design value, with the possibility of orienting according to the direction required by the structure by means of anchoring joints and / or its flexibility.
Il presente dispositivo dissipatore presenta una stabilità di funzionamento caratteristico anche al variare della temperatura e della frequenza di applicazione del carico. The present dissipating device has a characteristic operating stability even when the temperature and frequency of application of the load vary.
Il compito sopra esposto, nonché gli scopi accennati ed altri, che meglio appariranno evidenziati in seguito, vengono raggiunti da un dispositivo dissipatore e limitatore di carico per la protezione, il restauro e la realizzazione di opere civili ed industriali, ad elevata resistenza contro effetti statici indesiderati, effetti sismici, eolici e dinamici in genere, secondo il trovato, caratterizzato dal fatto di comprendere una pluralità di fili in lega a memoria di forma sfruttanti Γ effetto super-elastico ed interconnessi, alle estremità, ad elementi di connessione alla struttura da proteggere. The aforementioned task, as well as the aforementioned and other purposes, which will appear better highlighted later, are achieved by a heat sink and load limiter device for the protection, restoration and construction of civil and industrial works, with high resistance against static effects. undesirable, seismic, wind and dynamic effects in general, according to the invention, characterized by the fact of comprising a plurality of shape memory alloy wires exploiting the super-elastic effect and interconnected, at the ends, to elements for connection to the structure to be protected .
Ulteriori caratteristiche e vantaggi risulteranno maggiormente evidenziati attraverso un esame della descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, di un dispositivo dissipatore e limitatore di carico, illustrata a titolo indicativo, ma non limitativo, con l’ausilio dei disegni allegati, in cui: Further characteristics and advantages will be better highlighted through an examination of the description of a preferred, but not exclusive, embodiment of a heat sink and load limiter device, illustrated as an indication, but not limited to, with the aid of the attached drawings, in which:
la figura 1 rappresenta schematicamente il dispositivo dissipatore di carico, visto in sezione; Figure 1 is a schematic view of the load dissipating device, seen in section;
la figura 2 rappresenta un grafico evidenziarne la tensione assiale in funzione della deformazione percentuale; Figure 2 is a graph showing the axial tension as a function of the percentage deformation;
la figura 3 rappresenta un grafico la forza in funzione dello spostamento; Figure 3 is a graph of the force as a function of the displacement;
la figura 4 rappresenta un dispositivo con un soffietto di contenimento del fluido; figure 4 represents a device with a bellows for containing the fluid;
le figure 5a, 5b e 5c rappresentano curve caratteristiche ottenibili con il dispositivo in oggetto e con un ulteriore arrangiamento dei fili in S.M.A. ad effetto super elastico; Figures 5a, 5b and 5c represent characteristic curves obtainable with the device in question and with a further arrangement of the wires in S.M.A. with super elastic effect;
la figura 6 rappresenta una configurazione in cui i fili, risultando pretesi, per un qualsiasi spostamento relativo imposto alle estremità di ancoraggio, vengono deformati sempre a trazione e reagiscono secondo la curva caratteristica già illustrata in figura 2. figure 6 represents a configuration in which the wires, being pretended, for any relative displacement imposed on the anchoring ends, are always deformed under traction and react according to the characteristic curve already illustrated in figure 2.
Con particolare riferimento alle suddette figure, il dispositivo dissipatore e limitatore di carico per la protezione, il restauro e la realizzazione di opere civili ed industriali ad elevata resistenza con tre effetti statici indesiderati, effetti sismici, eolici e dinamici in genere, secondo il trovato, che viene indicato in figura 1 nella sua globalità con il numero di riferimento 1 , comprende una pluralità di fili 2 realizzati in lega a memoria di forma sfruttanti l’effetto super-elastico, che sono disposti tra loro affiancati, in modo che i singoli fili lavorino in parallelo per esercitare la reazione prevista da progetto; la lunghezza dei fili viene determinata in base allo spostamento di progetto. With particular reference to the aforementioned figures, the dissipating and load limiting device for the protection, restoration and construction of high-resistance civil and industrial works with three undesirable static effects, seismic, wind and dynamic effects in general, according to the invention, which is indicated in figure 1 as a whole with the reference number 1, comprises a plurality of wires 2 made of shape memory alloy exploiting the super-elastic effect, which are arranged side by side, so that the individual wires work in parallel to exercise the reaction envisaged by the project; the length of the wires is determined on the basis of the design displacement.
