15-EN15129 Clausule 6: Displacement Dependent Devices (DDD) – Normen en typische producten

1. Reikwijdte en definitie

Artikel 6 regelt twee hoofdcategorieënDDD: lineaire apparaten (LD) en niet-lineaire apparaten (NLD). Een belangrijk bepalend kenmerk vanDDDis dat ze geen verticale belastingen dragen. Aanvullend,knikken-vastgezette beugels(BRB's) die voor extra demping binnen constructies zorgen, worden expliciet geclassificeerd alsDDD. Aanvullende technische informatie overDDDis beschikbaar in bijlage D van EN15129.

Deze apparaten zijn uitsluitend bedoeld voor constructies in seismische gebieden die voldoen aan de EN 1998-serie, met als primair doel het vergroten van de structurele veerkracht door dynamisch gedrag te reguleren en seismische energie te dissiperen, waardoor ze synergetisch werken met het algehele seismische beschermingssysteem.

2. Classificatie vanDDD

Lineaire apparaten (LD): Gekenmerkt door lineair of quasi-lineair mechanisch gedrag, worden LD's gebruikt om structurele dynamische eigenschappen te optimaliseren. Hun kleine niet-lineariteits- en energiedissipatiemogelijkheden zijn ontworpen om compatibel te zijn met lineaire structurele modellering, waardoor eenvoud en nauwkeurigheid bij technische analyses worden gegarandeerd.

Niet-lineaire apparaten (NLD): NLD's vertonen sterk niet-lineair gedrag en verbeteren de structurele dynamische prestaties door aanzienlijke niet-lineariteit en/of energiedissipatie te introduceren. Vanwege hun complexe mechanische respons moeten ze volledig worden opgenomen in niet-lineaire structurele modellering om een ​​betrouwbaar seismisch ontwerp te garanderen.

3. Belangrijke prestatie- en nalevingsvereisten

Artikel 6 specificeert strenge prestatiecriteria die moeten worden gegarandeerdDDDbetrouwbaarheid onder seismische omstandigheden:

Verplaatsing en belastingsweerstand: DDDmoet bestand zijn tegen gespecificeerde verplaatsings- of belastingslimieten (welke het eerst wordt bereikt), met een minimale veiligheidsfactor ( ) van 1,1. Voor componenten die in isolatiesystemen zijn geïntegreerd, worden deze factoren aangepast om in lijn te zijn met de verplaatsingscapaciteit van isolatieapparatuur (zie clausule 8 van EN15129).

Forceer-verplaatsingscurve:De curve mag geen dalende trend vertonen wanneer de verplaatsing of belasting de gespecificeerde ontwerplimieten bereikt, zodat een stabiel draagvermogen- tijdens seismische gebeurtenissen wordt gegarandeerd.

Cyclische stabiliteit:De effectieve stijfheid en effectieve demping vanDDDmoet stabiel blijven over de cycli heen. Voor cycli i Groter dan of gelijk aan 2 mogen afwijkingen van de 3e cyclus (een referentiepunt voor stabiele prestaties) niet groter zijn dan 10%.

Resterende verplaatsing:Bij seismische acties in de serviceability limit state (SLS) moet de restverplaatsing met nul{0}}kracht worden geminimaliseerd (aanbevolen is 5% van de ontwerpverplaatsing of ten minste 10 mm, welke van de twee het grootst is), waardoor de structurele schade en reparatiekosten na-aardbevingen worden verminderd.

4. Materiaal- en testvereisten

Materialen voorDDDworden onderverdeeld in 'kernmaterialen' (cruciaal voor cyclische seismische prestaties) en 'structurele materialen' (voor last-dragende functies). Kernmaterialen zoals elastomeren, staal en vormgeheugenlegeringen (SMA) moeten voldoen aan strenge Europese normen:

Elastomeren: Elastomeren met lage-demping en hoge-demping moeten voldoen aan de vereisten in respectievelijk Tabellen 10 en 11 van Hoofdstuk 8, met geverifieerde hechtsterkte aan substraten.

Staal: Moet voldoen aan de normen van de series EN 10025, EN 10083 of EN 10088, waardoor ductiliteit en weerstand tegen vermoeidheid worden gegarandeerd.

Speciale materialen (bijv. SMA): Moeten voldoen aan bestaande Europese normen, met aanvullende tests voor fasetransformatie-eigenschappen, cyclische prestaties en temperatuuraanpassingsvermogen.

Testen is een hoeksteen van artikel 6, inclusief testen van materiaaltypes, testen van fabrieksproductiecontrole (FPC), testen van apparaattypes en testen vóór- de installatie. Typetesten zijn vereist als er wijzigingen optreden in de geometrie, materialen of verbindingssystemen van apparaten, terwijl FPC-testen (bemonsteringssnelheid groter dan of gelijk aan 2%) consistente prestaties bij massaproductie garanderen.

