Resumen de Hierarchical semiactive control of base-isolated structures
Arash Bahar
En la ingeniería estructural, uno de los desafíos constantes es encontrar nuevas formas de proteger las estructuras de las fuerzas medioambientales. El aislamiento sísmico se ha mostrado como una forma efectiva de reducir la respuesta de la estructura principal y de mitigar el daño de equipos o elementos secundarios. Una desventaja de la mayoría de los sistemas de aislamiento se hace evidente en el caso de estructuras sometidas a terremotos cercanos. Estos suelen producir grandes deformaciones en los aisladores que pueden llegar a poner en peligro la estabilidad de la estructura. Para evitar esto se ha sugerido combinar aisladores con dispositivos adicionales de disipación de energía (sistema hibrido). En este contexto, se ha potenciado significativamente el interés por incorporar dispositivos cuyas propiedades se pueden ajustar en tiempo real durante un terremoto. Este tipo de sistemas se denominan semi-activos. Las fuerzas de control en los sistemas semi-activos se aplican como resultado del movimiento propio de la estructura. La fuerza en cuestión puede modificarse únicamente mediante el ajuste de ciertas propiedades mecánicas de los actuadores semi-activos. Además, las fuerzas de control actúan siempre en el sentido de oponerse al movimiento del sistema estructural y por tanto garantizan la estabilidad global de la estructura. Específicamente, los amortiguadores magnetoreològicos (MR) parecen tener un buen potencial para avanzar en la aceptación del control estructural como una forma viable de atenuar el riesgo de las estructuras frente a cargas dinámicas. Sin embargo, debido a la inherente no linealidad de los amortiguadores MR, el primer paso en el diseño de una estrategia de control semi-activo es el desarrollo de un modelo matemático adecuado. Aquí, la identificación de sistemas juega un papel clave. La naturaleza de esta investigación es multidisciplinar porque trata con dos conceptos, la identificación de un dispositivo mecánico (amortiguador MR) y la solución de un problema de control estructural en una perspectiva de ingeniera civil. Como primer paso, se ha desarrollado un nuevo modelo, basado en el modelo Bouc-Wen normalizado, para describir el comportamiento de una gama más amplia de amortiguadores MR, de manera especial los que pueden ser más eficaces en el control de estructuras de ingeniería civil (amortiguadores MR de gran escala). Basado en este modelo, se ha extendido un método de identificación de los parámetros. La validación del método de identificación se ha llevado a cabo sobre un modelo caja negra de un amortiguador MR que es parte de un modelo numérico de edificio muy utilizado como banco de pruebas en la comunidad de investigadores en control estructural. La versatilidad del método se ha probado utilizando el amortiguador de MR en forma semi-activa, con un voltaje variable y operando en el edificio bajo la excitación de terremotos. Posteriormente, basado en el modelo Bouc-Wen extendido, se ha propuesto un nuevo modelo inverso para amortiguadores MR, el cual permite calcular el voltaje requerido para manipular los amortiguadores. Finalmente, se ha presentado una estrategia jerárquica de control semi-activo Esta estrategia consta de cuatro pasos aplicados en tiempo real en cada instante de control: 1. Calcular la fuerza de control deseada global para ser aplicada en la base de la estructura. 2. Determinar la fuerza total que se está aplicando en instante de control actual por el conjunto de amortiguadores MR. Si esta fuerza es más pequeña que la fuerza deseada y tienen el mismo signo, esto significa que los amortiguadores MR necesitan aplicar más fuerza de amortiguamiento y entonces se va al paso 3. De lo contrario el voltaje de los amortiguadores MR se pone en 0. 3. Determinar el número de amortiguadores MR que están aplicando fuerza en la misma dirección que la fuerza de control deseada. 4. Calcular el voltaje a aplicar a cada amortiguador MR usando el modelo inverso. El método (algoritmo) completo se ha simulado en el edificio tridimensional de pruebas utilizado por la comunidad de control estructural como modelo realista para experimentos numéricos de control de la respuesta sísmica. Los índices de rendimiento obtenidos muestran que el método semi-activo propuesto puede mejorar eficazmente el rendimiento del edificio bajo diferentes terremotos.
