Optimal design of tuned mass dampers through differential evolution method for reducing the dynamic response of structures subjected to earthquake loads

Abstract

Este artículo presenta una metodología para el diseño óptimo de Amortiguadores de Masa Sintonizada (AMS) para el control de la respuesta dinámica de edificios sometidos a cargas sísmicas. El proceso de selección de los parámetros óptimos de diseño se realiza mediante un enfoque metaheurístico basado en Evolución Diferencial (ED) la cual es una técnica rápida, eficiente y precisa que no requiere grandes esfuerzos computacionales. El algoritmo tiene como objetivo reducir el desplazamiento de pico horizontal máximo de la estructura y también la media cuadrática (Valor eficaz) de desplazamientos. Adicionalmente, se estudian otras cuatro funciones objetivo derivadas de múltiples combinaciones lineales ponderadas de los dos parámetros mencionados anteriormente para obtener la configuración de diseño del AMS más eficiente. De forma paralela, se utiliza un proceso basado en una búsqueda exhaustiva (ES) con precisión a 2 posiciones decimales para validar la metodología de optimización basada en DE. Posteriormente, la metodología propuesta se aplica a un caso de estudio derivado de un edificio real de 32 pisos sometido a diferentes registros sísmicos de aceleración del suelo. Se observa un mejor comportamiento dinámico del edificio cuando se le da el mayor peso a la respuesta RMS de desplazamiento en el proceso de optimización. Finalmente, los resultados numéricos revelan que la metodología propuesta basada en DE es efectiva para encontrar la configuración óptima de diseño de TMD al reducir el desplazamiento máximo del piso hasta en un 43% y los valores RMS de desplazamiento de hasta el 52% en el caso de estudio.

Keywords

• amortiguadores de masa sintonizada
• diseño óptimo
• evolución diferencial
• cargas sísmicas