1 Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Azcapotzalco DIVISIÓN DE CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERÍA Algoritmo de Control de Desplazamientos de Edificios Semiactivo de Manera Descentralizada Morales Franco, Ernesto Ruiz-Sandoval Hernandez Manuel E Contenido Motivación Posibles soluciones Control Semiactivo Control Descentralizado Desarrollo del estudio Resultados Resultados Conclusiones Estudios posteriores
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1
Universidad Autónoma MetropolitanaUnidad Azcapotzalco
DIVISIÓN DE CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERÍA
Algoritmo de Control de Desplazamientos de Edificios
Semiactivo de Manera Descentralizada
Morales Franco, Ernesto
Ruiz-Sandoval Hernandez Manuel E
Contenido
Motivación
Posibles soluciones
Control Semiactivo
Control Descentralizado
Desarrollo del estudio
Resultados Resultados
Conclusiones
Estudios posteriores
2
Motivation Los edificios altos tienen grandes desplazamientos debidos a
vientos o sismos, que recaen en daño estructural. Si se tiene la intención de construir estructuras muy altas, la Ingeniería estructural necesita proveer no solo seguridad (evitar daño estructural) si no también conforttambién confort
Sistema de control que requiere energía externa muy pequeña para funcionar.
Son vistos como aparatos pasivos controlables Ventajas
Pueden operar con baterías durante un evento sísmico No proporcionan energía al sistema, sólo aprovechan
la que tienen, por lo tanto son estables. Tiene mejor desempeño que el control pasivo. Existe muchos aparatos para implementar en este tipo
de control.
3
Control Centralizado Centralizado: toda la
información es concentrada en un nodo en
Ventajas del control descentralizado: Reduce costos de instalación y
mantenimiento Reduce el tiempo de respuesta Implementacion simple
Parcialmente Descentralizado: existen varios subsistemas de control
concentrada en un nodo en el cual el algoritmo es calculado.
Descentralizado: cada dispositivo decide cual es la fuerza y en que momento es aplicado a la estructura.
Desarrollo del estudio
Selección de la estructuraM d l d f i Modelos de referencia
Modelos representativos• Control activo y semiactivo centralizado• Control activo parcialmente descentralizado• Control completamente descentralizado (propuesta)
Comparación de las respuestas máximas de los modelos (desplazamientos, velocidades, aceleraciones, desplazamientos de entrepiso)
4
Estructura seleccionada (Periodo corto)
Modelo de Referencia
Estructura sin ningún tipo de control
Representada por marcos planos
El modelo analítico se lleva a cabo como un sistema de 5 GDL unidos con resortes yunidos con resortes y un amortiguamiento dado
5
Modelos representativos
Estructura con control implementado
Representada por marcos planos con aparatos instalados
El modelo analítico se representa por 9 GDL, 5 masas y 4 aparatos5 masas y 4 aparatos.
Estructura seleccionada (Periodo largo)
6
Modelo de Referencia
Estructura sin ningún ti d t ltipo de control
Representada por marcos planos
El modelo analítico se lleva a cabo como un sistema de 20 GDL unidos con resortes yunidos con resortes y un amortiguamiento dado
Modelos representativos
Estructura con control implementado
Representada por marcos planos con aparatos instalados
El modelo analítico se representa por 36 GDLrepresenta por 36 GDL, 20 masas y 16 aparatos.
7
Sismo utilizados
Modelo sin control
)x(f0x10x
DuCzy
BuAzz
0
0
0
x
x
m/cm/k
01
10
x
x
x
)x(fm/1xm/cm/kx
8
Respuestas máximas de la estructura baja, sin control
4
