15-EN15129 Clausola 6: Dispositivi dipendenti dallo spostamento (DDD) – Standard e prodotti tipici

1. Ambito e definizione

La clausola 6 disciplina due categorie principali diDDD: dispositivi lineari (LD) e dispositivi non lineari (NLD). Una caratteristica chiave che definisceDDDè che non sopportano carichi verticali. Inoltre,bretelle vincolate-che si deformano(BRB) che forniscono uno smorzamento aggiuntivo all'interno delle strutture sono esplicitamente classificati comeDDD. Informazioni tecniche supplementari suDDDè disponibile nell'Allegato D della EN15129.

Questi dispositivi sono destinati esclusivamente a strutture in zone sismiche conformi alla serie EN 1998, con l'obiettivo primario di migliorare la resilienza strutturale regolando il comportamento dinamico e dissipando l'energia sismica, lavorando così in sinergia con il sistema complessivo di protezione sismica.

2. Classificazione diDDD

Dispositivi lineari (LD): Caratterizzati da un comportamento meccanico lineare o quasi-lineare, gli LD vengono utilizzati per ottimizzare le proprietà dinamiche strutturali. La loro minore non linearità e capacità di dissipazione dell'energia sono progettate per essere compatibili con la modellazione strutturale lineare, garantendo semplicità e precisione nell'analisi ingegneristica.

Dispositivi non lineari (NLD): Esibendo un forte comportamento non lineare, gli NLD migliorano le prestazioni dinamiche strutturali introducendo una significativa non linearità e/o dissipazione di energia. A causa della loro complessa risposta meccanica, devono essere completamente incorporati nella modellazione strutturale non lineare per garantire una progettazione sismica affidabile.

3. Requisiti chiave di prestazione e conformità

La clausola 6 specifica criteri di prestazione rigorosi da garantireDDDaffidabilità in condizioni sismiche:

Spostamento e resistenza al carico: DDDdeve resistere ai limiti di spostamento o di carico specificati (a seconda di quale dei due viene raggiunto per primo), con un fattore di sicurezza minimo ( ) di 1,1. Per i componenti integrati nei sistemi di isolamento, questi fattori vengono adeguati per allinearsi alla capacità di spostamento dei dispositivi di isolamento (fare riferimento alla clausola 8 della norma EN15129).

Curva di forza-spostamento:La curva non deve mostrare un andamento discendente quando lo spostamento o il carico raggiungono i limiti di progettazione specificati, garantendo una capacità portante stabile- durante gli eventi sismici.

Stabilità ciclica:La rigidità effettiva e lo smorzamento efficace diDDDdeve rimanere stabile attraverso i cicli. Per i cicli i Maggiori o uguali a 2, gli scostamenti dal 3° ciclo (punto di riferimento per una prestazione stabile) non devono superare il 10%.

Spostamento residuo:Nelle azioni sismiche dello stato limite di esercizio (SLS), lo spostamento residuo a forza zero deve essere ridotto al minimo (si consiglia pari al 5% dello spostamento di progetto o almeno a 10 mm, a seconda di quale sia maggiore), riducendo i danni strutturali post-terremoto e i costi di riparazione.

4. Requisiti relativi ai materiali e ai test

Materiali perDDDsono classificati in "materiali centrali" (fondamentali per le prestazioni sismiche cicliche) e "materiali strutturali" (per funzioni portanti-). I materiali principali come elastomeri, acciaio e leghe a memoria di forma (SMA) devono soddisfare rigorosi standard europei:

Elastomeri: gli elastomeri a basso-smorzamento e ad alto-smorzamento devono essere conformi ai requisiti delle Tabelle 10 e 11 della Clausola 8, rispettivamente, con forza di adesione verificata ai substrati.

Acciaio: deve essere conforme agli standard della serie EN 10025, EN 10083 o EN 10088, garantendo duttilità e resistenza alla fatica.

Materiali speciali (ad esempio SMA): devono soddisfare gli standard europei esistenti, con test aggiuntivi per le caratteristiche di trasformazione di fase, le prestazioni cicliche e l'adattabilità della temperatura.

I test rappresentano un elemento fondamentale della Clausola 6 e comprendono test del tipo di materiale, test del controllo della produzione in fabbrica (FPC), test del tipo di dispositivo e test pre-dell'installazione. Il test di tipo è richiesto quando sono presenti modifiche alla geometria del dispositivo, ai materiali o ai sistemi di connessione, mentre il test FPC (frequenza di campionamento maggiore o uguale al 2%) garantisce prestazioni costanti nella produzione di massa.

