Volumen 17, Número 1, 2025
Eficiencia de la Técnica de Acoplamiento Estructural en la Reducción de las Respuestas Dinámicas de Edificios Vecinos
Luis Alejandro Pérez Peña y Andrea Nataly Peña Peña
Resumen
Los impactos entre dos edificios altos adyacentes durante grandes terremotos han causado daños significativos y pérdidas humanas considerables en el pasado. Con el fin de mitigar estos eventos, en las últimas décadas se ha propuesto una novedosa técnica de control conocida como Acoplamiento Estructural. Esta técnica se basa en el principio de que una estructura puede disipar energía vibratoria de manera más eficiente cuando está conectada a otra a través de dispositivos de acoplamiento. De esta manera, es posible controlar de forma simultánea las respuestas dinámicas de ambas edificaciones. Este trabajo tiene como objetivo evaluar numéricamente la efectividad del acoplamiento estructural utilizando un sistema de control pasivo compuesto por un resorte y un amortiguador lineal. Para ello, se consideraron dos estructuras adyacentes de múltiples grados de libertad con propiedades físicas y mecánicas conocidas. Es importante destacar que las propiedades mecánicas del sistema de conexión, así como su ubicación óptima, se determinaron usando el método de optimización por Enjambre de Partículas (\textit{Particle Swarm Optimization method} – PSO). Una vez calculados los parámetros óptimos, se compararon las respuestas dinámicas de los sistemas acoplados y no acoplados. De esta manera, se evaluaron las ventajas y desventajas de la técnica propuesta, así como la eficacia del elemento de conexión. Los registros de aceleración correspondientes a los terremotos de El Centro, Kobe y Northridge se utilizaron como excitación sísmica para simular la respuesta vibratoria de los edificios. Los resultados obtenidos mostraron que un dispositivo de acoplamiento con rigidez nula y amortiguamiento distinto de cero, es decir, un amortiguador viscoso, puede reducir de manera significativa las respuestas en las estructuras. Todos los análisis se realizaron utilizando el programa GNU Octave.
Abstract
Impacts between adjacent high-rise buildings during major earthquakes have historically resulted in significant damage and loss of life. To mitigate these risks, Structural Coupling, a novel control technique, has been proposed in recent decades. This technique leverages the principle that connecting structures with coupling devices enhances their ability to dissipate vibrational energy. By doing so, it is possible to control the dynamic responses of both buildings simultaneously. This study numerically evaluates the effectiveness of structural coupling using a passive control system comprising a spring and a linear damper. Two adjacent multi-degree-of-freedom structures with known physical and mechanical properties were considered. The optimal mechanical properties and location of the connection system were determined using the Particle Swarm Optimization (PSO) method. The dynamic responses of the coupled and uncoupled systems were compared after calculating the optimal parameters. This comparison aimed to assess the advantages and disadvantages of the proposed technique and the efficacy of the connection element. Acceleration records from the El Centro, Kobe, and Northridge earthquakes were used as seismic excitations to simulate the buildings' vibrational responses. The results demonstrated that a viscous damper, characterized by zero stiffness and non-zero damping, can significantly reduce structural responses. All analyses were conducted using the GNU Octave software.
DOI: https://doi.org/10.46571/JCI.2025.1.3
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