Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2007. / Submitted by Raquel Viana (tempestade_b@hotmail.com) on 2009-11-24T17:37:25Z No. of bitstreams: 1 2007_AlbertoLeonZuluagaGomez.pdf: 971320 bytes, checksum: 64667272d6fd6e72f994a75689df3eeb (MD5) / Approved for entry into archive by Joanita Pereira(joanita) on 2009-11-24T19:21:01Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2007_AlbertoLeonZuluagaGomez.pdf: 971320 bytes, checksum: 64667272d6fd6e72f994a75689df3eeb (MD5) / Made available in DSpace on 2009-11-24T19:21:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2007_AlbertoLeonZuluagaGomez.pdf: 971320 bytes, checksum: 64667272d6fd6e72f994a75689df3eeb (MD5) Previous issue date: 2007 / O crescente progresso das técnicas de análise e dimensionamento estruturais, e os constantes avanços nas áreas de materiais e técnicas construtivas, têm possibilitado que sejam projetadas com mais freqüência estruturas cada vez mais altas e esbeltas e, portanto, mais flexíveis. Essas estruturas são vulneráveis à ocorrência de vibrações excessivas causadas por carregamentos dinâmicos, tais como, terremotos, ventos, ondas, tráfego intenso, ocupação humana, entre outras. Para reduzir as vibrações excessivas, pode ser utilizado um sistema de controle estrutural que absorve parte da energia da estrutura melhorando o seu desempenho frente a tais perturbações. No presente trabalho é avaliada a eficiência de um amortecedor de massa sintonizado (AMS) na geometria de pêndulo na redução dos deslocamentos, velocidades e acelerações de uma estrutura quando submetida a excitações dinâmicas. São apresentados os parâmetros ótimos do amortecedor (comprimento do cabo e razão de amortecimento do pêndulo) quando o sistema principal ou estrutura está submetida a excitações ambientes aleatórias dadas por funções de densidade espectral de potência. Inicialmente, tanto as excitações provocadas por sismos quanto pelo vento serão estudadas considerando uma função de densidade espectral constante (ruído branco) e depois mediante funções de densidade espectrais mais reais, como o espectro de Kanai-Tajimi no caso de excitações sísmicas, e o espectro de Davenport no caso de forças devidas ao vento. Todo o estudo numérico realizado considera um shear frame de dez andares reduzido a um grau de liberdade pelo método da superposição modal, tomando-se a contribuição do primeiro modo de vibração como a mais significativa. Se a rotação do pêndulo é pequena, a formulação aproximada linear é aceitável e, portanto, adotada aqui. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT / The ongoing progress of structural analyses and dimensioning, in addition to the continuous advancements in building techniques and material, has made it possible to build taller and more slender structures every day. These structures are also more vulnerable to excessive vibrations caused by dynamic loads like earthquakes, winds, waves, intense traffic, and human occupation, amongst others. In order to reduce those excessive vibrations, a structural control system can be used, which will absorb part of the structure’s energy, improving its performance in relation with such disturbances. In this work, the efficiency of a tuned pendulum-shaped mass damper is evaluated in the reduction of the displacement, velocity and acceleration of a structure when it is subjected to dynamic excitations. The optimum parameters for the damper are also presented (cable length and damping ratio for the pendulum) when the main system or structure is subject to random ambient excitation, given by power spectral density functions. Initially, both the alterations produced by earthquakes as well as the ones produced by winds will be studied, taking into consideration a constant spectral density (white noise); subsequently, more realistic spectral density functions, like Kanai- Tajimi’s, when dealing with seismic alterations, and Davenport’s, when analyzing forces due to wind load, will be examined. The entire numeric study that is done considers a shear frame of ten stories, reduced to one degree of freedom by the method of modal superposition, taking the contribution of the first mode as the most significant. If the rotation of the pendulum is small, the linear approach is acceptable, thus it is adopted here.