Selezione dei parametri del sistema di isolamento sismico per il vicino

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 14734 (2022) Citare questo articolo

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I vantaggi dell’isolamento sismico sono molteplici. Le strutture isolate dal terreno hanno prestazioni sismiche migliori rispetto a quelle che non lo sono. Subiscono accelerazioni e derive del pavimento ridotte e hanno meno probabilità di subire danni agli elementi strutturali. Inoltre, il loro contenuto è meglio protetto dagli effetti dei terremoti. La selezione e la progettazione dei dispositivi di isolamento sismico sono complesse e richiedono una buona comprensione di come si comportano durante i terremoti. Questo studio indaga l'effetto di vari parametri del sistema di isolamento e delle caratteristiche del moto del suolo sulla risposta sismica di strutture isolate alla base al fine di sviluppare procedure razionali per la progettazione e l'analisi. Inoltre, lo studio indaga il problema della progettazione ottimale dei sistemi di isolamento sismico attraverso l'analisi dinamica parametrica non lineare. I risultati hanno mostrato che il taglio e lo spostamento massimo della base erano sensibili alla velocità e che la velocità di picco del suolo controlla il movimento. Il taglio massimo alla base più grande si è verificato quando si utilizzavano sistemi di isolamento con livelli di carico di snervamento elevati e bassi gradi di non linearità, mentre il taglio alla base massimo più piccolo si è verificato quando si utilizzavano livelli di carico di snervamento bassi e gradi elevati di non linearità. I risultati dello studio possono essere utilizzati per selezionare i dispositivi di isolamento appropriati e progettarli correttamente per ottenere i vantaggi che offrono.

Gli hardware aggiuntivi di protezione strutturale sviluppati per proteggere le strutture soggette a terremoti1,2 sono raggruppati in tre ampie aree: isolamento della base, dissipazione energetica passiva e controllo attivo. I dispositivi di controllo passivo sono stati utilizzati con successo per ridurre la risposta dinamica di strutture soggette a forti terremoti; il loro primo utilizzo è iniziato a partire dagli anni '70. I dispositivi di dissipazione dell'energia possono essere classificati in tre categorie3: smorzatori viscosi e viscoelastici, smorzatori metallici e smorzatori ad attrito.

L'isolamento sismico è una tecnica relativamente nuova di progettazione sismica-resistente di edifici, strutture di ponti e centrali nucleari4. Tuttavia, l'idea dell'isolamento dalle vibrazioni esisteva dall'inizio del \(20^{esimo}\) secolo; dopo diverse fasi e sviluppi, in particolare negli ultimi 30 anni, questa tecnica è diventata una realtà pratica con l'invenzione di diversi dispositivi di isolamento sismico.

Il principio dell'isolamento sismico è quello di fornire discontinuità tra due corpi in contatto in modo che il movimento di uno dei due corpi nella direzione della discontinuità non possa essere completamente trasmesso; ciò si traduce in una significativa riduzione dell'accelerazione del pavimento e degli spostamenti di interpiano. Quindi, proteggendo i preziosi contenuti e componenti dell'edificio. Per la sua grande performance, negli USA, in Giappone, Italia e Nuova Zelanda. La tecnica dell'isolamento sismico è ormai avanzata al punto da essere spesso presa in considerazione per la protezione sia di edifici nuovi che esistenti5.

Gli edifici contemporanei contengono apparecchiature e contenuti molto costosi che devono essere protetti dai terremoti ed essere operativi dopo un grave scuotimento del terreno; tali edifici sono quelli destinati alla ricerca, all'assistenza sanitaria, alle telecomunicazioni, alle centrali nucleari, ecc. Gli edifici costruiti seguendo le vecchie norme sismiche, con approcci progettuali resistenti convenzionali come pareti a taglio, telai controventati e telai resistenti a momento, non possono proteggere i beni di valore. attrezzature che contengono questi edifici.

L'isolamento sismico non è inteso a migliorare la capacità di un edificio ma è piuttosto considerato un mezzo per ridurre la domanda sismica sulla struttura.

La maggior parte degli edifici e dei ponti esistenti utilizzano cuscinetti elastomerici, dove l'elastomero è gomma naturale o neoprene o cuscinetti scorrevoli, con la superficie scorrevole in teflon e acciaio inossidabile. Pertanto, i sistemi di isolamento possono essere suddivisi in due categorie; alla prima categoria appartiene la famiglia degli appoggi elastomerici6,7, nella quale troviamo il sistema di cuscinetti in gomma ad alto smorzamento (HDRB), il sistema di cuscinetti in gomma al piombo (LRB) ed altri sistemi. La seconda categoria comprende la famiglia dei cuscinetti radenti, in cui troviamo, tra gli altri, il sistema a pendolo di attrito (FPS)8 e il cuscinetto radente9 con e senza sistema senza ricentramento (SI).