Study of a Semi-Active Control System to Reduce Lateral Displacement in Framed Structures under Seismic Load

Estudio de un sistema de control semi-activo para reducir los desplazamientos laterales en estructuras aporticadas bajo cargas sísmicas

Este estudio presenta la implementación numérica de un sistema de control semiactivo utilizado para reducir los desplazamientos laterales en estructuras enmarcadas sometidas a cargas sísmicas. Para gestionar las fuerzas en las estructuras, se han utilizado dos dispositivos de fluido controlables denominados amortiguadores magnetoreológicos (MR), y se ha empleado un algoritmo de lógica difusa (FL) para determinar las fuerzas de control óptimas. El controlador FL se programó a partir de un conjunto de 49 reglas de inferencia utilizando dos parámetros de entrada: desplazamiento y velocidad del primer piso de la estructura no controlada. El voltaje a aplicar a los amortiguadores MR fue el parámetro de salida del algoritmo de control, alterando así las fuerzas de amortiguación en el sistema. Para evaluar el rendimiento del controlador propuesto, se modelaron tres estructuras de pórtico plano con diferentes configuraciones geométricas y se sometieron a cuatro registros diferentes de aceleraciones reales del terreno. Los resultados obtenidos en este estudio mostraron reducciones considerables en el desplazamiento, aceleración y deriva entre pisos para todas las estructuras estudiadas, demostrando la efectividad y eficiencia del controlador para mejorar las características de amortiguamiento en estructuras.

INTRODUCCIÓN

El control estructural puede conseguirse a través de diferentes metodologías, entre las que se encuentra la modificación de la rigidez, masa, forma o amortiguamiento del sistema estructural (Housner et al., 1997; Kaveh et al., 2020; Shih y Sung, 2021). También se puede clasificar hasta en cuatro grupos de control diferentes: control activo (Bitaraf et al., 2012; Gutiérrez y Navarro, 2013; Kannan et al., 1995; Khodabandolehlou et al., 2018; Mohammadi et al., 2021; Pourzeynali et al., 2007; Smanchai y Yao, 1978), control pasivo (Arzeytoon et al., 2017; Basili y de Angelis, 2007; Chowdhury et al., 2021; Constantinou, 1994; Lara-Valencia et al., 2020; Selmani, 2020; Zhang y Balendra, 2013; Zhao et al., 2020), control híbrido (Kim y Adeli, 2005; Omidi y Mahmoodi, 2015; Subramaniam et al., 1996; Taniguchi et al., 2016; Yang et al., 1992; Zhou y Zheng, 2020), y control semiactivo (Amini y otros, 2015; Bathaei y otros, 2018; Behrooz y otros, 2014; Cha y Agrawal, 2017; K-Karamodin y H-Kazemi, 2010; Kori y Jangid, 2008; Madhekar y Jangid, 2009; Singh y otros, 1997; Xu y otros, 2003).

Hoy en día, los controladores semiactivos son probablemente la familia más popular de sistemas de control estructural, lo que se debe principalmente a su potencial para salvaguardar los sistemas estructurales a través de mecanismos sofisticados, con la capacidad de operar y reducir la respuesta de las estructuras monitorizadas mediante el uso de pequeñas fuentes de energía externas portátiles. Esta característica hace que los dispositivos semiactivos muestren resultados similares a los de los sistemas de control activo, debido a que los primeros utilizan sólo una fracción de la energía requerida por los segundos, lo que los convierte en dispositivos seguros, fiables e ideales para hacer frente a la gran magnitud de los riesgos naturales.