5
4
5
4
5
0
1
2
3
0 200 400 600DESPLAZAMIENTOS (mm)
NIV
ELES
0
1
2
3
0 2000 4000
VELOCIDADES (mm/s)
0
1
2
3
0 15000 30000
ACELERACIONES (mm/s 2)
4
54
ESTRUCTURASINCONTROL_C
0
1
2
3
0 50 100 150
DESPLAZAMIENTOS DE ENTREPISO (mm)
NIV
ELE
SS
0
1
2
3
0 0.5 1
FUERZAS MAXIMA (kN)
DIS
PO
SIT
IVO
SS ESTRUCTURA
SINCONTROL_T
ESTRUCTURASINCONTROL_H
Respuestas máximas de la estructura alta, sin control
1314151617181920
1314151617181920
1314151617181920
0123456789
10111213
0 500 1000
DESPLAZAMIENTOS (mm)
NIV
ELES
0123456789
10111213
0 1000 2000 3000
VELOCIDADES (mm/s)
0123456789
10111213
0 5000 10000
ACELERACIONES(mm/s 2)
1617181920
13
14
15
16
0123456789
10111213141516
0 20 40 60 80DESPLAZAMIENTOS DE
ENTREPISO (mm)
NIV
ELES
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
0 0.5 1
FUERZAS MAXIMA (kN)
DIS
PO
SIT
IVO
S
ESTRUCTURASIN CONTROL_C
ESTRUCTURASIN CONTROL_T
ESTRUCTURASIN CONTROL_H
9
Respuestas máximas de la estructura baja, con control pasivo
4
5
4
5
4
5
0
1
2
3
0 200 400DESPLAZAMIENTOS (mm)
NIV
ELESS
0
1
2
3
0 1000 2000 3000VELOCIDADES (mm/s)
0
1
2
3
0 4500 9000 13500 18000ACELERACIONES (mm/s 2)
5 4
ESTRUCTURASINCONTROL C
0
1
2
3
4
0 50 100DESPLAZAMIENTOS DE
ENTREPISO (mm)
NIV
ELESS
0
1
2
3
0 0.5 1FUERZAS MAXIMA (kN)
DIS
PO
SIT
IVO
S
SIN CONTROL_C
ESTRUCTURASIN CONTROL_T
ESTRUCTURASIN CONTROL_H
ESTRUCTURA CONTROL_P_C
ESTRUCTURACONTROL_P_T
ESTRUCTURACONTROL_P_H
Respuestas máximas de la estructura alta, con control pasivo
151617181920
1617181920
151617181920
0123456789
101112131415
0 300 600 900
DESPLAZAMIENTOS (mm)
NIV
ELES
0123456789
101112131415
0 1000 2000
VELOCIDADES (mm/s)
0123456789
101112131415
0 4500 9000
ACELERACIONES(mm/s 2)
1920 16
ESTRUCTURASIN
0123456789
10111213141516171819
0 20 40 60 80DESPLAZAMIENTOS DE
ENTREPISO (mm)
NIV
ELES
0123456789
101112131415
0 0.2 0.4 0.6FUERZAS MAXIMA (kN)
DIS
POSIT
IVO
SS
ESTRUCTURA SINCONTROL_C
ESTRUCTURA SINCONTROL_T
ESTRUCTURA SINCONTROL_H
C_PASIVO_C
C_PASIVO_T
C_PASIVO_H
10
Modelo con Control Activo Centralizado
0
)()( dtRuuQxxuJ TT ]0
00[
9999
9999
xx
xx
IQ rIR x *][ 44
Respuestas máximas en la estructura baja con control activo centralizado
Respuestas máximas en la estructura alta con control activo centralizado
121314151617181920
S 121314151617181920
121314151617181920
0123456789
101112
0 200 400 600
DESPLAZAMIENTOS (mm)
NIV
ELES
0123456789
101112
0 1000 2000
VELOCIDADES (mm/s)
0123456789
1011
0 10000 20000 30000
ACELERACIONES(mm/s 2)
151617181920
13141516
ESTRUCTURASIN CONTROL
ESTRUCTURAC
0123456789
101112131415
0 20 40 60DESPLAZAMIENTOS DE
ENTREPISO (mm)
NIV
ELES
0123456789
101112
0 5000 10000 15000
FUERZAS MAXIMA (kN)
DIS
PO
SIT
IVO
S
ESTRUCTURA CPASIVO
ACTIVO CENTR=0.1
ACTIVO CENTR=0.03
ACTIVO CENTR=0.01
ACTIVO CENTR=0.005
Modelo con control Semiactivo Centralizado
00
,/,0)(
,/,0
,0)(
maxmax
maxmaxmax
maxmax
ii
iiiiiiii
iiiiii
iiii
vi
vu
fucvuvuuvtc
fucvuvuvc
fuvuvsignf
f
12
Respuestas máximas en la estructura baja con control semiactivo centralizado
3
4
5
SS
3
4
5
3
4
5
0
1
2
3
0 200 400
DESPLAZAMIENTOS (mm)
NIV
ELES
0
1
2
3
0 2000 4000
VELOCIDADES (mm/s)
0
1
2
3
0 15000 30000 45000
ACELERACIONES (mm/s 2)
4
54 ESTRUCTURA
S/CONTROL C
0
1
2
3
4
0 50 100 150
DESPLAZAMIENTOS DE ENTREPISO (mm)
NIV
ELESS
0
1
2
3
0 2000 4000FUERZAS MAXIMA
(kN)
DIS
POSIT
IVOSS ESTRUCTURA
C_PAS_C
C_ACT_CENTR=0.03_C
C_SEM_ACT CENTR=0.03_C
Respuestas máximas en la estructura alta con control semiactivo centralizado
121314151617181920
S 121314151617181920
121314151617181920
0123456789
101112
0 200 400 600
DESPLAZAMIENTOS (mm)
NIV
ELES
|
0123456789
101112
0 1000
VELOCIDADES (mm/s)
