DISSIPAZIONE PASSIVA. 3. Smorzatori visco-elastici

Documenti analoghi
ANALISI DINAMICA DI STRUTTURE ISOLATE ALLA BASE

Ponti Isolati Criteri di progettazione ed analisi

Capitolo 12. Moto oscillatorio

INDICE. Capitolo 1 LA TERRA TREMA 1 1 Le costruzioni e il terremoto 1 2 La situazione in Italia 4

GUIDA ALL ISOLAMENTO SISMICO

Analisi sismica di un sistema lineare viscoso a più gradi di libertà con il metodo dello Spettro di Risposta

EFFEBI srl Costruttore strutture metalliche e adeguamento sismico Geom. Bruno Bianconcini

I CALCESTRUZZI CELLULARI NELLE APPLICAZIONI DI INGEGNERIA GEOTECNICA: CARATTERISTICHE MECCANICHE

RELAZIO E FI ALE PER IL PROGRAMMA SHORT TERM MOBILITY

REte dei Laboratori. Universitari di Ingegneria. Sismica RELUIS

Università degli Studi di Napoli Federico II. Scuola Politecnica e delle Scienze di Base

OSCILLAZIONI SMORZATE E FORZATE

Calcolo di edificio con struttura prefabbricata situato in zona sismica di I categoria.

LEZIONE 1. IL PROGETTO STRUTTURALE Parte 2. La modellazione. Corso di TECNICA DELLE COSTRUZIONI Chiara CALDERINI A.A

Caratteristiche di materiali

30 maggio 2013/ I.Lab Italcementi Stezzano (BG)

ISOLATORI A SCORRIMENTO A SUPERFICIE CURVA

RELAZIONI FRA STRESS E STRAIN

Sistemi vibranti ad 1 gdl

VELOCITA' CRITICHE FLESSIONALI

EUCENTRE Centro Europeo di Formazione e Ricerca in Ingegneria Sismica

Sistemi non convenzionali di protezione sismica Dissipatori - Isolatori ISOLATORI ANTISIMICI ISOLATORI ANTISIMICI HDRB) ISOLATORI ANTISIMICI

L equilibrio dei gas. Lo stato di equilibrio di una data massa di gas è caratterizzato da un volume, una pressione e una temperatura

Lezione Il calcestruzzo armato I

Concetti di base. Sistemi ideali Sistemi reali SOLIDI CORPI LIQUIDI/GASSOSI (FLUIDI) SOLIDI DEFORMAZIONE ELASTICA

Attuatori. Gli attuatori costituiscono gli elementi che controllano e permettono il movimento delle parti

Adeguamento sismico del patrimonio costruito. Prof. Marco Savoia, Direttore CIRI Edilizia e Costruzioni, Università di Bologna

Oscillazioni. Si produce un oscillazione quando un sistema viene perturbato rispetto a una posizione di equilibrio stabile

RINFORZO DEL COLLEGAMENTO TRAVE- PILASTRO

Gli effetti delle alte temperature sulla risposta sismica degli edifici in muratura


Dinamica delle Strutture

Valutazione della capacità dissipativa di un sistema strutturale

Costruzioni in zona sismica

A A N LI A S LI I S I P U P S U H S - H OV

Una tecnologia innovativa per l adeguamento sismico degli edifici di rilevante interesse pubblico

Giunto pilastro-fondazione Edilmatic

Caratteristiche di materiali

Università degli Studi di Padova. Dipartimento di Fisica e Astronomia Galileo Galilei. Tesi di Laurea in Fisica. Scivolamento di Gocce non newtoniane

RESISTORI. Un resistore è un blocco di materiale che limita il flusso della corrente. Più grande è la resistenza più piccola è la corrente.

Corso di Tecnologia delle Costruzioni Civili. Linda Giresini

Dinamica dei Fluidi. Moto stazionario

Lezione 9. Laboratorio progettuale (Tecnica delle Costruzioni)

BONIFICA ACUSTICA: RISONANZA MECCANICA. Bonifica acustica_moduloj6_rev_3_10_03

L intervallo di lavorazione del vetro è generalmente definito in base a un intervallo di viscosità. Questo, a sua volta, corrisponde per ciascun

Problemi di Fisica per l ammissione alla Scuola Galileiana Problema 1

MECCANICA COMPUTAZIONALE

Massa 8 giugno 2016 Gli alunni. L insegnante

COSTRUZIONI IN CEMENTO ARMATO PROF.RIZZO

TEC S.r.l. ISOLATORI SISMICI ELASTOMERICI SERIE TEC IG Dispositivi antisismici. Descrizione. Normativa di riferimento

