Otimização estrutural e controle de vibrações através de amortecedores magneto-reológicos em edifícios altos submetidos à ação dinâmica do vento

Abstract

A importância da ação do vento nas estruturas, no contexto em que se busca a máxima esbeltez possível, aumenta de forma direta e proporcional à altura das edificações. Essas edificações cada vez mais altas e esbeltas, respeitados os critérios de segurança, objetivam sempre o custo mínimo. Nesse cenário se insere este trabalho, que teve como objetivo a aplicação de métodos de otimização estrutural combinados com o uso de amortecedores magneto-reológicos (MR) em edifícios altos submetidos à ação dinâmica do vento. A estrutura, idealizada em concreto, foi modelada usando o método dos elementos finitos e, a carga dinâmica do vento, através de um processo estocástico. A otimização da massa da estrutura foi realizada por meio do algoritmo Particle Swarm Optimization (PSO). Por fim, um conjunto de amortecedores MR (RD-1005-03, Lord Corporation), considerando o modelo reológico de Bouc-Wen modificado, com parâmetros obtidos experimentalmente, foi aplicado na estrutura. Os resultados mostraram que a otimização estrutural aliada ao controle produzido pelos amortecedores MR foi capaz de reduzir a resposta, demonstrando que estruturas que combinam técnicas de otimização e controle semiativo em sua concepção, são uma alternativa promissora.

The importance of the wind action in structures, in a context in which the maximum possible slenderness is desired, increases directly and proportionally to the height of the buildings. Those tall and slender buildings, respecting safety criteria, always aim at the minimum cost. This work is part of that scenario, which aimed to apply structural optimization methods combined with the use of Magneto-rheological (MR) dampers in tall buildings under dynamic wind load. The structure, idealized in concrete, was modeled using the finite element method and, the dynamic wind load, through a stochastic process. The optimization of the structure's mass was performed using the Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm. Finally, a set of MR dampers (RD- 1005-03, Lord Corporation), considering the modified Bouc-Wen rheological model with parameters obtained experimentally was applied in the structure. The results showed that the structural optimization combined with the control produced by the MR dampers was able to reduce the response, demonstrating that structures which combine optimization techniques and semi-active control in their design, are a promising alternative.