Viscous damper optimization in multistorey building structures
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Date
2017
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Abstract
En esta investigación se estudia la distribución óptima en altura de disipadores viscosos instalados en edificios. La excitación sísmica es modelada como un proceso estocástico (ruido blanco filtrado) y las estadísticas de la respuesta estructural son obtenidas a través de un análisis en formulación espacio-estado. Para aplicaciones que involucran dispositivos no lineales se aplican técnicas de linealización estadística. Tres consideraciones de diseño práctico son abordadas: (i) cuantificación realista del costo de los disipadores, basada en la capacidad de fuerza del disipador en vez de en su coeficiente de amortiguamiento; (ii) análisis de distintas configuraciones de soporte de los disipadores que permiten conectarlos entre pisos no consecutivos de manera de maximizar la disipación de energía; y (iii) incorporación explícita en la optimización del costo de reforzamiento de columnas que podría ser requerido para soportar las fuerzas inducidas por los disipadores a través del sistema de soporte. Cinco funciones objetivo son definidas para tratar estas consideraciones, todas cuantificadas en términos del costo de los disipadores. El impacto de la linealización estadística cuando las funciones objetivo incluyen valores extremos es analizado. El problema de diseño óptimo considera la respuesta estructural como restricción, exigiendo que un nivel de reducción de respuesta objetivo sea obtenido a través de la acción de los disipadores. Una extensión hacia una formulación de diseño multi-objetivo también es discutida. Este marco teórico es ilustrado con el diseño de un sistema de disipación viscosa aplicado a un edificio chileno real de 26 pisos, considerando una excitación sísmica compatible con la amenaza sísmica regional. Los resultados demuestran que la optimización que explícitamente minimiza funciones de costo deviene beneficios económicos sustanciales, y que disipadores conectados entre pisos no consecutivos contribuyen considerablemente a la reducción de costos del sistema de disipación.
Description
Tesis (Master of Science in Engineering)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2017