Otimização de sistemas de controle de vibração para estruturas submetidas a excitações sísmicas

Abstract

Os terremotos causam vibrações no solo que podem danificar gravemente as estruturas e, às vezes, até levar ao seu colapso. Nesse cenário, o controle estrutural é uma ferramenta capaz de reduzir as amplitudes de vibração da estrutura. Em particular, o sistema de controle passivo por meio de Atenuador Dinâmico Sincronizado (ADS) é uma técnica bastante utilizada. O objetivo deste trabalho é criar um código Matlab capaz de otimizar a quantidade desses dispositivos, seu posicionamento e seus parâmetros para reduzir o deslocamento máximo dos andares. Para isso, estuda-se um edifício submetido a um registro da aceleração de um sismo real e un sismo artificial gerado segundo o espectro de Kanai-Tajimi com frequência principal de excitação coincidente com a frequência do primeiro modo fundamental do edifício. Vários cenários de controle foram propostos para realizar as otimizações, utilizando o algoritmo meta-heurístico Whale Optimization Algorithm (WOA). O cenário que mais reduziu a movimentação do último andar foi a utilização de 10 ADSs, um em cada andar. Mas o uso de um único ADS também tem resultados relevantes e seu uso seria mais econômico do que o de 10 ADSs.

Earthquakes cause ground vibrations that can severely damage structures and sometimes even lead to their collapse. In this scenario, structural control is a tool capable of reducing the structure's vibration amplitudes. In particular, the passive control system through Synchronized Dynamic Attenuator (ADS) is a widely used technique. The objective of this work is to create a Matlab code capable of optimizing the quantity of these devices, their positioning and their parameters in order to reduce the maximum displacement of the floors. For this, a building submitted to a register of the acceleration of a real earthquake and an artificial earthquake gerated according to the Kanai-Tajimi spectrum with excitation principal frequency coincident with the frequency of the building's first fundamental mode is studied. Several control scenarios were proposed to perform the optimizations, using the meta-heuristic Whale Optimization Algorithm (WOA). The scenario that most reduced the movement of the top floor was the use of 10 ADSs on each floor. However the use of a single ADS also has relevant results and its use would be more economical than that of 10 ADS.