In corrispondenza delle estremità, i fili 2 sono connessi ad elementi di bloccaggio, indicati globalmente con il numero di riferimento 3, i quali vengono connessi a snodi o ad elementi di connessione 4, per consentire l’applicazione del sistema alle strutture ed eseguire l’eventuale tesatura. At the ends, the wires 2 are connected to locking elements, globally indicated with the reference number 3, which are connected to joints or connection elements 4, to allow the system to be applied to the structures and to perform the possible stringing.
Gli elementi di bloccaggio risultano costituiti da un cuneo conico di bloccaggio 10, che è inserito in una camicia Il a superficie interna conica, tra i quali vengono interposte le estremità dei fili 2; il cuneo e la camicia sono realizzati con un materiale avente una durezza superficiale inferiore a quella dei fili, per cui il cuneo conico interno, avente durezza inferiore, viene forzato nella sede bloccando i fili. The locking elements consist of a conical locking wedge 10, which is inserted in a jacket 11 with a conical internal surface, between which the ends of the threads 2 are interposed; the wedge and the jacket are made of a material having a surface hardness lower than that of the threads, so that the internal conical wedge, having a lower hardness, is forced into the seat, locking the threads.
Risulta, inoltre, previsto un elemento a bicchiere 12 che contiene la camicia ed il cuneo ed è fissato agli elementi di connessione che possono, ad esempio, essere costituiti da uno stelo di aggancio. Furthermore, a cup-shaped element 12 is provided which contains the jacket and the wedge and is fixed to the connection elements which can, for example, consist of a hooking rod.
Nel caso in cui sia necessario resistere a frequenze molto elevate, i fili 2 vengono immersi in un liquido, in un grasso o gel, presentante elevate caratteristiche di trasmissibilità termica ed in particolare avente trasmissibilità termica uguale o migliore del glicole etilenico. If it is necessary to withstand very high frequencies, the wires 2 are immersed in a liquid, in a grease or gel, having high thermal transmissibility characteristics and in particular having thermal transmissibility equal to or better than ethylene glycol.
A questo scopo viene previsto un soffietto 20 di contenimento del liquido o fluido, individuato con 21. For this purpose, a bellows 20 is provided for containing the liquid or fluid, identified with 21.
Il comportamento del dispositivo dipende dalle caratteristiche termo-meccaniche della lega a memoria di forma, utilizzata ed installata sotto forma di fili. The behavior of the device depends on the thermo-mechanical characteristics of the shape memory alloy, used and installed in the form of wires.
In figura 2 viene illustrato un grafico tipico riguardante le caratteristiche meccaniche dei fili utilizzati e descrivente l’effetto superelastico ottenuto, sottoponendo ad una deformazione assiale un campione di filo. Figure 2 shows a typical graph concerning the mechanical characteristics of the wires used and describing the superelastic effect obtained by subjecting a sample of wire to an axial deformation.
Il materiale, inizialmente in fase austenitica, mostra una fase elastica, a cui corrisponde una proporzionalità tra sforzo e deformazione. The material, initially in the austenitic phase, shows an elastic phase, which corresponds to a proportionality between stress and deformation.
Raggiunta una deformazione critica ∈A , inizia la trasformazione dell’austenite in martensite, a cui corrisponde una tensione pressoché costante sino a completamento della trasformazione che avviene ad una deformazione critica ∈M . Once a critical deformation ∈A has been reached, the transformation of austenite into martensite begins, which corresponds to an almost constant tension until the transformation that occurs at a critical deformation ∈M is completed.
Tale campo di deformazione ∈A - ∈M , in cui avviene la trasformazione di fase, può essere utilizzato ai fini previsti. This deformation field ∈A - ∈M, in which the phase transformation takes place, can be used for the intended purposes.
Infatti, in questo intervallo caratteristico, qualora il carico applicato venga rimosso, il materiale tende a ritornare nella sua posizione indeformata, esercitando un richiamo elastico dovuto alla trasformazione martensite-austenite secondo la curva inferiore del ciclo pseudoisteretico, illustrato in figura 2. In fact, in this characteristic interval, if the applied load is removed, the material tends to return to its undeformed position, exerting an elastic return due to the martensite-austenite transformation according to the lower curve of the pseudohysteretic cycle, illustrated in figure 2.