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2016. / Submitted by Camila Duarte (camiladias@bce.unb.br) on 2017-01-16T14:51:21Z No. of bitstreams: 1 2016_JorgeEliécerCampuzanoCarmona.pdf: 21555219 bytes, checksum: 9f5b680f6eb896419ae24a21e4ae811c (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2017-02-27T20:04:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_JorgeEliécerCampuzanoCarmona.pdf: 21555219 bytes, checksum: 9f5b680f6eb896419ae24a21e4ae811c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-27T20:04:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_JorgeEliécerCampuzanoCarmona.pdf: 21555219 bytes, checksum: 9f5b680f6eb896419ae24a21e4ae811c (MD5) / Este trabalho propor uma metodologia de projeto de um sistema para controle de vibrações em pisos de concreto. Com esse objetivo foi projetado, a partir de um estudo paramétrico, um amortecedor de massa sintonizada (AMS) e encontrada a melhor localização dele. Uma vez construído o amortecedor projetado, foram realizados ensaios em vibração livre e forçado na plataforma. Como excitação foram consideradas cargas harmônicas, cargas geradas pelo pulo continuo no centro da laje e cargas induzidas ao caminhar aleatoriamente na superfície da laje e ao pular desde uma carteira escolar no centro da plataforma. Com os resultados verificou-se o desempenho do AMS na redução da resposta das acelerações da estrutura. Foi constatado que o AMS cumpre com sua função de reduzir as vibrações em pisos geradas pelas pessoas em atividades rítmicas. O AMS mostra-se como uma solução alternativa para estruturas esbeltas no qual problemas de vibrações excessivas representam uma preocupação do projetista. O sistema de controle construído de forma geral é simples na construção e na manutenção, além disso, tem um baixo custo de fabricação. / This paper proposes a methodology of a system for controlling vibrations in concrete floors. To this end was designed, from a parametric study, a tuned mass damper (TMD) and found the best location for it. Once built the damper tests were conducted in free and forced vibration on the platform. As excitement were considered harmonic loads, loads generated by the continuous leap in the center of the slab and induced by randomly walking on the surface of the slab and also jump from a school desk in the center of the platform loads. With the results TMD performance in reducing vibrations in floors generated by people in rhythmic activities was verified. The TMD is shown as an alternative solution for slender structures in which excessive vibration problems pose a concern designer engineer. The control system generally constructed is simple in construction and in maintenance, besides that, has low manufacturing cost.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2012. / Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2012-09-20T11:10:26Z No. of bitstreams: 1 2012_FernandodosSantosOliveira.pdf: 2922614 bytes, checksum: 0bfd3c35a510b71afb9c1c190fd20485 (MD5) / Approved for entry into archive by Luanna Maia(luanna@bce.unb.br) on 2012-09-21T13:20:06Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_FernandodosSantosOliveira.pdf: 2922614 bytes, checksum: 0bfd3c35a510b71afb9c1c190fd20485 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-09-21T13:20:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_FernandodosSantosOliveira.pdf: 2922614 bytes, checksum: 0bfd3c35a510b71afb9c1c190fd20485 (MD5) / Com o crescente desenvolvimento das técnicas de análise de estruturas, o desenvolvimento dos materiais os tornando mais resistentes, e do elevado custo do metro quadrado nos grandes centros, tem-se aumentado cada vez mais a altura e a esbeltez dos edifícios, tornando essas edificações cada vez mais vulneráveis às ações de cargas dinâmicas como o vento e terremotos. Devido às ações dessas cargas dinâmicas, o controle de vibrações se tornou um campo de estudo bastante relevante e necessário dentro da Engenharia Civil. Um dos sistemas mais utilizados para o controle de vibrações em estruturas civis é o Amortecedor de Massa Sintonizado (AMS). Os amortecedores de massa sintonizados consistem basicamente em um sistema do tipo massa-mola-amortecedor, conectados na estrutura, sintonizando a frequência do amortecedor a uma frequência particular, com o objetivo de fazer que o amortecedor vibre fora de fase com o movimento causado pelo carregamento dinâmico, transferindo assim a energia para o mesmo. No presente trabalho é avaliada a eficiência de um amortecedor de massa sintonizado (AMS) na geometria de pêndulo, apresentando os parâmetros ótimos obtidos por busca numérica, quando o sistema é submetido a uma força harmônica e a uma aceleração na base. O estudo numérico é realizado a partir da análise de um shear frame de dez andares reduzido a um grau de liberdade por meio da análise modal, tomando-se a contribuição do primeiro modo de vibração como a mais significativa. