Projeto ótimo de amortecedores de massa usando evolução diferencial para reduzir a resposta dinâmica das estruturas sob cargas sísmicas

espanolEste articulo presenta una metodologia para el diseno optimo de Amortiguadores de Masa Sintonizada (AMS) para el control de la respuesta dinamica de edificios sometidos a cargas sismicas. El proceso de seleccion de los parametros optimos de diseno se realiza mediante un enfoque metaheuristico basado en Evolucion Diferencial (ED) la cual es una tecnica rapida, eficiente y precisa que no requiere grandes esfuerzos computacionales. El algoritmo tiene como objetivo reducir el desplazamiento de pico horizontal maximo de la estructura y tambien la media cuadratica (Valor eficaz) de desplazamientos. Adicionalmente, se estudian otras cuatro funciones objetivo derivadas de multiples combinaciones lineales ponderadas de los dos parametros mencionados anteriormente para obtener la configuracion de diseno del AMS mas eficiente. De forma paralela, se utiliza un proceso basado en una busqueda exhaustiva (ES) con precision a 2 posiciones decimales para validar la metodologia de optimizacion basada en DE. Posteriormente, la metodologia propuesta se aplica a un caso de estudio derivado de un edificio real de 32 pisos sometido a diferentes registros sismicos de aceleracion del suelo. Se observa un mejor comportamiento dinamico del edificio cuando se le da el mayor peso a la respuesta RMS de desplazamiento en el proceso de optimizacion. Finalmente, los resultados numericos revelan que la metodologia propuesta basada en DE es efectiva para encontrar la configuracion optima de diseno de TMD al reducir el desplazamiento maximo del piso hasta en un 43% y los valores RMS de desplazamiento de hasta el 52% en el caso de estudio. EnglishThis paper introduces a methodology for the optimal design of passive Tuned Mass Dampers (TMDs) to control the dynamic response of buildings subjected to earthquake loads. The selection process of the optimal design parameters is carried out through a metaheuristic approach based on differential evolution (DE) which is a fast, efficient, and precise technique that does not require high computational efforts. The algorithm is aimed to reduce the maximum horizontal peak displacement of the structure and the root mean square (RMS) response of displacements as well. Furthermore, four more objective functions derived from multiple weighted linear combinations of the two previously mentioned parameters are also studied to obtain the most efficient TMD design configuration. A parallel process based on an exhaustive search (ES) with precision to 2 decimal positions is used to validate the optimization methodology based on DE. The proposed methodology is then applied to a 32-story case-study derived from an actual building structure and subjected to different ground acceleration registers. The best dynamic performance of the building is observed when the greatest weight is given to the RMS response of displacement in the optimization process. Finally, the numerical results reveal that the proposed methodology based on DE is effective in finding the optimal TMD design configuration by reducing the maximum floor displacement up to 4% and RMS values of displacement of up to 52% in the case-study building. portuguesEste artigo apresenta uma metodologia para a otimizacao de amortecedores de massa sintonizados (TMD) para o controle da resposta dinâmica de edificios sujeitos a cargas sismicas. O processo de selecao dos parâmetros otimos e realizado mediante uma abordagem metaheuristica baseada na Evolucao Diferencial (DE) que e uma tecnica rapida, eficiente e precisa que nao requer de grandes esforcos computacionais. O algoritmo visa reduzir o deslocamento maximo do pico horizontal da estrutura e tambem os deslocamentos da raiz quadrada media (RMS). Alem disso, quatro outras funcoes objetivo derivadas de distintas combinacoes lineares ponderadas dos dois parâmetros de resposta ja mencionados, sao estudadas para obter a configuracao de TMD mais eficiente. Em paralelo, um processo de busca exaustiva (ES) com precisao de 2 casas decimais e usado para validar a metodologia de otimizacao baseada na DE. Posteriormente, a metodologia proposta e aplicada a um caso de estudo derivado de um edificio real de 32 andares sujeito a diferentes registros de aceleracao sismica do solo. E observado um melhor comportamento dinâmico do edificio quando e dada uma maior ponderacao no processo de otimizacao a resposta de deslocamento RMS. Finalmente, os resultados numericos revelam que a metodologia proposta fundamentada na DE e eficaz para encontrar os parâmetros otimos do TMD, reduzindo o pico de deslocamento maximo em ate 43% e os valores de deslocamento RMS em ate 52% no caso estudado.