3) DIMENSIONAMENTO DI UNA SEZIONE INFLESSA

S00 DISPOSITIVI ANTISISMICI DISPOSITIVI ANTISISMICI DISPOSITIVI ANTISISMICI

ALMA MATER STUDIORUM - UNIVERSITÀ DI BOLOGNA LINK DISSIPATIVI ISTERETICI PER LA MITIGAZIONE DEGLI EFFETTI DEL SISMA

LO SPETTRO DI RISPOSTA

Corso di Componenti e Impianti Termotecnici RETI DI DISTRIBUZIONE PERDITE DI CARICO CONTINUE

ing. Patrizia Ferrara I Condensatori

XIV CONVEGNO ANIDIS L INGEGNERIA SISMICA IN ITALIA BARI, SETTEMBRE 2011

FISICA E LABORATORIO INDIRIZZO C.A.T. CLASSE PRIMA. OBIETTIVI U. D. n 1.2: La rappresentazione di dati e fenomeni

Pillole di Fluidodinamica e breve introduzione alla CFD

DUTTILITA STRUTTURALE RIFLESSIONE!

INTRODUZIONE ALLA TERMODINAMICA. Supponiamo di voler studiare il comportamento di una determinata quantità di gas contenuta

NYLON-CARBON DUREZZA & TRAZIONE

APPENDICE. Dati. Per l'analisi delle velocità dei veicoli si assumono i seguenti dati: Caratteristiche dei veicoli:

TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO ATTUATORI

LA RESISTENZA DEI MATERIALI

ANALISI TERMODINAMICA DI UNA TESTATA PER MOTO DA SUPERBIKE

Effetti del fuoco (incendio) sul calcestruzzo armato

Reometria: Prove dinamiche in regime oscillatorio. Romano Lapasin

LEZIONE 8. PROGETTO DI STRUTTURE IN CEMENTO ARMATO Parte I. Il materiale. Corso di TECNICA DELLE COSTRUZIONI Chiara CALDERINI A.A.

Applicazioni delle leggi della meccanica: moto armnico

4 SOLLECITAZIONI INDOTTE. 4.1 Generalità

Pericolosità sismica Svizzera. Quando, dove e con quale frequenza si verificano determinate scosse in Svizzera?

Modellistica dei Sistemi Meccanici

L utilizzo di controventi dissipativi per la protezione sismica del plesso scolastico Cappuccini a Ramacca (CT)

IL METODO DEGLI STATI LIMITE

Le più recenti tecniche di protezione sismica

AICAP - ASSOCIAZIONE ITALIANA CALCESTRUZZO ARMATO E PRECOMPRESSO

Analisi lineare statica e dinamica modale con spettro di risposta per telai piani. dott. ing. FERRARI Alberto ESEMPI APPLICATIVI

Fisica per scienze ed ingegneria

TECNOLOGIA DELL ARCHITETTURA 2009/10 PROF. SERGIO RINALDI

Figura Descrizione sintetica della risposta strutturale.

Schede di sintesi delle tipologie di intervento acustico

Università del Salento Progetto antisismico di costruzioni in acciaio

Comportamento meccanico dei polimeri

Proprietà meccaniche. Proprietà dei materiali

Dipartimento di Meccanica Politecnico di Torino

Indice. Fisica: una introduzione. Il moto in due dimensioni. Moto rettilineo. Le leggi del moto di Newton

Università degli studi di Cagliari

ANALISI DEI CARICHI AGENTI SULLE STRUTTURE

CORSO DI AGGIORNAMENTO SULLA NORMATIVA SISMICA. DI CUI ALL ORDINANZA 3274 DEL Cuneo, 08 aprile 21 maggio 2004 METODI DI ANALISI

CONTROLLI AUTOMATICI Ingegneria Gestionale ANALISI ARMONICA

DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA MECCANICA E STRUTTURALE FACOLTA DI INGEGNERIA, UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI TRENTO

Regione Campania - Genio Civile

Confronto tra i codici di calcolo QUAD4-M e LSR2D

Lezione. Progetto di Strutture

Si definiscono tali le opere atte a sostenere il terreno che è stato o dovrà essere oggetto di scavo.