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / With the increasing development of techniques of analysis of structures, development of the materials making them more resistant, and the high cost of square meter in large cities, has increased even more the height and slenderness of the buildings, making these buildings even more vulnerable to the actions of dynamic loads such as wind and earthquakes. Due to the actions of these dynamic loads, the vibration control has become a field of study very relevant and necessary within the Civil Engineering. One of the most widely systems used for vibration control in civil structures is the Tuned Mass Damper (TMD). The tuned mass dampers consist basically of a system such as mass-spring-damper, connected to the structure, tuning the frequency of the damper to a particular frequency, with the goal of making the damper vibrate out of phase with the motion caused by the dynamic loading, transferring the energy to it. In the present study is evaluated the efficiency of a tuned mass damper (TDM) in the geometry of pendulum, with the optimum parameters obtained by numerical search, when the system is subjected to a harmonic force and an acceleration at the base. The numerical study is performed by analyzing a shear frame of ten floor reduced to one degree of freedom by modal analysis, taking the input of the first mode of vibration as the most significant.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, Faculdade de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Integridade de Materiais da Engenharia, 2016. / Submitted by Camila Duarte (camiladias@bce.unb.br) on 2016-07-25T14:53:58Z No. of bitstreams: 1 2016_PedroVarellaBarcaGuimarães.pdf: 2937578 bytes, checksum: d2be3d5744f7454bf1085bf060a78fe6 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-08-23T18:59:07Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_PedroVarellaBarcaGuimarães.pdf: 2937578 bytes, checksum: d2be3d5744f7454bf1085bf060a78fe6 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-23T18:59:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_PedroVarellaBarcaGuimarães.pdf: 2937578 bytes, checksum: d2be3d5744f7454bf1085bf060a78fe6 (MD5) / Juntamente com a necessidade de energia renovável do mundo, a energia eólica está crescendo em rápido desenvolvimento e implementação. O projeto, construção e manutenção dos chamados parques eólicos ainda apresentam muitos desafios para os engenheiros e pesquisadores. Avanços nessa área estão resultando em turbinas eólicas cada vez mais altas e esbeltas, intensificando as vibrações nas estruturas causadas tanto pelo seu próprio funcionamento quanto pela força do vento. Neste contexto, as turbinas eólicas vêm sendo instaladas no oceano próximas à costa trazendo assim, além de outras vantagens, os benefícios de ventos mais fortes e consistentes com menos turbulência nessas regiões. Dentre os diversos tipos de turbinas eólicas offshore, encontra-se a turbina flutuante. Este tipo de estrutura pode ser vulnerável às vibrações excessivas causadas pelos carregamentos do vento e das ondas. Analisando este sistema estrutural como um modelo discreto de pêndulo invertido, é possível projetar um amortecedor de massa sintonizado (AMS), também como um pêndulo invertido, para controlar e minimizar as amplitudes de vibração do sistema. A frequência do AMS anexado à estrutura principal é sintonizada a uma frequência particular visando fazer o AMS vibrar fora de fase com a estrutura principal, transferindo assim a energia do sistema para o amortecedor. Entretanto, dispositivos passivos apenas são efetivos dentro de uma pequena faixa de frequência considerada no projeto, e as forças do vento são excitações aleatórias com ampla faixa de frequência. Neste sentido, uma melhor abordagem é de se projetar um dispositivo semiativo. O controle semiativo combina a confiança e simplicidade típica de sistemas passivos com a adaptabilidade do controle ativo. É caracterizado por não adicionar energia externa à estrutura principal e possuir propriedades capazes de serem alteradas dinamicamente. Estes dispositivos podem ser vistos como dispositivos passivos controláveis porque, apesar de alterar as propriedades de amortecimento e/ou rigidez, ele atua na estrutura de forma passiva. Neste estudo, os parâmetros de um AMS passivo são projetados por meio de três estratégias distintas: estudo paramétrico, método de gradiente e algoritmo