DDDproducten worden veel gebruikt in de Europese en Amerikaanse seismische techniek, met verschillende toepassingen op basis van hun lineaire of niet-lineaire kenmerken. Hieronder vindt u een samenvatting van reguliere producten, hun kernfuncties en typische gebruiksscenario's:

1. Lineaire apparaten (LD)

LD's zijn ideaal voor projecten die lineaire structurele modellering vereisen, en bieden een stabiele stijfheidsaanpassing met minimale niet-lineaire energiedissipatie. Veel voorkomende typen zijn onder meer:

Lineaire metalen dempers

Kernfuncties:Deze dempers zijn vervaardigd uit koolstofstaal of laag{0}}gelegeerd staal en vertonen een vrijwel-ideaal lineair kracht-verplaatsingsgedrag zonder significante vloeitrappen. Ze vertrouwen op elastische vervorming om structurele natuurlijke perioden aan te passen, met zwakke energiedissipatiemogelijkheden.

Toepassingen:Geschikt voor kleine tot middelgrote- frameconstructies die dynamische vastgoedoptimalisatie vereisen met lage extra energiedissipatiebehoeften, zoals seismische renovatie van bestaande industriële gebouwen.

Hoogtepunten van naleving: Materialen moeten voldoen aan de EN 10025-normen, waarbij de cyclische stabiliteit moet worden geverifieerd door middel van typetests.

LineairVisco-elastische dempers

Kernfuncties:Deze dempers maken gebruik van laag{0}}dempende elastomeren (conform tabel 10 van clausule 8) en bieden quasi-lineaire dempingseigenschappen en een stabiele effectieve stijfheid. Ze combineren stijfheidsaanpassing met milde energiedissipatie, compatibel met lineaire dynamische modellering.

Toepassingen:Ideaal voor vliesgevels, funderingen van apparatuur en componenten voor het aanpassen van de stijfheid in gebouwen in gematigde seismische zones met stabiele temperatuuromstandigheden.

Hoogtepunten op het gebied van naleving:Dynamische afschuiftesten zijn vereist om de prestaties te verifiëren, waarbij afwijkingen van de materiaalparameters (als gevolg van toevoer, temperatuur, etc.) voldoen aan de limieten in Tabel 4 van Hoofdstuk 6.

Belasting-LadingKnik-Beveiligde beugels (BRB's)

Kernfuncties:Geclassificeerd alsDDDzorgen voor extra dempingBRB'sgeef prioriteit aan lineaire belasting-lager- en stijfheidskenmerken met een zwakke energiedissipatie. Het kernmateriaal is hoog-staal (EN 10083) en de huls voorkomt knikken van de kern om een ​​consistente spannings- en compressiecapaciteit te garanderen.

Toepassingen:Laterale kracht-systemen in hoge- stalen frames en grote- ruimtelijke constructies, waarbij zowel draagvermogen- als dynamische eigenschappenoptimalisatie vereist zijn.

Hoogtepunten van naleving: Typetests moeten verbindingssystemen omvatten, waarbij de resterende waterverplaatsing voldoet aan de SLS-vereisten.

2. Niet-lineaire apparaten (NLD)

NLD's zijn van cruciaal belang voor regio's met hoge{0}}seismische-intensiteit, waarbij gebruik wordt gemaakt van sterke niet-lineariteit om aanzienlijke seismische energie te verdrijven. Ze vereisen niet-lineaire structurele modellering en zijn verkrijgbaar in verschillende configuraties:

Metaalopbrengstdempers

Kernfuncties:Gemaakt van staal met een lage- vloeigrens (bijv. LY100, LY160, LY225) met een lage vloeigrens en hoge ductiliteit. De krachtverplaatsingscurve vertoont duidelijk bilineair gedrag, met stabiele post-rekstijfheid en uitstekende cyclische energiedissipatie.

Subtypen: Afschuiving-type, buigtype-, Enaxiale-meegevende dempers,aanpasbaar aan verschillende installatieruimtes en krachtvereisten.

Toepassingen:Seismisch ontwerp van nieuwe gebouwen en renovatie van bestaande gebouwen, met name in zones met hoge-seismische-intensiteit voor frame- en schuifwandconstructies.

Hoogtepunten op het gebied van naleving:Materialen vereisen monotone spannings- en cyclische prestatietests. Na versnelde veroudering (14 dagen bij 70 graden) mogen de prestatieveranderingen niet groter zijn dan 20%.

