Evaluación de la respuesta estructural de un edificio prototipo sometido a cargas sísmicas utilizando múltiples amortiguadores de masa activo

Abstract

El uso de sistemas de control estructural para resguardar la integridad de una estructura y la seguridad de sus ocupantes es fundamental en aquellas edificaciones localizadas en zonas de alto riesgo sísmico. Dentro de estos sistemas de control se encuentran los amortiguadores de masa activo o AMD, los cuales cuentan con la particularidad de poder ser sintonizados para una amplia gama de frecuencias y de adaptarse a situaciones cambiantes en tiempo real. Múltiples estudios se han realizado para estudiar la eficacia del uso de 1 AMD instalado en el último piso de múltiples edificios alrededor del mundo y, al mismo tiempo, se ha estudiado la eficiencia del uso de 2 AMDs instalados en distintos pisos de distintas edificaciones. Ante eso, surge la siguiente duda: ¿cuál es la opción más efectiva para reducir las respuestas de una estructura cuando esta está sometida a múltiples frecuencias de vibración? ¿será el uso de un AMD “grande” posicionado en el último piso del edificio? ¿o el uso de múltiples AMDs de menor tamaño, pero posicionados de manera estratégica? En el siguiente trabajo se busca responder esa interrogante modelando tres edificios benchmark reales en MATLAB, junto a un amortiguador de masa sintonizado (TMD) y 2 amortiguadores de masa activo distintos, uno “grande” y dos pequeños. Se analiza la respuesta de estas tres estructuras usando los tres mecanismos de control estructural distintos al ser sometidas a 2 registros sísmicos con el programa Simulink. Finalmente, se comparan los resultados obtenidos de la simulación para ver cual es el método más efectivo para reducir las respuestas en los edificios. The use of structural control systems to safeguard the integrity of a structure and the safety of its occupants is fundamental in buildings located in high seismic risk zones. Among these control systems are active mass dampers (AMD), which have the particularity of being tunable for a wide range of frequencies and adapting to changing situations in real time. Multiple studies have been carried out to examine the effectiveness of using a single AMD installed on the top floor of various buildings around the world, and, at the same time, the efficiency of using 2 AMDs installed on different floors of different buildings has also been studied. Given this, the following question arises: what is the most effective option to reduce the responses of a structure when it is subjected to multiple vibration frequencies? Is it the use of a "large" AMD positioned on the top floor of the building? Or the use of multiple smaller AMDs, but strategically positioned? This work seeks to answer that question by modeling three real benchmark buildings in MATLAB, along with a tuned mass damper (TMD) and 2 different active mass dampers, a "large" one and two small ones. The response of these three structures is analyzed using the three different structural control mechanisms when subjected to 2 seismic records using the Simulink program. Finally, the results obtained from the simulation are compared to determine which method is the most effective in reducing the responses in the buildings.