genético. Em seguida, é analisado o efeito das pás na resposta dinâmica do sistema. Por último, são propostas duas estratégias para o funcionamento de um AMS semiativo: dispositivo ON/OFF e variação contínua. Os dois sistemas semiativos são analisados numericamente. Verifica-se que ambos os sistemas passivo e semiativo são eficientes no controle da resposta dinâmica do sistema, sendo que o semiativo se mostra eficiente para uma faixa de frequência mais ampla. _________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Along with the world’s need of renewable energy, wind energy is growing in fast development and implementation. The project, building and maintenance of the so called wind farm still present lots of challenges for engineers and researches. Advances in this area are resulting in increasingly high and slender wind turbines, intensifying vibrations in structures caused by its own operation and, also, by wind force. In this context, wind turbines took place on the ocean next to coast which, besides other advantages, benefit from more intense and consistent wind with less turbulence in these regions. Among these offshore wind turbines is the floating one. This type of structure can be vulnerable to excessive vibration caused by wind and wave loads. Analyzing this structural system as a discrete model of an inverted pendulum, it’s possible to design a Tuned Mass Damper (TMD), also as an inverted pendulum, to control and minimize the system vibration. The frequency of the TMD attached to the main structure is tuned to a particular frequency aiming to make the TMD vibrate out of phase with the main system, thus transferring the energy system to the damper. However, passive devices only work properly for the designed frequency range, and the considered forces are a random type of excitations. In this sense, a better approach would be design a semi-active device. Semi-active control joins confidence and simplicity typical of passive systems with active control adaptability. It is characterized by not adding external energy to the structure and to have properties that can change dynamically. These devices can be viewed as controllable passive devices because, despite of its changing properties of damping and/or stiffness, it action on the structure is passive. In this study, the TMD’s parameters are designed by three different strategies: parametric study, gradient method and genetic algorithm. Following, it’s analyzed the effect of blade’s consideration in system’s dynamic response. At last, two strategies are proposed for the semi-active device functioning: ON/OFF device and continuum variation. Both semi-active systems are analyzed numerically. It’s verified that both passive and semi-active systems are efficient in controlling the system’s dynamic response, whereas the semi-active is efficient in a wider frequency range.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2006. / Submitted by Priscilla Brito Oliveira (priscilla.b.oliveira@gmail.com) on 2009-11-03T01:12:04Z No. of bitstreams: 1 2006_Daniel Henrique Moreira Gomes.pdf: 4168760 bytes, checksum: 2f107e850b4aae16b1128065eb8ddf75 (MD5) / Approved for entry into archive by Gomes Neide(nagomes2005@gmail.com) on 2010-02-24T14:13:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2006_Daniel Henrique Moreira Gomes.pdf: 4168760 bytes, checksum: 2f107e850b4aae16b1128065eb8ddf75 (MD5) / Made available in DSpace on 2010-02-24T14:13:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2006_Daniel Henrique Moreira Gomes.pdf: 4168760 bytes, checksum: 2f107e850b4aae16b1128065eb8ddf75 (MD5) Previous issue date: 2006-12 / O avanço das tecnologias construtivas e o uso de materiais de alta resistência têm possibilitado o projeto de estruturas cada vez mais leves e flexíveis, que conseqüentemente possuem menor rigidez e amortecimento. Dessa forma, essas estruturas são mais sensíveis a vibrações em baixas freqüências, que é o caso das passarelas de pedestres. Os carregamentos produzidos por movimentos humanos se caracterizam por funções periódicas de baixas freqüências, que podem provocar desconforto e até problemas de segurança. As cargas dinâmicas que geralmente atuam em passarelas de pedestres são ocasionadas pelos movimentos de caminhar ou de correr de pedestres. Essas cargas possuem componentes de freqüência abaixo de 5 Hz. Em muitos casos é difícil evitar-se que as freqüências mais baixas da passarela se encontrem nesse intervalo, pois isso exige aumento da rigidez da estrutura e conseqüentemente aumento de massa, o que