DDDi prodotti sono ampiamente utilizzati nell'ingegneria sismica europea e americana, con applicazioni distinte in base alle loro caratteristiche lineari o non lineari. Di seguito è riportato un riepilogo dei prodotti tradizionali, delle loro caratteristiche principali e dei casi d'uso tipici:

1. Dispositivi lineari (LD)

Gli LD sono ideali per progetti che richiedono una modellazione strutturale lineare, offrendo una regolazione stabile della rigidità con una dissipazione di energia non lineare minima. I tipi comuni includono:

Ammortizzatori lineari in metallo

Caratteristiche principali:Realizzati in acciaio al carbonio o acciaio a bassa-legatura, questi smorzatori mostrano un comportamento di spostamento della forza lineare quasi-ideale-senza fasi di snervamento significative. Si basano sulla deformazione elastica per regolare i periodi naturali strutturali, con deboli capacità di dissipazione dell'energia.

Applicazioni:Adatto per strutture a telaio di piccole e medie-dimensioni che richiedono l'ottimizzazione delle proprietà dinamiche con basse esigenze di dissipazione di energia aggiuntiva, come l'adeguamento sismico di edifici industriali esistenti.

Punti salienti della conformità: i materiali devono soddisfare gli standard EN 10025, con stabilità ciclica verificata tramite test di tipo.

LineareAmmortizzatori viscoelastici

Caratteristiche principali:Utilizzando elastomeri a basso-smorzamento (conformi alla Tabella 10 della clausola 8), questi ammortizzatori offrono caratteristiche di smorzamento quasi-lineari e una rigidità effettiva stabile. Combinano la regolazione della rigidità con una leggera dissipazione di energia, compatibile con la modellazione dinamica lineare.

Applicazioni:Ideale per facciate continue, fondazioni di apparecchiature e componenti ausiliari di regolazione della rigidità in edifici situati in zone sismiche moderate con condizioni di temperatura stabili.

Punti salienti della conformità:È necessario un test di taglio dinamico per verificare le prestazioni, con deviazioni dei parametri del materiale (dovute alla fornitura, alla temperatura, ecc.) che soddisfano i limiti nella Tabella 4 della clausola 6.

Carico-CuscinettoBretelle-trattenute (BRB)

Caratteristiche principali:Classificato comeDDDfornendo ulteriore smorzamento, questiBRBdare priorità alle caratteristiche di portanza e rigidità lineare-con debole dissipazione di energia. Il materiale del nucleo è acciaio ad alta-resistenza (EN 10083) e il manicotto impedisce la deformazione del nucleo per garantire capacità di tensione e compressione costanti.

Applicazioni:Sistemi resistenti alle forze laterali-in telai in acciaio-di molti piani e strutture spaziali-di grandi dimensioni, dove sono richieste sia la capacità di carico-che l'ottimizzazione delle proprietà dinamiche.

Punti salienti della conformità: le prove di tipo devono includere sistemi di connessione, con spostamento residuo conforme ai requisiti SLS.

2. Dispositivi non lineari (NLD)

I NLD sono fondamentali per le regioni ad alta-sismica-intensità, poiché sfruttano una forte nonlinearità per dissipare una quantità significativa di energia sismica. Richiedono una modellazione strutturale non lineare e sono disponibili in varie configurazioni:

Ammortizzatori di snervamento del metallo

Caratteristiche principali:Costruito in acciaio a basso-snervamento (ad es. LY100, LY160, LY225) con basso limite di snervamento ed elevata duttilità. La curva di forza-spostamento mostra un comportamento bilineare distinto, con rigidità post-snervamento stabile ed eccellente dissipazione dell'energia ciclica.

Sottotipi: Tipo-di taglio, tipo di-piegatura, Eammortizzatori a snervamento assiale-,adattabile a diversi spazi di installazione e requisiti di forza.

Applicazioni:Progettazione sismica di nuovi edifici e adeguamento di edifici esistenti, in particolare in zone ad alta-sismica-intensità per strutture a telaio e pareti a taglio.

Punti salienti della conformità:I materiali richiedono tensione monotona e test prestazionali ciclici. Dopo l'invecchiamento accelerato (14 giorni a 70 gradi), le variazioni prestazionali non devono superare il 20%.