Proprietà fisico-meccaniche dei materiali reologia dello stato solido

Dettagli costruttivi - scale

Analisi di stabilita di un pendio naturale

1. Lo studio dei gas nella storia 2. I gas ideali e la teoria cinetico-molecolare 3. La pressione dei gas 4. La legge di Boyle o legge isoterma 5.

Transcript:

DISSIPAZIONE PASSIVA 3. Smorzatori visco-elastici Gli smorzatori visco-elastici si avvalgono di materiali polimerici o vetrosi che dissipano energia per effetto delle deformazioni tangenziali. La Figura 3.1 mostra un apparecchio visco-elastico che, inserito nella costruzione, dissipa energia quando le vibrazioni strutturali producono scorrimenti relativi fra la piastra centrale e le flangie laterali. Figura 3.1 Le prime applicazioni in campo civile riguardano la mitigazione delle vibrazioni indotte dal vento. La prima, avvenuta nel 1969, consiste nell inserimento di 10000 dissipatori visco-elastici in ciascuna delle due torri del World Trade Center di New York (Figura 3.2). Figura 3.2 La seconda riguarda un analogo intervento compiuto sulla Columbia Seafirst Tower di Seattle (Figura 3.3).

Figura 3.3 Le applicazioni degli smorzatori visco-elastici in campo sismico sono più recenti e presentano maggiori problemi. In primo luogo la protezione sismica delle strutture richiede la dissipazione di grandi quantità d energia. Inoltre, il moto sismico eccita ampie bande spettrali. Entrambi questi aspetti non sono propriamente congeniali all uso degli smorzatori visco-elastici. 3.1 Principi di funzionamento Si prenda in esame un materiale con comportamento visco-elastico lineare. L equazione di legame risult:a t G t t Imponendo una legge armonica di deformazione angolare: t 0 sin t (3.1) la tensione tangenziale risulta (Figura 3.4) t G sin t cos t sin t (3.2) dove: 0 0 0 2 2 2 0 0 G ; tg G

Figura 3.4 L Eq. (3.2) può essere riscritta nella forma: t G sin t G cos t 0 dove G è un coefficiente chiamato shear storage modulus ed esprime una misura dell energia immagazzinata e rilasciata in ogni ciclo; G è un coefficiente chiamato shear loss modulus ed esprime una misura dell energia dissipata in ogni ciclo: G G ; G Si definisce: G ; 2G G ; G 2 dove è lo smorzamento equivalente ed è il fattore di perdita. L esperienza dimostra che G e G dipendono, in generale, dalla pulsazione, dalla temperatura ambiente T, dalla deformazione angolare e dalla temperatura del materiale. Ciò risulta evidente da prove eseguite su dissipatori visco-elastici quali quello mostrato in Figura 3.1. La Tabella 3.I illustra la proprietà di tre elementi caratterizzati dalla lettera A, B e C. La Figura 3.5 mostra i diagrammi dei cicli tensione-deformazione, per diversi valori della temperatura T.

Tabella 3.I Figura 3.5

Le Figure 3.6 e 3.7 illustrano i risultati di prove sperimentali che pongono in luce la dipendenza di da e T. G e G Figura 3.6 Figura 3.7

3.2 Analisi strutturale La Figura 3.8 mostra il modello (in scala 2/5) di un telaio metallico di 5 piani. La Figura 3.9 mostra la frequenza fondamentale e lo smorzamento del telaio (con e senza dissipatori visco-elastici) al variare della temperatura). Figura 3.8 Figura 3.9

La Figura 3.10 mostra la legge dello spostamento in sommità per azione del moto sismico, in assenza di smorzatori (a) e con smorzatori alla temperatura ambiente T = 25 C (b) e T = 42 C (c). Figura 3.10

La Figura 3.11 mostra il modello di un telaio in calcestruzzo armato di tre piani. La Figura 3.12 mostra le curve forza-spostamento avendo imposto alla base del telaio il terremoto di Taft. La Figura 3.13 mostra i diversi contributi energetici al moto per tre differenti terremoti. Figura 3.11 Figura 3.12

Figura 3.13

3.3 Realizzazioni La Figura 3.14 mostra una tipica realizzazione giapponese di un sistema dissipativo ad attrito. La Figura 3.15 ne illustra lo schema di funzionamento. Figura 3.14 Figura 3.15

