Published September 23, 2020 | Version v1
Publication Open

Vibration control in buildings under seismic excitation using optimized tuned mass dampers

Creators

  • 1. Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Description

Earthquakes can cause vibration problems in many types of structures, generating large displacements. The interstory drift is a design criterion very used in seismic analysis and the structural control is an alternative to reduce these displacements and improve the performance of these structures adapting them to the imposed criteria. TMD is a device widely used due to the simple principle of operation and many successful applications in real life practice. This paper investigates the use of optimized TMD for reduction of maximum horizontal displacement at the top floor and interstory drift of a steel building under seismic excitation considering three scenarios: single TMD at the top floor; MTMD horizontally arranged at the top floor; and MTMD vertically arranged on the structure. By a metaheuristic optimization algorithm, the parameters and positions of the devices are obtained. Three real and one artificial earthquakes are employed in the simulations. The results showed that all proposed scenarios are efficient in reducing top floor response and interstory drift to values below of the interstory drift limits allowed by the standard code consulted. However, Scenario 2 presented the best reduction for the top displacement and interstory drift to the critical floor for the worst earthquake considered.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يمكن أن تسبب الزلازل مشاكل اهتزاز في العديد من أنواع الهياكل، مما يؤدي إلى إزاحة كبيرة. الانجراف البيني هو معيار تصميم يستخدم بشكل كبير في التحليل الزلزالي والتحكم الهيكلي هو بديل للحد من هذه الإزاحات وتحسين أداء هذه الهياكل وتكييفها مع المعايير المفروضة. TMD هو جهاز يستخدم على نطاق واسع بسبب مبدأ التشغيل البسيط والعديد من التطبيقات الناجحة في ممارسة الحياة الحقيقية. تبحث هذه الورقة في استخدام TMD الأمثل لتقليل الإزاحة الأفقية القصوى في الطابق العلوي والانجراف بين الطوابق لمبنى فولاذي تحت الإثارة الزلزالية مع الأخذ في الاعتبار ثلاثة سيناريوهات: TMD واحد في الطابق العلوي ؛ MTMD مرتبة أفقيًا في الطابق العلوي ؛ و MTMD مرتبة رأسيًا على الهيكل. من خلال خوارزمية تحسين metaheuristic، يتم الحصول على معلمات ومواضع الأجهزة. يتم استخدام ثلاثة زلازل حقيقية وزلزال اصطناعي واحد في عمليات المحاكاة. أظهرت النتائج أن جميع السيناريوهات المقترحة فعالة في تقليل استجابة الطابق العلوي والانجراف بين الأقواس إلى قيم أقل من حدود الانجراف بين الأقواس المسموح بها بواسطة الكود القياسي الذي تمت استشارته. ومع ذلك، قدم السيناريو 2 أفضل تخفيض للنزوح العلوي والانجراف بين الطوابق إلى الطابق الحرج لأسوأ زلزال تم النظر فيه.

Translated Description (French)

Les tremblements de terre peuvent causer des problèmes de vibrations dans de nombreux types de structures, générant de grands déplacements. La dérive interstory est un critère de conception très utilisé en analyse sismique et le contrôle structurel est une alternative pour réduire ces déplacements et améliorer les performances de ces structures en les adaptant aux critères imposés. TMD est un dispositif largement utilisé en raison du principe simple de fonctionnement et de nombreuses applications réussies dans la pratique de la vie réelle. Cet article étudie l'utilisation de TMD optimisé pour la réduction du déplacement horizontal maximal à l'étage supérieur et de la dérive interétage d'un bâtiment en acier sous excitation sismique en considérant trois scénarios : TMD unique à l'étage supérieur ; MTMD disposé horizontalement à l'étage supérieur ; et MTMD disposé verticalement sur la structure. Par un algorithme d'optimisation métaheuristique, les paramètres et les positions des dispositifs sont obtenus. Trois tremblements de terre réels et un tremblement de terre artificiel sont utilisés dans les simulations. Les résultats ont montré que tous les scénarios proposés sont efficaces pour réduire la réponse de l'étage supérieur et la dérive interstory aux valeurs inférieures aux limites de dérive interstory autorisées par le code standard consulté. Cependant, le scénario 2 présentait la meilleure réduction pour le déplacement supérieur et la dérive entre les étages jusqu'au plancher critique pour le pire tremblement de terre considéré.

