Mehrdirektionales Isolationssystem mit negativer Steifigkeit bietet verbesserten Erdbebenschutz

Erdbebenisolierung ist entscheidend, um Gebäude vor Erdbebenschäden zu schützen. Traditionelle Systeme sind zwar wirksam, haben jedoch Probleme mit multidirektionalen Kräften und ausreichender Dämpfung. Diese Herausforderungen unterstreichen den Bedarf an innovativen Lösungen, die einen verbesserten Schutz vor der komplexen Dynamik seismischer Aktivitäten bieten. Um diese Probleme anzugehen, ist eine eingehende Forschung zu fortschrittlichen Technologien zur Erdbebenisolierung erforderlich.

Ein Forschungsteam der Universitäten Chongqing und Sapienza in Rom hat ein hochmodernes Gerät mit negativer Steifigkeit zur seismischen Isolierung vorgestellt, das in einem Bericht aus dem Jahr 2024 beschrieben wird. Veröffentlichung im Internationale Zeitschrift für mechanische Systemdynamik. Die Studie untersucht die nichtlineare Reaktion dieses multidirektionalen Geräts mit negativer Steifigkeit, das die scheinbare Steifigkeit unterstützter Strukturen verändert und so ihre Widerstandsfähigkeit gegen seismische Kräfte verbessert.

Das innovative Design des Geräts mit negativer Steifigkeit verbessert den Erdbebenschutz, indem es eine multidirektionale negative Steifigkeit und Energieableitung bietet. Es verfügt über eine untere Basis, eine obere Kappe, eine Verbindungsstange, vertikale bewegliche Wände und eine vorkomprimierte elastische Feder, integriert mit kreisförmig angeordneten Seilen und geneigten Drähten aus Formgedächtnislegierung (SMA). Diese Konfiguration reduziert seismische Kräfte, indem sie die Beschleunigung und die auf die Überstruktur übertragenen Kräfte begrenzt.

Mithilfe eines zweistufigen semi-rekursiven Mehrkörper-Dynamikmodellierungsansatzes optimierte die Forschung das Design des Geräts mit negativer Steifigkeit durch umfangreiche parametrische Studien. Die Ergebnisse zeigen, dass Anpassungen der Stablänge, der Drahtneigung und der Vorkompressionskraft die Leistung stark beeinflussen und wichtige Erkenntnisse für zukünftige Anwendungen zur Erdbebenisolierung liefern. Dieses Gerät mit negativer Steifigkeit stellt eine vielversprechende Lösung zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit von Gebäuden in erdbebengefährdeten Gebieten dar.

Professor Giuseppe Quaranta, einer der Hauptautoren der Studie, kommentierte: „Dieses Gerät mit negativer Steifigkeit stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Erdbebenschutztechnologie dar. Seine Fähigkeit, sich an seismische Kräfte anzupassen, bietet eine robuste Lösung für den Schutz von Gebäuden in erdbebengefährdeten Regionen und bringt unsere Bemühungen um eine widerstandsfähige Infrastruktur voran.“

Dieses innovative Gerät mit negativer Steifigkeit bietet großes Potenzial für die Erdbebenisolierung in verschiedenen Strukturen, insbesondere in Gebieten mit hohem Erdbebenrisiko. Seine Fähigkeit, multidirektionalen Schutz und verbesserte Dämpfung ohne externe Energie zu bieten, macht es zu einer wertvollen Ergänzung bestehender Erdbebensicherheitsstrategien. Zukünftige Forschung wird sich auf die praktische Umsetzung und Integration dieser Technologie in aktuelle Gebäudeentwürfe konzentrieren, um die Erdbebensicherheit weiter zu verbessern.