WO2020132757A1

WO2020132757A1 - Dispositivo disipador de energía compuesto de disipadores metálicos ovalados

Info

Publication number: WO2020132757A1
Application number: PCT/CL2018/050152
Authority: WO
Inventors: José Luis ALMAZÁN CAMPILLAY; Rafael Enrique ARÍZAGA BRAVO
Original assignee: Pontificia Universidad Catolica De Chile
Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2018-12-27
Publication date: 2020-07-02

Abstract

Un dispositivo disipador de energía comprende dos o más pares de corridas de disipadores metálicos ovalados del tipo formados por dos placas metálicas en forma de arco unidas y configurando secciones planas centrales y paralelas por las cuales los disipadores se unen y están confinados entre una carcasa externa y una barra central coaxial e inserta en la carcasa, con parte de la barra central sobresaliendo. Las corridas de cada par de corridas de disipadores metálicos ovalados están dispuestas enfrentándose a lados opuestos de la barra, en que ésta y la carcasa están respectivamente unidas a una y otra partes de una estructura, o a uno y el otro entre una estructura o equipo industrial y sus fundaciones. Cada disipador tiene un componente de restricción interna formado por un par de rodillos paralelos conectados entre sí y en contacto deslizante y calce de curvatura con el interior de cada arco.

Description

DISPOSITIVO DISIPADOR DE ENERGÍA COMPUESTO DE DISPADORES

METÁLICOS OVALADOS

CAMPO DE LA INVENCION

El campo la presente invención se refiere a dispositivos para el amortiguamiento de oscilaciones en estructuras en general y equipos industriales, incluyendo pero no limitado a la protección contra la transmisión of vibraciones entre dos partes de una estructura o entre una estructura o equipo industrial y sus fundaciones, tales como las ocasionadas por sismos.

ANTECEDENTES

Para el aislamiento de estructuras o equipos industriales frente a vibraciones o sismos de mediana a gran magnitud se conocen y usan ampliamente los disipadores de energía metálicos que están diseñados para ceder plásticamente ante una solicitación de tipo vibratoria o sísmica que afecta la estructura o equipo industrial donde se instalan. Entre ellos existen los denominados disipadores flexionales con forma de“U” o FUSD por sus siglas en inglés, que están formados por placas metálicas rectangulares dobladas en forma de un arco circular cuyos extremos se extienden rectos y paralelos una cierta longitud para su fijación entre cualesquiera dos puntos de una estructura, o bien entre una estructura o equipo industrial y su fundación, que están sujetos a movimiento relativo el uno con respecto al otro producto de una solicitación vibratoria o sísmica.

También se han diseñado disipadores de energía de este tipo que tienen una forma ovalada aplastada fabricados típicamente uniendo dos disipadores FUSD por sus extremos rectos y paralelos conformando así una pieza de extremos arqueados y parte central formada por dos secciones planas y paralelas.

La publicación CN108179910 revela un aparato con dos corridas de disipadores FSUD respectivamente unidos por uno de sus extremos rectos y paralelos, a los costados de una barra guía de sección transversal rectangular y, por el otro de sus extremos rectos y paralelos, a una carcasa o camisa restrictiva externa coaxial con la barra guía y que tiene igual forma de sección transversal que la barra guía. Cada extremo de la barra guía tiene un vástago guiador deslizante con placa de tope de desplazamiento en el extremo de éste, capaz de deslizar a través de una respectiva abertura con rodamiento en cada extremo de la camisa. La camisa tiene una pieza de conexión a la estructura y es capaz de resistir el desplazamiento de la barra guía en la dirección fuera del plano para evitar desalineación e inestabilidad del disipador. Además, se tienen al interior de la camisa unos resortes que se extienden entre los vértices de las bases o tapas de la camisa, en cada extremo de la camisa, y respectivas porciones extremas de la barra guía rectangular para complementar la capacidad de amortiguación de vibraciones de los FSUD.