Il ciclo di figura 2, rappresenta l’energia dissipata per unità di volume dal materiale utilizzato e può agevolmente essere trasformato nella curva caratteristica del dispositivo limitatore completo, conoscendo il numero, il diametro e la lunghezza dei fili utilizzati, come illustrato in figura 3. The cycle in Figure 2 represents the energy dissipated per unit of volume by the material used and can easily be transformed into the characteristic curve of the complete limiting device, knowing the number, diameter and length of the wires used, as illustrated in Figure 3.
Il dispositivo in oggetto viene comunemente progettato per lavorare nell 'intervallo di spostamento SA ÷ SM ad un livello di forza compreso nellintervallo F1 ÷ F2 . The device in question is commonly designed to work in the range of movement SA ÷ SM at a force level included in the range F1 ÷ F2.
Il dispositivo può essere preteso al livello di forza di progetto imponendo uno spostamento S<* >corrispondente alla deformazione prefissata ∈<* >nell’intervallo ∈A ÷ ∈M . The device can be claimed at the design strength level by imposing a displacement S <*> corresponding to the predetermined deformation ∈ <*> in the interval ∈A ÷ ∈M.
Tale pretensione consente un’immediata attivazione dell’effetto dissipativo del dispositivo secondo la curva caratteristica di figura 3, per qualsiasi spostamento imposto alla struttura. This pretension allows immediate activation of the dissipative effect of the device according to the characteristic curve of Figure 3, for any displacement imposed on the structure.
Qualora la deformazione dei fili eccedesse il valore ∈M , il filo, completamente in fase martensitica, mostrerebbe un repentino irrigidimento fino alla deformazione corrispondente allo snervamento della martensite ∈Y , a cui seguirebbe la plasticizzazione con un parziale incrudimento del materiale fino a rottura ∈R . If the deformation of the wires exceeds the value ∈M, the wire, completely in the martensitic phase, would show a sudden stiffening up to the deformation corresponding to the yielding of the martensite ∈Y, which would be followed by plasticization with a partial hardening of the material until failure ∈R .
La tensione corrispondente alla deformazione ∈Y, molto maggiore della tensione di trasformazione austenite-martensite, fornisce così un fattore di sicurezza sempre molto elevato sia sullo snervamento che sulla rottura. The stress corresponding to the deformation ∈Y, much greater than the austenite-martensite transformation stress, thus provides a safety factor that is always very high both on yield and on failure.
L’effetto di irrigidimento progressivo corrispondente a deformazioni superiori a ∈M , può essere utilizzato per limitare gli spostamenti della struttura in cui il dispositivo viene applicato, impedendo così deformazioni inattese della struttura. The progressive stiffening effect corresponding to deformations greater than ∈M, can be used to limit the displacements of the structure in which the device is applied, thus preventing unexpected deformations of the structure.
Come già in precedenza accennato, in caso di vibrazioni con frequenze superiori od uguali ad 1 Hertz, è conveniente immergere i fili in materiale a memoria di forma in un fluido (grasso o gel) tipo glicole etilenico, che ha la funzione di smaltire all’esterno il calore che si produce. As previously mentioned, in case of vibrations with frequencies higher than or equal to 1 Hertz, it is convenient to immerse the wires in shape memory material in a fluid (grease or gel) such as ethylene glycol, which has the function of disposing of external heat that is produced.
Il trovato, così concepito, è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti neU’ambito del concetto inventivo. The invention, thus conceived, is susceptible of numerous modifications and variations, all falling within the scope of the inventive concept.
Inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti. Furthermore, all the details can be replaced by other technically equivalent elements.
Così, ad esempio, anche se negli elementi di bloccaggio si è espressamente parlato di un cuneo conico, è possibile, sfruttando lo stesso principio, utilizzare una configurazione prismatica a cuneo. Thus, for example, even if a conical wedge has been expressly mentioned in the locking elements, it is possible, using the same principle, to use a prismatic wedge configuration.
Un ulteriore arrangiamento dei fili in SMA ad effetto super elastico può fornire una curva caratteristica del dispositivo tra quelle illustrate in figura 5 (figg. 5a, 5b e 5c). A further arrangement of the super-elastic effect SMA wires can provide a characteristic curve of the device among those illustrated in Figure 5 (Figures 5a, 5b and 5c).
