Optimización del diseño de estructuras conformadas por pórticos de acero resistentes a momentos y amortiguadores de masa sintonizada (TMD)

Palabras clave: algoritmo de evolución diferencial, amortiguadores de masa sintonizada, optimización estructural, pórticos de acero resistentes a momento, sistemas de protección sísmica

Resumen

Las metodologías convencionales de diseño de estructuras sismo-resistentes se basan en el diseño de resistencia, rigidez y ductilidad de la estructura en el rango inelástico. Recientes avances en el área, buscan generar nuevas metodologías basadas en la disipación de energía del sismo mediante dispositivos externos. Lo anterior con el fin de disminuir los daños que se puedan presentar en los elementos estructurales después de la ocurrencia de un sismo. En este artículo, se propone una metodología para la optimización del diseño de pórticos de acero resistentes a momentos, equipados con amortiguadores de masa sintonizada. El objetivo es disminuir las deformaciones, los daños estructurales, los no estructurales y el costo de la estructura.

En el proceso de optimización se utilizó una heurística basada en la teoría de la evolución de una población y denominada algoritmo de evolución diferencial. Se modificó adicionando dos características para mejorar su funcionamiento. En primera instancia, se le generó una autoadaptación de los parámetros de mutación y cruzamiento. Por otra parte, se le dio características multimodales para ayudar al algoritmo a encontrar el óptimo global. Finalmente, utilizando la metodología de optimización en los diversos casos de estudio, se pudo observar que la calidad de la solución y la convergencia del algoritmo eran buenas. Además, se vio una mejoría en la calidad de optimización debido a las características adicionadas de funciones multimodales y parámetros autoadaptativos. Haciendo que el algoritmo tuviera mayor espacio de exploración y explotación.

Biografía del autor/a

Ana Milena Ramírez Ospina, Pontificia Universidad Javeriana

Ingeniera civil, magíster en Ingeniería Civil. Pontificia Universidad Javeriana. Bogotá, Colombia.

Orlando Cundumi Sánchez, Pontificia Universidad Javeriana - Cali

Ingeniero civil, doctor en Ingeniería Estructural. Pontificia Universidad Javeriana. Cali, Colombia.

José Alex González Muñoz, Pontificia Universidad Javeriana

Ingeniero civil, magíster en Ingeniería Civil. Pontificia Universidad Javeriana. Bogotá, Colombia.

Jesús Daniel Villalba Morales, Pontificia Universidad Javeriana

Ingeniero civil, doctor en Ciencias-Area Estructuras. Pontificia Universidad Javeriana. Bogotá, Colombia.

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Biografía del autor/a

Ana Milena Ramírez Ospina, Pontificia Universidad Javeriana

Ingeniera civil, magíster en Ingeniería Civil. Pontificia Universidad Javeriana. Bogotá, Colombia.

Orlando Cundumi Sánchez, Pontificia Universidad Javeriana - Cali

Ingeniero civil, doctor en Ingeniería Estructural. Pontificia Universidad Javeriana. Cali, Colombia.

José Alex González Muñoz, Pontificia Universidad Javeriana

Ingeniero civil, magíster en Ingeniería Civil. Pontificia Universidad Javeriana. Bogotá, Colombia.

Jesús Daniel Villalba Morales, Pontificia Universidad Javeriana

Ingeniero civil, doctor en Ciencias-Area Estructuras. Pontificia Universidad Javeriana. Bogotá, Colombia.

Referencias Bibliográficas

L.F. Fadel-Miguel, R. Holdorf-Lopez, L.F. Fadel-Miguel et al., (2016, febr.). "A Novel Approach to The Optimum Design of mtmds Under Seismic Excitations," Structural Control and Health Monitoring. [Internet]. Vol. 23, n. º11, pp. 1290-1313. doi: https://doi.org/10.1002/stc.1845

L. Young-Rak, K. Hyun-Su y K. Joo-Wong, (2020, nov.). "Seismic Response Control Performance Evaluation of Tuned Mass Dampers for a Retractable-Roof Spatial Structure", International Journal of Steel Structures. [Internet]. Vol. 21 n. º1, pp. 213-224. doi: https://doi.org/10.1007/s13296-020-00431-4

G. Espinoza, F. Benedetti, P. Alvarez-Mendoza et al., (2018, jul.). "Influence of The Seismic Excitation Frequencies Content on The Behavior of a Tuned Mass Damper in Low-Rise Building Considering Soil-Structure Interaction". Latin American Journal of Solids and Structures. [Internet]. Vol. 15, n. º8, pp. 1-75. doi: https://doi.org/10.1590/1679-78254868

E. Barros, C. Mountinho y R. Barros, "The use of tmd's with heavy mass to mitigate the seismic response of structures" en 3rd eccomas thematic conference, Corfu, Grecia, 2011.