En el documento de patente MX172240 se divulga un dispositivo disipador de energía el cual proporciona amortiguamiento a estructuras de edificios y otras construcciones, para su instalación entre cualesquiera dos puntos que estén sujetos a movimientos relativos el uno con respecto al otro ante excitaciones sísmicas, caracterizado porque está integrado de una multiplicidad de disipadores metálicos ovalados (anillos ovalados) confinados exteriormente y a la vez unidos por sus secciones planas centrales a una barra central, por un lado, y a una horquilla, por el otro lado, ambas piezas estando provistas de orificios en sus extremos útiles como medios de sujeción a la estructura del edificio actuando estas como medios accionadores de los anillos ovalados; y, dos o más placas de confinamiento soldadas a los brazos de la horquilla, que permiten mantener a los anillos ovalados dentro de los espacios disponibles entre la horquilla y la barra central.

Una limitación de estos dispositivos es que no resisten cargas en sentido perpendicular a la dirección longitudinal del dispositivo ni momentos. Por ese motivo deben conectarse en forma rotulada en ambos puntos de conexión con la estructura, tal como lo hace la invención descrita en MX172240, o bien, su barra central debe guiarse para moverse en forma paralela a la carcasa externa u horquilla, tal como lo hace la invención divulgada en CN108179910.

Por otro lado, en caso de solicitaciones vibratorias o sísmicas repetitivas, los arcos circulares se van aguzando, convirtiendo la forma de“U” en una“V”, limitando así el desempeño del disipador debido a la concentración de deformaciones que se producen en los vértices, lo cual disminuye el número de ciclos que es capaz de resistir antes de la fractura por fatiga de bajo ciclado. Además, una vez que se forma la“V”, la capacidad de deformación queda limitada al momento en que las caras aplanadas entran en contacto con el vástago interior o la carcasa externa.

RESUMEN DE LA INVENCION

Con el fin de superar las deficiencias del arte previo la presente invención consiste en un dispositivo disipador de energía conformado por dos o más pares de corridas de disipadores metálicos ovalados, del tipo formado por dos placas metálicas rectangulares dobladas en forma de un arco circular unidas entre sí y configurando una pieza de extremos arqueados y dos secciones planas centrales y paralelas.

Los dos o más pares de corridas de disipadores metálicos ovalados están unidos por sus secciones planas centrales paralelas a, y confinados entre, una carcasa externa con un extremo abierto y el otro opuesto y cerrado o bloqueado y una barra central coaxial e inserta en la carcasa por el extremo abierto de ésta, permaneciendo una parte de la barra central sobresaliendo de dicho extremo abierto de la carcasa. Los disipadores metálicos ovalados se unen a la carcasa externa y la barra central de tal modo que las corridas de cada par de corridas de disipadores metálicos ovalados se disponen enfrentadas a lados opuestos de la barra central.

La barra central y la carcasa externa están a su vez respectivamente unidas, por la parte sobresaliente de la barra central y por un extremo opuesto cerrado o bloqueado de la carcasa, a una y otra partes de una estructura, o a uno y el otro entre una estructura o equipo y sus fundaciones, dependiendo de la aplicación, que están sujetos a movimiento relativo entre ellos producto de una solicitación vibratoria o sísmica.

El dispositivo comprende además un componente de restricción interna incorporado en cada disipador metálico ovalado, formado por un par de rodillos paralelos rígidamente conectados entre sí y respectivamente dispuestos en contacto deslizante y en calce de curvatura con el interior de cada arco circular de los disipadores metálicos.

La barra central y la carcasa externa pueden tener distintas formas que permitan que los dos o más pares de corridas de disipadores se unan a las mismas de forma que las corridas queden enfrentadas a lados opuestos de la barra central y confinadas entre la barra central y la carcasa. Así, la barra central y la carcasa externa pueden tener cualquier forma prismática equivalentes y las corridas de disipadores disponerse apropiadamente y en forma balanceada en todos o algunos de los lados de la barra central y correspondiente lado interno de la carcasa externa. Alternativamente, la barra central y/o la carcasa pueden estar también conformadas por una estructura de simples perfiles metálicos unidos.

Los disipadores metálicos ovalados pueden estar unidos a la barra central y la carcasa externa por medio de pernos y tuercas, soldadura o cualquier otro medio apropiado conocido.

