Otimização de amortecedores por atrito em estruturas submetidas a excitações sísmicas

Abstract

Sistemas de controle para a redução da resposta dinâmica de estruturas submetidas a excitações sísmicas já são amplamente utilizados. Uma classe de sistemas de controle que se destaca é a dos amortecedores por atrito. Esses dispositivos passivos de dissipação de energia são mais simples e baratos quando comparados a dispositivos ativos, amortecedores viscosos ou amortecedores de massas sintonizadas. Apesar de seus benefícios, a modelagem de seu comportamento dinâmico não é simples e ainda são restritos os estudos sobre a otimização de amortecedores por atrito em estruturas. O principal objetivo deste trabalho é avaliar o processo de otimização da posição e capacidades de amortecedores aplicados a estruturas submetidas a excitações sísmicas. Para tal, é feita a utilização conjunta do método de Newmark para resolução da equação do movimento e de um algoritmo de otimização meta-heurístico recentemente publicado. A análise é feita por meio da otimização de uma estrutura considerando o caso de uma excitação definida e o caso de um conjunto aleatório de excitações. Os resultados indicam que o método utilizado é capaz de reduzir a resposta dinâmica da estrutura analisada em até 74 % para a excitação definida e até 76 % para o conjunto de excitações aleatórias. A análise estatística dos resultados demonstra que o método utilizado é capaz determinar de forma consistente a configuração ótima dos dispositivos de controle.

Control systems for dynamic response reduction of structures subjected to seismic loads are already widely applied. One category of control systems that stands out is the friction dampers category. These energy dissipation devices are simpler and cheaper when comparing to the active devices, viscous dampers or tuned mass dampers. Despite its benefits, the modelling of its dynamic behavior is not simple and there are still few studies about friction dampers for structural optimization. The main objective of this project is to evaluate the optimization process for both position and capacity of friction dampers applied to structures subjected to seismic loads. For such purpose, it is performed the combined utilization of the Newmark method for the equation of motion solving and a meta-heuristic optimization algorithm recently published. The analysis is carried out by performing a structural optimization process considering a case of defined seismic load and a case of random set of seismic loads. The results indicate that the method used is capable of reduce the dynamic response of the analyzed structure up to 74 % for the defined seismic load and up to 76 % for the set of random seismic loads. The statistical analysis of the results show that the method used is capable of determine consistently the best configuration of the control devices.