Ammortizzatori a frizione

Caratteristiche principali: Dissipazione energeticasi ottiene attraverso lo scorrimento relativo tra le superfici di contatto, con una curva di forza-spostamento rettangolare (forte non linearità). Il coefficiente di attrito è stabile edissipazione di energiaè direttamente correlato all'ampiezza dello spostamento. Non fanno affidamento sulla resa del materiale, garantendo una lunga durata e una manutenzione minima.

Sottotipi: Tipo di piastra-, tipo cilindrico-, Eammortizzatori sferici ad attrito, adatto per requisiti di spostamento multi-direzionale.

Applicazioni:Ponti a-lunga campata, stadi-a campata ampia, grattacieli-grattacieli e altri progetti con richieste di grandi spostamenti. Ideale per scenari che richiedono una dissipazione energetica stabile a lungo-termine e una manutenzione ridotta, come le strutture ausiliarie delle centrali nucleari.

Punti salienti della conformità:Sono necessari test di attrito a lungo termine- per verificare la stabilità dell'usura. Il rapporto tra i limiti superiore e inferiore delle proprietà del materiale per i componenti metallici non deve superare 1,4.

Cilindrata-Smorzatori amplificati

Caratteristiche principali:Integrando meccanismi di amplificazione meccanica (ad esempio, levetta, forbice, ingranaggio), questi smorzatori amplificano piccoli spostamenti strutturali (3-4 volte) per miglioraredissipazione di energiaefficienza in scenari di piccola-deformazione, esibendo una forte nonlinearità.

Principio di funzionamento:I rinforzi a levetta, le capriate a forbice o i meccanismi a cremagliera-amplificano lo spostamento tra-piani, trasmettendo lo spostamento amplificato agli elementi di smorzamento interni (ad esempio, nuclei in acciaio a basso-snervamento, componenti di attrito) per ottenere "piccolo spostamento, grande dissipazione di energia".

Applicazioni:Strutture con piccola deformazione laterale, come strutture a parete a taglio, strutture tubolari e impianti industriali rigidi. Adatto anche per progetti che richiedono una sufficiente dissipazione di energia durante i terremoti minori.

Punti salienti della conformità: è necessario verificare la resistenza e la stabilità del meccanismo di amplificazione. Sono necessari test ciclici al 25%, 50% e 100% dello spostamento massimo.

Ammortizzatori in lega a memoria di forma (SMA).

Caratteristiche principali:Utilizzando leghe a memoria di forma (ad esempio le leghe Ni-Ti), questi smorzatori dissipano energia e raggiungono l'autocentramento-attraverso la trasformazione di fase (da martensite ad austenite). La curva forza{5}}spostamento mostra un comportamento isteretico non lineare con uno spostamento residuo minimo.

Principio di funzionamento:Durante i terremoti, i fili/barre SMA subiscono una deformazione plastica (trasformazione martensitica).dissipare energia. Dopo il-terremoto, il materiale ritorna automaticamente alla sua forma originale attraverso l'inversione di fase, riducendo significativamente lo spostamento residuo strutturale.

Applicazioni:Edifici storici (che richiedono danni post-terremoto minimi), fabbriche di attrezzature di precisione e giunti di dilatazione dei ponti. Ideale per progetti che danno priorità sia alla dissipazione di energia che alle capacità di autocentraggio-.

Punti salienti della conformità: sono necessari test per le caratteristiche di trasformazione di fase (DSC), rottura per trazione monotona e prestazioni cicliche, che coprano l'intervallo di temperature di servizio e le velocità di deformazione. I materiali devono soddisfare gli standard europei esistenti.

Allineamento standard:GarantireDDDi prodotti sono conformi sia alla clausola 6 della norma EN15129 che agli standard sismici locali (ad esempio, Eurocodice 8 in Europa, ASCE 7 negli Stati Uniti) per progetti transfrontalieri.

Compatibilità di modellazione:Seleziona LD per la modellazione strutturale lineare e NLD per la modellazione non lineare per garantire un'analisi accurata della risposta sismica.

Garanzia di qualità:Dai priorità ai prodotti con certificati di prova di tipo completi e rigorosi processi FPC per garantire la coerenza delle prestazioni nella produzione di massa.

Specificità dell'applicazione:Abbina i tipi DDD alle caratteristiche strutturali (ad esempio, domanda di spostamento, rigidità) e alle condizioni ambientali (ad esempio, temperatura, rischio di corrosione) per ottimizzare le prestazioni sismiche.