La barra central tiene normalmente en su parte sobresaliente un componente o parte adaptada para la unión con una parte de una estructura, o con uno entre un equipo industrial o una estructura y sus fundaciones, y la carcasa externa tiene normalmente en dicho extremo opuesto cerrado o bloqueado de la misma también un componente o parte adaptada para la unión con la otra parte de la estructura o el otro entre el equipo industrial o estructura y sus fundaciones.

El dispositivo tiene la ventaja de que permite resistir cargas ortogonales a la dirección del movimiento impuesto, es decir, no sólo puede funcionar como un actuador bi-rotulado transmitiendo carga axial paralela al movimiento de la barra central, sino también como un empotramiento deslizante. Esto se consigue porque los componentes de restricción interna permiten transmitir cargas perpendiculares entre la barra central y la carcasa externa sin aplastar las placas disipadoras, y sin bloquear la deformación en sentido longitudinal.

Por otra parte, los componentes de restricción interna evitan la concentración de deformaciones debido a que se mantiene su forma original en forma de“U” evitando que se transforme en una “V”, aumentando así significativamente la capacidad de desplazamiento del dispositivo, haciéndolo muy apropiado para su uso en conjunto con sistemas de amplificación de deformaciones.

El contacto deslizante y calce de curvatura entre los componentes de restricción interna y los disipadores metálicos ovalados es en tal modo ajustado que el componente de restricción no requiere de ningún elemento que ayude a sostenerlo en su lugar.

Preferentemente, en el montaje del dispositivo disipador de energía, las dos placas metálicas rectangulares dobladas en forma de un arco circular que forman los disipadores metálicos ovalados se unen por soldadura u otro medio alrededor del componente de restricción interna que queda aprisionado dentro. Sin embargo, otros medios de ensamblaje de los disipadores metálicos ovalados y componente de restricción interna también podrían usarse. BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

Para facilitar la comprensión de la invención, se describe seguidamente la misma haciendo referencia a los dibujos ilustrativos que se acompañan, en donde:

La Figura 1 representa una vista en corte longitudinal de una realización preferida del dispositivo disipador de energía de la invención con una barra central y la carcasa externa con formas de prisma rectangular y un par de corridas de disipadores metálicos ovalados unidos a dos lados opuestos de la barra central.

La Figura 2 representa una vista en corte a lo largo de línea A-A del dispositivo de la Figura 1 , a una escala mayor.

La Figura 3 representa una vista en corte a lo largo de línea A-A del dispositivo de la Figura 1 , a una escala mayor, en el caso en que el dispositivo tiene dos pares de corridas de disipadores metálicos ovalados, una por cada lado de la barra central.

La Figura 4 representa la misma vista del mismo dispositivo disipador de energía de la invención que la Figura 1 , pero en situación deformada por una oscilación sísmica de magnitud, donde se indican las fuerzas externas aplicadas en ambos extremos rotulados.

La Figura 5 representa una vista isométrica ampliada de un ejemplo de componente de restricción interna.

Las Figuras 6a y 6b representan dos ejemplos clásicos de aplicación del dispositivo disipador de energía de las Figuras 2 o 3 como actuador bi-rotulado instalado en una estructura tipo pórtico.

La Figura 7 representa un ejemplo de aplicación del dispositivo disipador de energía de las Figuras 2 o 3 como actuador bi-rotulado instalado en una estructura tipo pórtico usando un mecanismo de amplificación de deformaciones.

La Figura 8 representa un ejemplo de aplicación del dispositivo disipador de energía de las Figuras 2 o 3 como un empotramiento deslizante instalado en la base de una columna metálica. DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION

Como se muestra en las Figuras 1 , 2, 3, y 4 de un ejemplo de realización del dispositivo disipador de energía (1) objeto de la invención, éste comprende los siguientes elementos principales:

disipadores metálicos ovalados (2);

barra central (3);

carcasa externa (4); y

componente de restricción interna (5).

La barra central (3) y la carcasa externa (4) en este caso tienen esencialmente forma de prismas rectangulares y en la realización del dispositivo disipador de energía (1 ) que muestra la Figura 2 éste tiene dos corridas de disipadores metálicos ovalados (2) unidos en lados opuestos de la barra central (3), mientras que en la realización de la Figura 3 tiene cuatro corridas de disipadores metálicos ovalados (2) unidos a cada lado de la barra central (3). Los disipadores metálicos ovalados (2) están unidos a la barra central y la carcasa externa por medio de soldadura (6).

