Numerical Investigation of a Variable Damping Semiactive Device for the Mitigation of the Seismic Response of Adjacent Structures

Cuando dos estructuras próximas y con diferentes propiedades (alturas, sistemas estructurales, materiales) se someten a un fuerte movimiento sísmico, existe la posibilidad de que se produzcan impactos entre ellas. Las elevadas cargas de impacto inducidas por este fenómeno suelen tener consecuencias catastróficas. Una forma de contrarrestar este efecto es acoplar las estructuras mediante elementos elásticos o amortiguadores. Este artículo examina el uso de un nuevo dispositivo de amortiguamiento variable como elemento de acoplamiento. El sistema, denominado dispositivo semiactivo de amortiguamiento variable (VDSA), consta de dos amortiguadores con parámetros constantes cuyos extremos inferiores están unidos a una varilla vertical común, mientras que los superiores están unidos a las dos estructuras. A medida que las estructuras vibran debido al movimiento del terreno, el extremo inferior se mueve hacia arriba y hacia abajo mediante un actuador. Al cambiar la orientación de los amortiguadores, se puede modificar la amortiguación efectiva en ambas estructuras con el tiempo de forma adecuada para minimizar la respuesta. Se utiliza una nueva ley de control para calcular la posición óptima de los amortiguadores. El algoritmo, denominado Qv, es una variante del Control Óptimo Instantáneo y se basa en la minimización de un índice de rendimiento J cuadrático en el vector de estado, el vector de fuerza de control y un vector de velocidades absolutas medidas en puntos seleccionados. El algoritmo incluye un esquema LQR generalizado donde se aplican penalizaciones al vector de estado, al vector de control y al vector de velocidad absoluta mediante tres matrices predefinidas. Se utiliza una simulación numérica para verificar el rendimiento del sistema de protección propuesto en la reducción de la respuesta sísmica a una serie de terremotos históricos. Los resultados muestran que el dispositivo propuesto no solo elimina los efectos de los golpes, sino que también reduce significativamente la respuesta de las estructuras adyacentes.