ISOLATORI A SCORRIMENTO A SUPERFICIE CURVA

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Gerardina Fabia Esposito
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1 ISOLATORI A SCORRIMENTO A SUPERFICIE CURVA ISOLATORI A SCORRIMENTO A SUPERFICIE CURVA S04

INTRODUZIONE DESCRIZIONE Gli isolatori a scorrimento a superficie curva della serie FIP (Friction Isolation Pendulum) sono dispositivi d appoggio in acciaio caratterizzati da una legge di

desiderato; una rotula centrale, convessa sia inferiormente che superiormente; infine un terzo elemento che si accoppia con la sottostante rotula, consentendo le rotazioni.

Le principali qualità degli isolatori serie FIP sono l indipendenza del periodo di oscillazione dalla massa gravante (il che rende molto versatile il dispositivo in rapporto ai diversi valori di

2 INTRODUZIONE DESCRIZIONE Gli isolatori a scorrimento a superficie curva della serie FIP (Friction Isolation Pendulum) sono dispositivi d appoggio in acciaio caratterizzati da una legge di funzionamento riconducibile a quella del pendolo semplice, in cui il periodo d oscillazione non dipende dalla massa ma solo dalla lunghezza del pendolo stesso. Dispositivo FIP centrato. Dispositivo FIP al massimo spostamento. I dispositivi FIP sono sostanzialmente costituiti da 3 elementi d acciaio sovrapposti: una base concava superiormente, opportunamente sagomata in modo da ottenere il periodo di oscillazione desiderato; una rotula centrale, convessa sia inferiormente che superiormente; infine un terzo elemento che si accoppia con la sottostante rotula, consentendo le rotazioni. Al fine di controllare l attrito opposto al movimento dalle superfici di scorrimento e rotazione, vengono utilizzati opportuni materiali termoplastici. Le principali qualità degli isolatori serie FIP sono l indipendenza del periodo di oscillazione dalla massa gravante (il che rende molto versatile il dispositivo in rapporto ai diversi valori di carico supportato), l indipendenza della capacità portante dallo spostamento e il ridotto spessore. Qualora risulti necessario ridurre l ingombro in pianta o qualora si presentino particolari necessità costruttive, conviene utilizzare gli isolatori a scorrimento a doppia superficie curva della serie FIP-D, muniti di due superfici di scorrimento concave di uguale raggio tali da consentire lo scorrimento su entrambe le superfici. In tal modo ogni singola superficie viene progettata per uno spostamento pari a metà di quello di progetto. Dispositivo FIP-D centrato. Dispositivo FIP-D al massimo spostamento. IDENTIFICAZIONE Gli isolatori a scorrimento a superficie curva sono identificati mediante la sigla FIP o FIP-D seguita da 3 cifre. La prima rappresenta il carico verticale massimo statico allo SLU in kn/10, la seconda lo scorrimento totale in millimetri, la terza indicata tra parentesi indica il raggio di curvatura equivalente in millimetri. Ad esempio: FIP 800/1000 (4000) identifica un isolatore a scorrimento a superficie curva da 8000 kn di carico verticale statico allo SLU, che consente uno scorrimento di ± 500 mm in tutte le direzioni, con raggio di curvatura 4000 mm.

MODELLAZIONE Il modello matematico che meglio rappresenta il funzionamento degli isolatori della serie FIP/FIP-D è la curva bilineare Forza-Spostamento

attrito e N il carico verticale). La rigidezza K=N/R dipende invece sia dal carico verticale che dal raggio di curvatura R.

equivalente ξe possono essere calcolati con le seguenti formule: K e = N. 1 µ + R X ξ e = 2 1.

Il periodo di oscillazione è dato da: T = 2π 1 g.