4. Smorzatori a fluido viscoso I precedenti capitoli, rivolti agli smorzatori metallici, ad attrito e visco-elastici, considerano l effetto dissipativo di materiali solidi. Analoghi effetti possono essere conseguiti usando materiali fluidi. La Figura 4.1 mostra due classici dissipatori a fluido viscoso. Lo schema (a) illustra un apparecchio prodotto dalla GERB; esso produce dissipazione energetica per 6 componenti del moto. Lo schema (b) è un viscous damping wall (VDW) prodotto da Sumitomo Construction Company; il pistone è fissato al piano superiore dell edificio; il contenitore del fluido è fissato al piano inferiore; il moto relativo fra i piani produce la dissipazione energetica. Inserendo nel corpo dell edificio numerosi VDW, lo smorzamento aumenta notevolmente. Figura 4.1

La Figura 4.2 mostra diversi apparecchi dove il fluido viscoso è racchiuso in un contenitore a pistone. Il pistone non si limita a deformare il fluido, ma lo forza a passare attraverso un orificio. Lo schema (a) illustra un apparecchio prodotto da Taylor Devices; si avvale di oli siliconici. Lo schema (b) illustra un apparecchio prodotto da Jarret, basato sull uso di elastomeri siliconici. Figura 4.2 Lo studio degli smorzatori a fluido viscoso procede secondo due metodi alternativi. Il primo parte dall analisi delle equazioni del moto del fluido (generalmente non newtoniano) e deriva le equazioni del moto complessivo dello smorzatore. Il secondo, analizzato nel paragrafo successivo, parte dal comportamento macroscopico del dissipatore studiato sperimentalmente. In entrambi i casi, l energia dissipata dipende, spesso in misura essenziale, dalla pulsazione dell eccitazione, dalla temperatura ambiente T e dalla temperatura del fluido viscoso. Sotto questo punto di vista lo studio degli smorzatori a fluido viscoso non è dissimile dallo studio degli smorzatori visco-elastici (Capitolo 3).

4.1 Comportamento macroscopico dello smorzatore La rappresentazione sperimentale della legge del moto degli smorzatori a fluido viscoso richiede analisi ad hoc per ogni tipo di apparecchio. La Figura 4.3 mostra uno smorzatore a recipiente cilindrico prodotto da GERB. La Figura 4.4 mostra un tipico ciclo d isteresi dello smorzatore, a frquenza fissata. La Figura 4.5 illustra le proprietà dello smorzatore sottoposto a cicli di carico verticale (a) e laterale (b). Figura 4.3 Figura 4.4 Figura 4.5

Le Figure 4.6, 4.7 e 4.8 sono riferite al sistema VDW illustrato in Figura 4.1(b). La Figura 4.6 mostra tipici cicli isteretici contraddistinti da ampiezze diverse. La Figura 4.7 mostra la dipendenza dello smorzamento equivalente (elevatissimo) dall ampiezza dei cicli. La Figura 4.8 mostra diversi cicli forza-spostamento ottenuti operando a differenti frequenze. Figura 4.6 Figura 4.7 Figura 4.8

La Figura 4.9 mostra un tipico smorzatore viscoso a orificio. La Figura 4.10 ne illustra i diagrammi forza-spostamento. Figura 4.9 Figura 4.10

La Figura 4.11 mostra i diagrammi forza-spostamento del dissipatore viscoso con fluido pressurizzato mostrato in Figura 4.2(b). Figura 4.11 4.2 Studi sperimentali La figura 4.12 illustra una serie di telai con inseriti smorzatori a fluido viscoso del tipo illustrato in Figura 4.2(a). La Tabella 4.I riporta una serie di risultati sperimentali inerenti vibrazioni libere e forzate sotto sisma. Figura 4.12

Tabella 4.I La Figura 4.13 mostra un telaio in cemento armato equipaggiato con smorzatori a fluido viscoso ancora del tipo illustrato in Figura 4.2(a). La Tabella 4.II e la Figura 4.14 mostrano alcuni risultati relativi al terremoto di El Centro.

Figura 4.13 Tabella 4.II Figura 4.14

La Figura 4.15 mostra un telaio equipaggiato con VDW in diverse posizioni. La Tabella 4.III riporta i risultati di alcune prove sperimentali. Figura 4.15 Tabella 4.III

4.3 Realizzazioni Le Figure 4.16 e 4.17 mostrano lo schema d impiego di alcuni dissipatori a pistone (a) e la tipica realizzazione di un apparecchio. (a) (b) Figura 4.16

Figura 4.17 La Figura 4.18 illustra lo schema distributivo dei VDW all interno di SUT-Building, Shizuka City, Japan. Figura 4.18