Infatti, secondo tale configurazione (vedi figura 6) i fili, risultando pretesi ad un livello di deformazione ε<* >con 0≤ε<*><εΜ , per un qualsiasi spostamento relativo imposto alle estremità di ancoraggio risulteranno deformati sempre a trazione e reagiranno secondo la curva caratteristica già illustrata in figura 2. In fact, according to this configuration (see figure 6), the wires, being expected to have a deformation level ε <*> with 0≤ε <*> <εΜ, for any relative displacement imposed on the anchoring ends will always be deformed under tension and they will react according to the characteristic curve already illustrated in figure 2.
In quest’ultimo caso, i fili (figura 6 - elementi tipo 1) vengono avvolti in fase di montaggio su dei rocchetti (figura 6 - elementi tipo 2) che vengono infilati sui rispettivi perni (figura 6 - elementi tipo 3). In the latter case, the wires (figure 6 - type 1 elements) are wound during assembly on spools (figure 6 - type 2 elements) which are threaded onto the respective pins (figure 6 - type 3 elements).
Il montaggio dei rocchetti, il cui interasse sarà opportunamente uguale od inferiore a quello tra i rispettivi perni, su questi ultimi potrà avvenire soltanto tendendo i fili e perciò deformandoli fino ad aumentarne l’interasse alla dimensione esistente tra i perni. The assembly of the spools, whose center-to-center distance will be suitably equal to or less than that between the respective pins, on the latter can only take place by stretching the wires and therefore deforming them to increase the center-to-center distance to the size existing between the pins.
A tale differenza dimensionale tra gli interassi corrisponderà una deformazione ε<* >dei fili in oggetto. A deformation ε <*> of the wires in question will correspond to this dimensional difference between the center distances.
Qualora risulti conveniente, il sistema perno-rocchetto potrà essere costituito anche da un singolo elemento monolitico, al fine di consentire un semplice assemblaggio. If it is convenient, the pin-spool system can also consist of a single monolithic element, in order to allow simple assembly.
Le carpenterie di ancoraggio (figura 6 - elementi tipo 4 e 5) dovranno essere opportunamente asolate, in modo da consentire sia la battuta meccanica di contrasto su un perno, che il movimento di trascinamento imposto all’altro perno. The anchoring carpentry (figure 6 - elements type 4 and 5) must be suitably slotted, in order to allow both the mechanical contrast stop on a pin, and the dragging movement imposed on the other pin.
Tale artifizio consentirà ai fili di essere sollecitati sempre a trazione, per qualsiasi spostamento relativo imposto alle estremità del dispositivo. This device will allow the wires to always be stressed by traction, for any relative movement imposed on the ends of the device.
Questo sistema, come il precedente, potrà prevedere, per il funzionamento a frequenze superiori ad 1 Hz, l’immersione dei fili in un mezzo opportuno (figura 6 - elemento tipo 6). This system, like the previous one, may provide, for operation at frequencies higher than 1 Hz, the immersion of the wires in an appropriate medium (Figure 6 - element type 6).
Inoltre, l’ancoraggio dei fili mostrato in figura 6 potrà essere sostituito dal tipo descritto in precedenza utilizzante il sistema a cuneo. I dettagli di ancoraggio del sistema alla struttura potranno essere definiti di volta in volta, per adattarsi meglio alla tipologia strutturale considerata. Furthermore, the anchoring of the wires shown in figure 6 can be replaced by the type described above using the wedge system. The anchoring details of the system to the structure can be defined from time to time, to better adapt to the structural type considered.
Ciò rende interessante tale trovato è che, a differenza del primo sistema, non necessita di essere preteso in cantiere o comunque quando è applicato alla struttura, in quanto i fili vengono pretesi in fase di montaggio. What makes this invention interesting is that, unlike the first system, it does not need to be required on site or in any case when it is applied to the structure, since the wires are required during assembly.
E’ necessario sottolineare che il dispositivo non impone alcuno sforzo alla struttura, essendo internamente auto-bilanciato. It is necessary to emphasize that the device does not impose any effort on the structure, being internally self-balanced.
Lo stesso reagisce solamente quando uno spostamento relativo viene imposto. The same reacts only when a relative shift is imposed.
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1999
- 1999-12-23 EP EP99125754A patent/EP1016765A3/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106968500A (en) * | 2017-04-17 | 2017-07-21 | 苏州科技大学 | A kind of SMA Self-resettings ductility bracing members |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP1016765A2 (en) | 2000-07-05 |
EP1016765A3 (en) | 2001-06-06 |
IT1309546B1 (en) | 2002-01-23 |
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