3 MODELLAZIONE Il modello matematico che meglio rappresenta il funzionamento degli isolatori della serie FIP/FIP-D è la curva bilineare Forza-Spostamento in cui l intercetta sull asse delle ordinate rappresenta la sola forza d attrito F0=µN sviluppata dall isolatore (µ rappresenta il coefficiente d attrito e N il carico verticale). La rigidezza K=N/R dipende invece sia dal carico verticale che dal raggio di curvatura R. Forza +FMAX +F0 K Ke Spostamento (X) -F0 -FMAX Nel caso in cui si possa utilizzare un modello lineare, la rigidezza equivalente Ke e lo smorzamento equivalente ξe possono essere calcolati con le seguenti formule: K e = N. 1 µ + R X ξ e = 2 1. π X + 1 µr dove N è il carico verticale semi-permanente (calcolato con la formula delle NTC 2008) e X è lo spostamento. Il periodo di oscillazione è dato da: T = 2π 1 g. 1 µ + R X Solitamente questi isolatori forniscono un coefficiente di smorzamento viscoso equivalente ξe tra il 15 ed il 30%, in funzione del coefficiente d attrito del materiale utilizzato, del raggio di curvatura e dello spostamento di progetto. Gli isolatori delle serie FIP e FIP-D possono essere progettati per soddisfare qualsiasi normativa. Altezza H Diametro D

RISULTATI SPERIMENTALI I risultati delle prove sperimentali

isolatore FIP può essere modellato con una curva bilineare, con due

Di seguito si riportano 2 tipici grafici sperimentali.

ottenuti con una prova a velocità costante.

4 RISULTATI SPERIMENTALI I risultati delle prove sperimentali confermano che il ciclo isteretico forza-spostamento di un isolatore FIP può essere modellato con una curva bilineare, con due tratti a rigidezza sensibilmente diversa. Di seguito si riportano 2 tipici grafici sperimentali. Cicli isteretici sperimentali dell isolatore FIP-D 1000/1200 (4202) ottenuti con una prova a velocità costante. Cicli isteretici sperimentali dell isolatore FIP-D 1000/1200 (4202) ottenuti con una prova a velocità variabile con legge sinusoidale (f=0.31hz).

5 ISOLATORI DELLA SERIE FIP-D PER EDIFICI Gli isolatori a scorrimento a superficie curva standard della serie FIP-D, le cui caratteristiche sono elencate nelle tabelle che seguono, sono progettati per cinque diversi valori dello spostamento massimo, da 200 a 400 mm. Tale spostamento va inteso come lo spostamento massimo di progetto corrispondente al sisma allo SLC. Il carico verticale V indicato nelle tabelle è il valore massimo ammesso sull isolatore in presenza di sisma allo SLC. I valori del coefficiente di smorzamento viscoso equivalente e del periodo riportati nelle tabelle sono quelli corrispondenti allo spostamento massimo d SLC 2. Con riferimento all utilizzo degli isolatori in edifici residenziali di piccole dimensioni, sono stati considerati carichi verticali relativamente modesti. L Ufficio Tecnico di FIP Industriale è a disposizione per progettare isolatori a scorrimento a superficie curva con caratteristiche diverse, ad esempio per carichi verticali più alti, o coefficiente di attrito più elevato. Si noti che le dimensioni riportate nelle tabelle sono indicative. Spostamento 200 mm mm per d SLC mm 2 =200 mm FIP-D 90/400 (2535) FIP-D 130/400 (2535) FIP-D 260/400 (2535) FIP-D 390/400 (2535) Spostamento 250 mm per d SLC 2 =250 mm FIP-D 130/500 (3125) FIP-D 270/500 (3125) FIP-D 400/500 (3125) Spostamento 300 mm per d SLC 2 =300 mm FIP-D 180/600 (3725) FIP-D 275/600 (3725) FIP-D 400/600 (3725) Spostamento 350 mm per d SLC 2 =350 mm FIP-D 180/700 (3715) FIP-D 260/700 (3715) FIP-D 400/700 (3715) Spostamento 400 mm per d SLC 2 =400 mm FIP-D 170/800 (3705) FIP-D 260/800 (3705) FIP-D 400/800 (3705) Legenda V F zd R µ ξ e Τ D H Carico verticale agente sull'isolatore in presenza di sisma (SLC) Carico verticale statico agente sull'isolatore (SLU) Raggio di curvatura equivalente Coefficiente di attrito dinamico Coefficiente di smorzamento viscoso equivalente (allo spostamento d SLC 2 ) Periodo (allo spostamento d SLC 2 ) Diametro escluse zanche di ancoraggio Altezza escluse zanche di ancoraggio

6 apr. 2010

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