A study of vibration attenuation of shear buildings under dynamic loads using TLCDs

Abstract

O problema da escassa área de construção nas principais e populosas cidades do mundo levou ao uso de edifícios altos na era moderna. Isso serve como uma forma de destinar mais espaço para residências, comércio, empreendedorismo e negócios. O uso de materiais leves e de alta resistência, juntamente com técnicas de construção avançadas, levaram a um aumento incrível no número de edifícios altos, que tendem a ser estruturas esbeltas, flexíveis e levemente amortecidas. Por causa disso, eles são muito sensíveis às excitações ambientais, como ventos e terremotos. Isso também faz com que esses tipos de estrutura se tornem mais suscetíveis aos problemas causados por vibrações indesejadas, que podem induzir falha estrutural, desconforto aos ocupantes e mau funcionamento dos equipamentos. Mesmo pequenas vibrações, muitas vezes sem oferecer risco à integridade estrutural de uma edificação, podem causar extremo incômodo e desconforto aos seus habitantes. Assim, torna-se importante a busca por formas práticas e eficazes de reduzir esses problemas relacionados à vibração na forma de, por exemplo, dispositivos capazes de controlar as vibrações da estrutura. O funcionamento de um dispositivo passivo está focado em absorver parte da energia da estrutura à qual está acoplado e dissipar essa energia por mecanismos próprios. Um desses dispositivos é o amortecedor de coluna líquida sintonizado (TLCD), que consiste em um tubo em forma de U parcialmente preenchido com água. Parte da energia absorvida do sistema principal vibratório é dissipada pelo movimento do líquido no interior do tubo. A eficiência do TLCD na redução da vibração estrutural é analisada neste trabalho. A análise na busca de seus parâmetros ideais é feita por métodos numéricos e analíticos, como a análise paramétrica. Pacotes de software como o DynaPy são usados para realizar simulações, gerar dados, modelar estudos de caso e analisar situações que aproximam exemplos práticos e cenários da vida real, como excitações sísmicas. Parâmetros ótimos do TLCD são apresentados via mapa de resposta para reduzir a resposta permanente máxima da estrutura à excitação harmônica e para reduzir a resposta rms da estrutura à excitação sísmica. A variação dos parâmetros do TLCD apresentados pelo mapa de resposta está diretamente relacionada com a força atuante na estrutura. Porém, verificase que, independentemente da força atuante, existe uma faixa de frequência ideal para sintonizar o TLCD onde se encontram as maiores reduções na resposta primária do sistema. A partir dos parâmetros ideais da coluna de líquido determinados pela análise paramétrica, foram obtidas reduções de resposta estrutural de aproximadamente 60%. Este trabalho também ilustra as múltiplas funcionalidades do Dynapy como ferramenta para aprendizagem e ensino de dinâmica de estruturas.