pode ser inviável economicamente. A utilização de amortecedores na estrutura é uma alternativa para esses casos. No presente trabalho foi realizado um estudo numérico do comportamento dinâmico de uma passarela de pedestres localizada na cidade de Brasília quando submetida às ações humanas de caminhar e correr. A análise de vibrações forçadas para carregamentos típicos de uma estrutura como esta mostrou que a passarela apresenta vibrações excessivas e que os limites de serviço indicados na literatura não são verificados em várias situações analisadas. Confirmou-se então a necessidade da introdução de um sistema de controle estrutural na passarela. Este sistema foi projetado através de simulações numéricas com diferentes configurações de amortecedores de massa sintonizados múltiplos (AMSM), além da introdução de barras de travamento na estrutura. Os resultados obtidos foram considerados satisfatórios, já que houve redução na amplitude das vibrações da estrutura a níveis aceitáveis de acordo com os limites de serviço consultados na literatura. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT / Advanced constructive technologies and the use of high resistance materials made possible the design of slender and flexible structures, which present less strength and damping. These structures are more sensitive to vibrations in low frequencies, characteristic of footbridges. The loads produced by human movements, mathematically represented by periodic functions of low frequencies, can cause discomfort to users and safety problems in the structure. Walking and running movement of pedestrians cause dynamic loads generally acting in footbridges. These types of loads have frequency components below 5 Hz. In general it is difficult to prevent that the lowest footbridge frequencies get out of this interval, therefore the strength increase demands structure mass increase, which may be economically prohibitive. Structural control can be a solution to this problem. In this work a footbridge located in the city of Brasilia was studied through a numerical analysis of its dynamic behavior, when submitted to the human walking and running. The dynamic forced vibration analysis for typical human loads showed that the footbridge presents excessive vibrations and that the literature serviceability limits are not verified in many cases. The need of a control system in the footbridge was then confirmed. This system was designed through numerical simulations with different multiple tuned mass damper (MTMD) configurations, besides the introduction of iron bars to increase the structure strength. The obtained results have been considered satisfactory, with reduction in the vibration amplitude of the structure to the acceptable levels in accordance with the serviceability limits of literature.

[pt] No presente trabalho estuda-se a aplicação do controle estrutural na proteção de estruturas submetidas a carregamentos dinâmicos contra níveis de vibração indesejáveis que possam causar desconforto e, até mesmo, comprometer a segurança e integridade da edificação. Os três tipos de controle estrutural, passivo, ativo e híbrido, são analisados de forma a evidenciar as vantagens do uso do controle híbrido. O mecanismo de controle utilizado é o denominado amortecedor de massa sintonizado (AMS), devido à sua vasta aplicação na Engenharia Civil, tendo uma grande quantidade sido instalada em edifícios, pontes e chaminés industriais para controle de vibrações causadas pelo vento. Verifica-se a influência da não- linearidade da rigidez do AMS no comportamento do sistema principal. A utilização de amortecedores de massa sintonizados múltiplos é também estudada como uma forma de vencer certas limitações quanto à robustez deste tipo de sistema e melhorar sua performance. Analisa-se por fim o comportamento e eficiência do amortecedor de massa híbrido (AMH), em relação ao AMS passivo. Para cálculo da força de controle são utilizados os seguintes algoritmos: controle ótimo linear clássico, controle ótimo instantâneo e controle ótimo não-linear. Uma estratégia para definição das matrizes de ponderação, utilizadas no algoritmo de controle ótimo instantâneo, que minimizem a amplitude da resposta harmônica permanente é apresentada. Exemplos numéricos são apresentados ao longo de todo o trabalho. Verifica-se que a utilização do controle híbrido é mais eficiente que os controles passivo e ativo isolados, requerendo forças de magnitude inferiores, o que reduz bastante o custo deste tipo de sistema. O sistema de controle híbrido se