La barra central tiene en su extremo sobresaliente una placa perforada (7) para conexión rotulada o girable con una parte de la estructura, y la carcasa externa tiene en su extremo opuesto cerrado o bloqueado una placa también perforada (8) para conexión rotulada o girable con la otra parte de la estructura.

En la Figura 4 se aprecia el disipador de energía en situación deformada, donde la barra central se ha desplazado hacia afuera una cierta magnitud D en relación a la carcasa externa, bajo la acción de una fuerza F.

En la Figura 5 se aprecia en detalle el componente de restricción interna (5) de los disipadores metálicos ovalados que comprende dos rodillos cilindricos metálicos paralelos (5a) de un diámetro predeterminado perforados en su eje y dos placas laterales (5b) que se extienden entre los ejes de los dos rodillos y los mantienen separados una determinada distancia. Los dos rodillos cilindricos metálicos están en respectivo contacto deslizante y calce de curvatura con el interior de cada arco circular del disipador metálico ovalado al que están interiormente incorporados. La conexión entre los rodillos cilindricos y las placas laterales se realiza por medio de pernos (5c) y tuercas (5d). Los pernos atraviesan la perforación en el eje de los rodillos cilindricos y tienen el mismo diámetro externo que el diámetro de la perforación de los rodillos cilindricos.

En las Figuras 6a y 6b se aprecian dos ejemplos clásicos de aplicación del dispositivo disipador de energía como actuador bi-rotulado instalado en una estructura tipo pórtico (9). En la Figura 6a se muestra el caso en que el dispositivo de la invención se dispone en dirección oblicua en el extremo superior de una barra diagonal (10), conectando en conjunto con dicha barra diagonal los nodos inferior izquierdo y superior derecho del pórtico. Por su parte, en la Figura 6b se muestra el caso en que el dispositivo de la invención se dispone en dirección horizontal conectando el vértice de un reticulado en forma de V invertida (1 1) entre los nodos inferiores del pórtico, conocido como Chevron, con el nodo superior derecho del pórtico.

En la Figura 7 se aprecia un ejemplo de aplicación del dispositivo disipador de energía como un actuador bi-rotulado instalado en una estructura tipo pórtico (9), usando un mecanismo de amplificación de deformaciones. El dispositivo disipador de energía se dispone en dirección horizontal conectando girablemente la viga inferior, base o fundación del pórtico con el extremo inferior de la palanca (12) del mecanismo de amplificación. La palanca se conecta girablemente con un nodo superior del pórtico y la barra diagonal (13) que se extiende y une girablemente entre el nodo inferior izquierdo del pórtico y la palanca (12) y actúa activando la palanca (12).

En la Figura 8 se aprecia un ejemplo de aplicación del dispositivo disipador de energía como un empotramiento deslizante instalado en la base de un elemento estructural vertical, tal como una columna, muro o pared de una estructura o equipo industrial (no se muestra). El dispositivo se dispone en posición vertical, en donde la carcasa externa (4) está empotrada en las fundaciones (14) de la estructura o equipo industrial, por medio de una placa base (15) y pernos de anclaje (16), y la barra central (3) está girablemente unida al elemento estructural vertical.

Claims

REIVINDICACIONES

1 .- Dispositivo disipador de energía para la protección contra la transmisión de vibraciones o movimiento relativo entre dos partes de una estructura o entre una estructura o equipo industrial y sus fundaciones, producto de una solicitación vibratoria o sísmica, CARACTERIZADO porque comprende:

dos o más pares de corridas de disipadores metálicos ovalados, del tipo formado por dos placas metálicas rectangulares dobladas en forma de un arco circular, unidas entre si y configurando una pieza de extremos arqueados y dos secciones planas centrales y paralelas;

en que los dos o más pares de corridas de disipadores metálicos ovalados están unidos por sus secciones planas centrales y paralelas a, y confinados entre, una carcasa externa con un extremo abierto y otro opuesto cerrado o bloqueado y una barra central coaxial e inserta en la carcasa por el extremo abierto de ésta, permaneciendo una parte de la barra central sobresaliendo de la carcasa, en que los disipadores metálicos ovalados se unen a la carcasa externa y la barra central de modo que las corridas de cada par de corridas de disipadores metálicos ovalados se disponen enfrentadas a lados opuestos de la barra central;

