Optimal design and performance evaluation of tuned mass damper inerter in building structures

• Daniel Caicedo Diaz ^[1] ; Luis Lara-Valencia ^[1] ; John Blandon ^[1]
  1. [1] Universidad Nacional de Colombia

     Universidad Nacional de Colombia

     Colombia

     
• Localización: Revista Facultad de Ingeniería: Universidad de Antioquia, ISSN-e 2422-2844, ISSN 0120-6230, Nº. 106, 2022, págs. 66-77
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Diseño óptimo y evaluación del desempeño de amortiguadores de masa sintonizada inerter en edificaciones
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• Resumen
  • español

    Este trabajo está referido a la evaluación numérica del desempeño de sistemas de múltiples grados de libertad equipados con amortiguadores de masa sintonizada inerter (AMSI), el cual es un dispositivo de control pasivo empleado para el control de vibraciones mecánicas inducidas por cargas dinámicas. El dispositivo inerter, comúnmente es utilizado para incrementar la masa aparente de los clásicos amortiguadores de masa sintonizada (AMS), mejorando su desempeño sísmico. Para evaluar la acción de TMDI, se emplean tres casos de estudio, determinados a partir de tres edificios de la ciudad de Medellín de baja, mediana y gran altura(30 metros, 97 metros y 144 metros, respectivamente). Los parámetros de diseño óptimos se determinan mediante una optimización metaheurística basada en el método de evolución diferencial, primero, para la minimización de los desplazamientos máximos horizontales, y luego, para la minimización de la media cuadrática de los desplazamientos (valor eficaz). Además, los estudios de caso se evalúan utilizandoocho registros de aceleraciones sísmicas representativos de la literatura. Finalmente, el rendimiento sísmico se evalúa en cada caso de estudio considerando diferentes valores de inertancia inducidos por el dispositivo inerter: 5%, 20% y 50% con respecto ala masa total del edificio, observándose un mejor comportamiento dinámico cuando Se implementan el AMSI con valores bajos de inertancia.

  • English

    This paper concerns the numerical performance evaluation of multi-degree-of-freedom systems equipped with Tuned Mass Dampers-Inerter (TMDIs); a passive control device used for the mitigation of mechanical vibrations induced by dynamic loads. The inerter device is commonly used to increase the apparent mass of classics tuned mass dampers (TMDs), improving its seismic performance. To evaluate the TMDI action, three case studies are employed, determined from three real buildings of Medellin city from low, medium to high rise (30 meters, 97 meters, and 144 meters, respectively). Optimum design parameters are found using a metaheuristic optimization based on the differential evolution method, first, for the minimization of the horizontal peak displacements, and then, for the minimization of the root mean square (RMS) response of displacements. Besides, the case studies are assessed using eight seismic accelerations records representative of the literature. Finally, the seismic performance is evaluated on each case study considering different levels of inertance induced by the inerter device: 5%, 20%, and 50% with respect to the total mass of the building, for which it is observed a better dynamic behavior when TMDIs with lower values of inertance are implemented.