mostrou eficiente na redução de vibrações causadas por carregamentos cujas freqüências eram diversas das consideradas no projeto do sistema de controle passivo. Verificou-se, ainda que o mesmo se comportou de forma satisfatória no caso de discrepância na freqüência natural da estrutura. / [en] In this work the use of structural control is studied to protect dynamically loaded building structures against undesirable vibration levels, which can cause human discomfort and, even more, compromise the building safety and integrity. The three types of structural control, passive, ative and hybrid, are analysed to show the advantages of hybrid control in reducing undesirable vibration levels. The chosen control mechanism is the so called tuned mass damper (TMD), due to its large application in Civil Engineering, having a great number of these devices been installed in buildings, bridges and industrial chimneys to control structural vibrations induced by wind loads. It is also verified the influence of TMD non linear stiffness on the main system behaviour. The use of multiple tuned mass dampers is studied as a possible way of improving the TMD robustness and performance. The hybrid mass damper (HMD) behaviour and efficiency comparing to the passive mass damper is analysed in detail. To calculate the control force the following control algorithms are used: classical optimum linear control, instantaneous optimum control and non-linear optimum control. A strategy to define the weighting matrices used in the instantaneous optimum control algorithm that minimizes the harmonic response amplitude is presented. Several numerical examples are presented aalong the work. The results show that the hybrid control is more efficient that the passive or active control used separately, requiring smaller forces reducing in this way the cost of the control system. The hybrid control system showed to be more efficient in reducing vibrations caused by loadings which had different frequencies from that considered on the passive control design. Moreover it was shown that hybrid control has a satisfactory perfomance when discrepancies in natural frequency occur.

El capítulo I presenta una introducción y aspectos generales en base a los antecedentes, realidad problemática, formulación del problema; así como la definición de la hipótesis y los objetivos concluyentes. El capítulo II se realiza el estado del arte basándose en los fundamentos teóricos más importantes en base a la eficiencia de los AMS sometidos a fuerzas o movimientos armónicos en la base; así también describe generalidades en base a la clasificación general de los sistemas de protección sísmica, fundamentos del AMS, y resumen de trabajos relevantes sobre aplicaciones en edificios y otras obras de ingeniería civil. El capítulo III, IV y V se refieren al comportamiento de estructuras sin AMS frente a acciones sísmicas. En particular se analizan las edificaciones existentes reales de 7, 10 y 20 niveles en base al análisis computacional. El capítulo VI presenta los parámetros de diseño de un AMS para tres aplicaciones de edificios reales de 7, 10 y 20 niveles, concluyendo con la determinación de las características óptimas para la construcción y los efectos generados por estas. Finalmente, en el capítulo VII se presentan las principales conclusiones y recomendaciones basadas en la investigación realizada. / Chapter I presents an introduction and general aspects based on the background, problematic reality, formulation of the problem, as well as the definition of the hypothesis and the conclusive objectives. Chapter II the state of the art is made based on the most important theoretical foundations based on the efficiency of the AMS subjected to forces or harmonic movements in the base; it also describes generalities based on the general classification of seismic protection systems, foundations of the AMS, and summary of relevant works on applications in buildings and other civil engineering works. Chapter III, IV and V refers to the behavior of structures without AMS against seismic actions. In particular, the real existing buildings of 7, 10, and 20 levels are analyzed based on the computational analysis. Chapter VI presents the design parameters of an AMS for three applications of real buildings of 7, 10 and 20 levels, concluding with the determination of the optimal characteristics for the construction and the effects generated by these. Finally, Chapter VI presents the main conclusions and recommendations based on the research carried out. / Tesis