Otimização de absorvedores dinâmicos de vibração inerter para o controle de vibrações de edifícios submetidos à demanda sísmica

Abstract

O projeto ótimo do absorvedor dinâmico de vibração conhecido como TMD (Tuned Mass Damper) pode exigir quantidades consideráveis de massa, assim, com o propósito de melhorar o desempenho do TMD em estruturas de edifícios sujeitos à demanda sísmica, o inerter é uma alternativa que possibilita reduzir a massa do TMD. Este dispositivo é implementado no absorvedor dinâmico de vibração TMDI (Tuned Mass Damper Inerter) e no TID (Tuned Inerter Damper), no qual é explorado o aparente efeito de amplificação da massa do inerter para melhorar o controle de vibração comparado à resposta sem controle e com o TMD clássico implementado. Os algoritmos de otimização meta-heurísticos Grey Wolf Optimization (GWO), Salp Swarm Algorithm (SSA) e Circle-Inspired Optimization Algorithm (CIOA) são utilizados para resolver o problema de ajuste dos dispositivos de controle aplicados a três edifícios com diferentes propriedades dinâmicas na situação de ressonância gerada pela demanda sísmica artificial no qual a mitigação da resposta sísmica é realizada através da minimização do critério de desempenho referente aos deslocamentos relativos entre pavimentos consecutivos (storydrift). Por conseguinte, os parâmetros ótimos encontrados são avaliados nas estruturas submetidas à seis sismos naturais registrados com diferentes características, incluindo efeitos de falha distante e falha próxima. Por fim, foi concluído que a inclusão do inerter pode ser uma alternativa atrativa quanto à mitigação das respostas das dinâmicas. No entanto, é importante ressaltar que embora para demanda sísmica artificial o dispositivo inerter melhorou a resposta das três estruturas em termos de story-drift, por sua vez, em alguns cenários dos sismos naturais o inerter pode intensificar ainda mais a resposta dinâmica.

The optimal design of the dynamic vibration absorbers known as TMD (Tuned Mass Damper) may require considerable amounts of mass, thus, for the purpose of improving the performance of TMD in building structures subjected to seismic demand, inerter is an alternative that allows to reduce the mass of the TMD. This device is implemented in the dynamic vibration absorber TMDI (Tuned Mass Damper Inerter) and TID (Tuned Inerter Damper), in which the apparent mass amplification effect of the inert to improve vibration control is exploited. The Grey Wolf Optimization (GWO), Salp Swarm Algorithm (SSA) and Circle-Inspired Optimization Algorithm (CIOA) meta-heuristic optimization algorithms are used to solve the tuning problem of the control devices applied to three buildings with different dynamic properties in the resonance situation generated by artificial seismic demand in which the mitigation of the seismic response is performed by minimizing the performance criterion regarding the relative displacements between consecutive floors (story-drift). Consequently, the optimal parameters found are evaluated on structures subjected to six recorded natural earthquakes with different characteristics, including distant fault and near fault effects. Finally, it was concluded that the inclusion of the inerter can be an attractive alternative regarding the mitigation of the dynamic responses. However, it is important to note that although for artificial seismic demand the inerter device improved the story-drift response of the three structures, in turn, in some natural earthquake scenarios the inerter device may further intensify the dynamic response.