Translated Description (Spanish)

Los terremotos pueden causar problemas de vibración en muchos tipos de estructuras, generando grandes desplazamientos. La deriva entre plantas es un criterio de diseño muy utilizado en el análisis sísmico y el control estructural es una alternativa para reducir estos desplazamientos y mejorar el rendimiento de estas estructuras adaptándolas a los criterios impuestos. El TMD es un dispositivo ampliamente utilizado debido al simple principio de funcionamiento y a muchas aplicaciones exitosas en la práctica de la vida real. Este documento investiga el uso de TMD optimizado para la reducción del desplazamiento horizontal máximo en el piso superior y la deriva entre pisos de un edificio de acero bajo excitación sísmica considerando tres escenarios: TMD único en el piso superior; MTMD dispuesto horizontalmente en el piso superior; y MTMD dispuesto verticalmente en la estructura. Mediante un algoritmo de optimización metaheurística se obtienen los parámetros y posiciones de los dispositivos. En las simulaciones se emplean tres terremotos reales y uno artificial. Los resultados mostraron que todos los escenarios propuestos son eficientes para reducir la respuesta del piso superior y la deriva entre pisos a valores inferiores a los límites de deriva entre pisos permitidos por el código estándar consultado. Sin embargo, el Escenario 2 presentó la mejor reducción para el desplazamiento superior y la deriva entre pisos al piso crítico para el peor terremoto considerado.

Files

3114.pdf

Files (2.8 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:5bec8aaa961930975b2a0016c99334e7
2.8 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التحكم في الاهتزاز في المباني تحت الإثارة الزلزالية باستخدام مخمدات كتلة مضبوطة محسنة
Translated title (French)
Contrôle des vibrations dans les bâtiments sous excitation sismique à l'aide d'amortisseurs de masse réglés optimisés
Translated title (Spanish)
Control de vibraciones en edificios bajo excitación sísmica mediante amortiguadores de masa optimizados y sintonizados

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3082267124
DOI
10.3221/igf-esis.54.05

Is supplement to
https://openalex.org/W598184394 (Other)
https://openalex.org/W4312617418 (Other)
https://openalex.org/W4223455945 (Other)
https://openalex.org/W4205107551 (Other)
https://openalex.org/W2982339817 (Other)
https://openalex.org/W253625768 (Other)
https://openalex.org/W2328786084 (Other)
https://openalex.org/W2303479993 (Other)
https://openalex.org/W2094660272 (Other)
https://openalex.org/W2040277022 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W1523741643
  • https://openalex.org/W1580200118
  • https://openalex.org/W1976744965
  • https://openalex.org/W1993885071
  • https://openalex.org/W2006694777
  • https://openalex.org/W2024778470
  • https://openalex.org/W2036077432
  • https://openalex.org/W2043099482
  • https://openalex.org/W2050648563
  • https://openalex.org/W2054004307
  • https://openalex.org/W2060447606
  • https://openalex.org/W2076476251
  • https://openalex.org/W2107941094
  • https://openalex.org/W2130469370
  • https://openalex.org/W2171074980
  • https://openalex.org/W2267892991
  • https://openalex.org/W2287814884
  • https://openalex.org/W2290883490
  • https://openalex.org/W2408968851
  • https://openalex.org/W2508069944
  • https://openalex.org/W2543580944
  • https://openalex.org/W2556415540
  • https://openalex.org/W2560945099
  • https://openalex.org/W2741058359
  • https://openalex.org/W2794111508
  • https://openalex.org/W2864117378
  • https://openalex.org/W2901400069
  • https://openalex.org/W3143507600