0123456789
101112
0 5000 10000 15000
ACELERACIONES(mm/s 2)
1617181920
13141516
ESTRUCTURASIN CONTROL_C
0123456789
101112131415
0 20 40 60DESPLAZAMIENTOS DE
ENTREPISO (mm)
NIV
ELES
0123456789
101112
0 2000 4000 6000 8000
FUERZAS MAXIMA (kN)
DIS
PO
SIT
IVO
S
ESTRUCTURA CPASIVO_C
ACTIVO CENTR=0.01_C
SEMI ACTIVOCENT R=0.01_C
13
Modelos con control Parcialmente Centralizado
Respuestas máximas en la estructura baja con control activo descentralizado Control C-1 Control C-2
3
4
5
SS 3
4
5
3
4
5
Control C-3
0
1
2
3
0 200 400 600DESPLAZAMIENTOS (mm)
NIV
ELES
0
1
2
3
0 2000 4000VELOCIDADES (mm/s)
0
1
2
3
0 50000 100000ACELERACIONES (mm/s 2)
4
5 4
ESTRUCTURAS/CONTROL C
0
1
2
3
0 50 100 150DESPLAZAMIENTOS DE
ENTREPISO (mm)
NIV
ELE
SS
0
1
2
3
0 5000 10000FUERZAS MAXIMA (kN)
DIS
PO
SIT
IVO
Ss
ESTRUCTURA C/PAS C
C_ACT_CENTR=0.03 C
C_ACT_DESCENT_R=0.03 C-1
C_ACT_DESCENT_R=0.03 C-2
C_ACT_DESCENT_R=0.03 C-3
14
Control Descentralizado (concepto)
Control Descentralizado (Propuesta)
15
Control Descentralizado (Propuesta)
Control Completamente Descentralizado
|max)*(| |Fr |max*
|max)*(|Fr
1000estn1*-N1000-
1000stepp1*N1000
1000stepn1*-N|0stepn1*N-
1000 stepp1*N | 0 | 0 stepp1*N
CviCvi
CviFrF
vi
vivi
Fr
i
Paso (s) N (kN) Pendiente (kN/s)
0.001 1 1000
0.001 0.1 100
0.001 0.01 10
0.001 0.001 1
16
Respuesta máxima del control semiactivo descentralizado (Propuesta)
4
5
4
5
4
5
0
1
2
3
0 200 400DESPLAZAMIENTOS (mm)
NIV
ELESS
0
1
2
3
0 1000 2000 3000VELOCIDADES (mm/s)
0
1
2
3
0 20000 40000ACELERACIONES (mm/s 2)
4
5 4ACTIVOCENTRALIZADO R=0.03
0
1
2
3
4
0 50 100DESPLAZAMIENTOS DE
ENTREPISO (mm)
NIV
ELE
SS
0
1
2
3
0 2000 4000
FUERZAS MAXIMA (kN)
DIS
PO
SIT
IVO
S CONTROLSEMIACTIVO N=0.001
CONTROLSEMIACTIVO N=0.01
CONTROLSEMIACTIVO N=0.1
CONTROLSEMIACTIVO N=1
Respuesta máxima del control semiactivo descentralizado (Propuesta)
121314151617181920
1314151617181920
121314151617181920
0123456789
101112
0 200 400
DESPLAZAMIENTOS (mm)
NIV
ELES
0123456789
101112
0 500 1000
VELOCIDADES (mm/s)
0123456789
101112
0 10000 20000
ACELERACIONES(mm/s 2)
1617181920
13141516
ACTIVO CENTR=0.01
0123456789
10111213141516
0 20 40DESPLAZAMIENTOS DE
ENTREPISO (mm)
NIV
ELE
S
0123456789
10111213
0 3500 7000
FUERZAS MAXIMA (kN)
DIS
PO
SIT
IVO
SS
PROPUESTA +N=0.0001
PROPUESTA +N=0.001
PROPUESTA +N=0.01
PROPUESTA +N=0.1
PROPUESTA +N=1
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Conclusiones
El control activo centralizado provee un buen desempeño para la reducción d d l i t i b i l t ió t tde desplazamientos, sin embargo su implementación en estructuras grandes resulta muy difícil.
El control semiactivo centralizado obtiene respuestas razonables con respecto al control activo.
La respuesta obtenida del sistema activo descentralizado parecedesestabilizar al sistema.
El control activo descentralizado parcialmente trabaja mejor la estructura con pasivo pero peor que el centralizado.
El algoritmo propuesto reduce velocidades y desplazamientos tal como lo hace el control activohace el control activo.
El control semiactivo propuesto no desestabiliza el sistema en ningún momento
La efectividad del algoritmo depende del la pendiente con que las fuerzas son aplicada y alcanza valores cercanos a los del control activos.
Estudios Futuros Observar
comportamiento de lascomportamiento de las estructuras ante variación de pendientes a lo largo de un registro.
► Llevar a cabo la implementación aimplementación a escala del algoritmo..
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Algoritmo de Control de DesplazamientosDesplazamientos Completamente Descentralizado