T. Nakai, H. Kurino, T. Yaguchi et al., (2019, jun.). "Control Effect of Large Tuned Mass Damper Used Forseismic Retrofitting of Existing High-Rise Building". Japan Architectural Review. [Internet]. Vol. 2, n. º3, pp. 269-286. Disponible en doi: https://doi.org/10.1002/2475-8876.12100

C.C. Chang, "Mass dampers and their optimal designs for building vibration control", Engineering Structures, [Internet]. vol. 21, n. º5, pp. 454-463, Mayo, 1999, doi: https://doi.org/10.1016/S0141-0296(97)00213-7

A. Kaveh, S. M. Javadi y R. Mahdipour-Moghanni, (2020, nov.). "Optimal Structural Control of Tall Buildings Using Tuned Mass Dampers Via Chaotic Optimization algorithm", Structures. [Internet]. Vol. 28, n.º 3, pp. 2704-2713. doi: https://doi.org/10.1016/j.istruc.2020.11.002

M. Khazaei, R. Vahdani & A. Kheyroddin, (2020, sept.). "Optimal Location of Multiple Tuned Mass Dampers in Regular and Irregular Tall Steel Buildings Plan". Shock and Vibration. [Internet]. Vol. 2020. doi: https://doi.org/10.1155/2020/9072637

D. Caicedo, L. Lara-Valencia, J. Blandon et al., (2021, febr.). "Seismic Response of High-Rise Buildings Through Metaheuristic-Based, Optimization Using Tuned Mass Dampers and Tuned Mass Dampers Inerter", Journal of Building Engineering. [Internet]. Vol. 34. doi: https://doi.org/10.1016/j.jobe.2020.101927

S. Soheili, H. Zoka y M. Abachizadeh, (2020, nov.). "Tuned Mass Dampers for The Drift Reduction of Structures with Soil Effects Using Ant Colony Optimization". Advances in Structural Engineering. [Internet]. Vol. 24, n. º 4, p. 771-783. Disponible en doi: https://doi.org/10.1177/1369433220969023

Bassotti, R. y D. Ambrosini, "Sobre la utilización de amortiguadores de masa sintonizados en la provincia de Mendoza", Mecánica computacional, vol. 26, n.º 27, pp. 2321-2340, 2007, nov.

R. Storn y K. Price, (1997, dic.). "Differential Evolution: a Simple and Efficient Heuristic for Global Optimization Over Continuous Spaces", Journal of global optimization. [Internet]. Vol. 11, n.º 4, pp. 341-359. doi: https://doi.org/10.1023/A:1008202821328

ais. Reglamento colombiano de construcciones sismo resistentes, Bogotá: Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, 2010.

J.J Liang, B.Y. Qu, X.B. Mao et al., (2014, ag.). "Differential Evolution Based on Fitness Euclidean-Distance Ratio for Multimodal Optimization", Neurocomputing. [Internet]. Vol. 137, n.º 5, pp. 252-260. doi: https://doi.org/10.1016/j.neucom.2013.03.069

J. Brest, A. Zamuda, B. Bošković et al., (2008, en.). "An Analysis of the Control Parameters' Adaptation in de", Advances in differential evolution. [Internet]. Vol. 143, pp. 89-110. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-540-68830-3_3

J. Meza y D. Manrique. "Evaluación técnica y de costos del uso de sistemas de control pasivo de respuesta sísmica en instituciones hospitalarias: Caso de estudio aplicado a una estructura regular de siete pisos de altura ubicada en zona de amenaza sísmica intermedia", tesis de maestría, Pontificia Universidad Javeriana, Bogotá, 2017.

Legis. Revista Construdata, Bogotá: Legis, 2017.

Cómo citar
Ramírez Ospina, A. M., Cundumi Sánchez, O., González Muñoz, J. A., & Villalba Morales, J. D. (2021). Optimización del diseño de estructuras conformadas por pórticos de acero resistentes a momentos y amortiguadores de masa sintonizada (TMD). Ciencia E Ingeniería Neogranadina, 31(2), 9-26. https://doi.org/10.18359/rcin.5442
Publicado
2021-12-31
Sección
Artículos
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