en que la barra central y la carcasa externa están respectivamente unidas, por la parte sobresaliente de la barra central y por el extremo opuesto cerrado o bloqueado de la carcasa, a una y la otra partes de la estructura, o a uno y el otro entre la estructura o el equipo industrial y sus fundaciones;

en que el dispositivo comprende además un componente de restricción interna incorporado en cada disipador metálico ovalado, formado por un par de rodillos paralelos rígidamente conectados entre sí y respectivamente dispuestos en contacto deslizante y calce de curvatura con el interior de cada arco circular de los disipadores metálicos ovalados.

2.- El dispositivo disipador de energía de acuerdo a las reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque la barra central y la carcasa externa tienen cualquier forma prismática equivalentes y las corridas de disipadores se disponen en todos o algunos de los lados de la barra central y correspondiente lado interno de la carcasa externa. 3.- El dispositivo disipador de energía de acuerdo a las reivindicación 2, CARACTERIZADO porque la barra central y la carcasa externa tiene forma de prisma rectangular y el dispositivo tiene dos corridas de disipadores metálicos ovalados dispuestos en lados opuestos de la barra central.

4.- El dispositivo disipador de energía de acuerdo a las reivindicación 3, CARACTERIZADO porque tiene cuatro corridas de disipadores metálicos ovalados dispuestos a cada lado de la barra central.

5.- El dispositivo disipador de energía de acuerdo a las reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque la barra central tiene en su parte sobresaliente un componente o parte para la unión con una parte de la estructura o con uno entre el equipo industrial o la estructura y las fundaciones, y la carcasa externa tiene en su extremo opuesto cerrado o bloqueado un componente o parte para la unión con la otra parte de la estructura o con el otro entre el equipo industrial o estructura y las fundaciones.

7.- El dispositivo disipador de energía de acuerdo a las reivindicación 5, CARACTERIZADO porque dichos componentes o parte de la barra central y de la carcasa externa comprenden cada uno una placa perforada para conexión rotulada con la estructura, equipo industrial o fundaciones.

8.- El dispositivo disipador de energía de acuerdo a la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque los dos rodillos cilindricos metálicos paralelos del componente de restricción interna están conectados por dos placas laterales que se extienden entre sus ejes y que los mantienen separados una determinada distancia.

9.- El dispositivo disipador de energía de acuerdo a la reivindicación 8, CARACTERIZADO porque las placas laterales están conectadas con los rodillos cilindricos por medio de pernos y tuercas, en que los pernos atraviesan una perforación en el eje de cada rodillo. 10.- El dispositivo disipador de energía de acuerdo a la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el dispositivo de la invención se dispone en dirección oblicua en el extremo superior de una barra diagonal en una estructura tipo pórtico, conectando en conjunto con dicha barra diagonal un nodo inferior y uno superior diagonalmente opuesto del pórtico a modo de actuador bi-rotulado.

1 1 .- El dispositivo disipador de energía de acuerdo a la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el dispositivo se dispone en dirección horizontal conectando el vértice de un reticulado en forma de V invertida entre los nodos inferiores del pórtico en una estructura tipo pórtico con un nodo superior del pórtico a modo de actuador bi- rotulado.

12.- El dispositivo disipador de energía de acuerdo a la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque se dispone en dirección horizontal conectando girablemente la viga inferior, base o fundación de una estructura tipo pórtico con el extremo inferior de una palanca conectada girablemente a un nodo superior del pórtico, en que la palanca conforma un mecanismo de amplificación de deformaciones junto con una barra diagonal que se extiende y está unida girablemente entre un nodo inferior del pórtico y la palanca y que actúa activando la palanca.

13.- El dispositivo disipador de energía de acuerdo a la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el dispositivo está instalado en forma vertical en la base de un elemento estructural vertical, tal como una columna, muro o pared de una estructura o equipo industrial, en donde la carcasa externa está unida a las fundaciones de la estructura o equipo industrial, por medio de una placa base y pernos de anclaje, y la barra central está girablemente unida al elemento estructural vertical.