Control de vibraciones sísmicas y eólicas en una estructura esbelta

Abstract

This work focuses on the control of earthquake and wind vibrations of a reinforced concrete chimney 80 m high, on the Mexican Pacific coast. For the analysis of the chimney, five elastic models and five models that include material nonlinearity were developed, varying for each case the type of support on which the foundation is located. Elastic analyzes use a discrete model of coupled bending and shear beams. For the analyzes that include material non-linearity, the force analogy method was used, making models of concentrated non-linearity. As control devices, tuned mass dampers, tuned liquid dampers and pendulum dampers were used. The analysis included soil-structure interaction. Earthquake analysis includes a catalog of four characteristic collapse earthquakes in Mexico. For the wind analysis, wind simulations were performed in the longitudinal and transverse direction. The longitudinal component was analyzed considering the force function in a linear and non-linear way. For the integration of the motion equation, the state space formulation is used, proposing an implicit integrator based on Gaussian quadratures, developed to address rigid problems that consider material non-linearity and excitation non-linearity. In addition, the integrator allows to consider the effects of soil interaction. The response of the structure in the time domain was determined, including the control devices. Results shows that greater control is achieved with tuned mass dampers.

El presente trabajo se centra en el control de las vibraciones sísmicas y eólicas de una chimenea de concreto reforzado de 80 m de altura, ubicada en la costa del Pacífico mexicano. Para el análisis de la chimenea, se elaboraron cinco modelos elásticos y cinco modelos que incluyen no linealidad del material, variando en cada caso el tipo de apoyo sobre el cual se encuentra la cimentación. Los análisis elásticos emplean un modelo discreto de vigas de flexión y cortante acopladas. Para los análisis que consideran no linealidad del material, se empleó el método de analogía de la fuerza realizando modelos de no linealidad concentrada. Como dispositivos de control, se emplearon amortiguadores de masas sintonizadas, amortiguadores de líquidos sintonizados y amortiguadores pendulares. Dentro del análisis se incluyó interacción suelo-estructura. El análisis sísmico considera un catálogo de cuatro sismos característicos de colapso en México. Para el análisis eólico, se realizaron simulaciones de viento en la dirección longitudinal y transversal. La componente longitudinal se analizó considerando la función de fuerza de manera lineal y no lineal. Para la integración de la ecuación de movimiento, se emplea la formulación variable estado, proponiendo un integrador implícito basado en cuadraturas gaussianas, desarrollado para abordar problemas rígidos que consideran no linealidad del material y no linealidad de la excitación. Además, el integrador permite considerar los efectos de interacción del suelo. Se determinó la respuesta de la estructura en el dominio del tiempo, incluyendo los dispositivos de control. Los resultados indican que el mayor control se alcanza con los amortiguadores de masas sintonizadas.