Wrijvingsdempers

Kernfuncties: Energiedissipatiewordt bereikt door relatief glijden tussen contactoppervlakken, met een rechthoekige hysteretische kracht-verplaatsingscurve (sterke niet-lineariteit). De wrijvingscoëfficiënt is stabiel, enenergie dissipatieis direct gerelateerd aan de verplaatsingsamplitude. Ze zijn niet afhankelijk van materiaalopbrengst en garanderen een lange levensduur en minimaal onderhoud.

Subtypen: Plaat-type, cilindrisch-type, Ensferische wrijvingsdempers, geschikt voor verplaatsingsvereisten in meerdere-directionele richtingen.

Toepassingen:Bruggen met grote- overspanningen, stadions met grote- overspanningen, hoog-gebouwen en andere projecten met grote verplaatsingsvereisten. Ideaal voor scenario's die stabiele energiedissipatie op lange termijn en weinig onderhoud vereisen, zoals hulpfaciliteiten voor kerncentrales.

Hoogtepunten op het gebied van naleving:Er zijn wrijvingstests op lange- termijn vereist om de slijtagestabiliteit te verifiëren. De verhouding tussen de boven- en ondergrenzen van de materiaaleigenschappen voor metalen componenten mag niet groter zijn dan 1,4.

Cilinderinhoud-Versterkte dempers

Kernfuncties:Door mechanische versterkingsmechanismen (bijv. toggle, schaar, versnelling) te integreren, versterken deze dempers kleine structurele verplaatsingen (3-4 keer) om deenergie dissipatieefficiëntie in kleine-vervormingsscenario's, die een sterke niet-lineariteit vertonen.

Werkingsprincipe:Knevelbeugels, schaarspanten of tandheugelmechanismen versterken de verplaatsing tussen- verdiepingen, waarbij de versterkte verplaatsing wordt overgebracht naar interne dempingselementen (bijvoorbeeld stalen kernen met lage- vloeigrens, wrijvingscomponenten) om "kleine verplaatsing, grote energiedissipatie" te bereiken.

Toepassingen:Constructies met kleine laterale vervorming, zoals schuifwandconstructies, buisconstructies en stijve industriële installaties. Ook geschikt voor projecten die voldoende energiedissipatie vereisen tijdens kleine aardbevingen.

Hoogtepunten van naleving: De sterkte en stabiliteit van het versterkingsmechanisme moeten worden geverifieerd. Cyclisch testen bij 25%, 50% en 100% van de maximale cilinderinhoud is vereist.

Vormgeheugenlegering (SMA) dempers

Kernfuncties:Door gebruik te maken van legeringen met vormgeheugen (bijvoorbeeld Ni-Ti-legeringen) dissiperen deze dempers energie en bereiken ze zelfcentrering- door middel van fasetransformatie (martensiet naar austeniet). De krachtverplaatsingscurve{5}} vertoont niet-lineair hysteretisch gedrag met minimale resterende verplaatsing.

Werkingsprincipe:Tijdens aardbevingen ondergaan SMA-draden/staven plastische vervorming (martensitische transformatie).energie verdrijven. Na-een aardbeving keert het materiaal automatisch terug naar zijn oorspronkelijke vorm door middel van fase-omkering, waardoor de structurele restverplaatsing aanzienlijk wordt verminderd.

Toepassingen:Historische gebouwen (die minimale schade na-aardbevingen vereisen), fabrieken voor precisieapparatuur en dilatatievoegen van bruggen. Ideaal voor projecten waarbij prioriteit wordt gegeven aan zowel energiedissipatie als zelfcentrerende mogelijkheden.

Hoogtepunten van naleving: Testen op fasetransformatiekarakteristieken (DSC), monotone trekbreuk en cyclische prestaties zijn vereist, waarbij het bedrijfstemperatuurbereik en de reksnelheden worden gedekt. Materialen moeten voldoen aan bestaande Europese normen.

Standaarduitlijning:Ervoor zorgenDDDproducten voldoen aan zowel EN15129 Clausule 6 als lokale seismische normen (bijvoorbeeld Eurocode 8 in Europa, ASCE 7 in de Verenigde Staten) voor grensoverschrijdende projecten.

Modelleringscompatibiliteit:Selecteer LD's voor lineaire structurele modellering en NLD's voor niet-lineaire modellering om nauwkeurige seismische responsanalyse te garanderen.

Kwaliteitsborging:Geef prioriteit aan producten met volledige typetestcertificaten en strikte FPC-processen om prestatieconsistentie bij massaproductie te garanderen.

Toepassingsspecificiteit:Match DDD-types met structurele kenmerken (bijv. verplaatsingsvraag, stijfheid) en omgevingsomstandigheden (bijv. temperatuur, corrosierisico) om de seismische prestaties te optimaliseren.