Mecanismo de controle de vibração em vários estágios e eficácia experimental do amortecedor viscoso com protetor de sobrecarga

Resumo

Aqui, apresentamos o projeto, teste e aplicação de um Amortecedor Viscoso com Protetor de Sobrecarga (VD-OP) para isolamento sísmico em estruturas. Inclui modelagem mecânica, teste de protótipo e integração com rolamentos de borracha de alto amortecimento para melhorar o desempenho sísmico, limitando a transmissão de força e mantendo a integridade estrutural.

Resumo

Esta pesquisa apresenta um sistema inovador de isolamento sísmico híbrido que integra um amortecedor viscoso com proteção contra sobrecarga (VD-OP) para melhorar o desempenho sísmico e superar as limitações dos métodos tradicionais de isolamento. O VD-OP incorpora um mecanismo de amortecimento não linear dependente do deslocamento e um recurso limitador de força, controlando efetivamente as forças de amortecimento excessivas durante movimentos de alta velocidade causados por intensidades sísmicas variáveis. Um modelo mecânico, calibrado usando dados experimentais, é desenvolvido para replicar as características não lineares de amortecimento e proteção contra sobrecarga do VD-OP. As simulações numéricas são validadas por meio de testes experimentais, fornecendo uma base sólida para otimizar parâmetros e avaliar o desempenho. Os resultados mostram que a função de limitação de força desempenha um papel crítico na redução de forças excessivas na camada de isolamento, melhorando a eficiência do isolamento e controlando as respostas de aceleração na superestrutura. Estudos paramétricos e análises de casos em diferentes cenários sísmicos confirmam as fortes capacidades de dissipação de energia e adaptabilidade do sistema, garantindo isolamento efetivo durante terremotos frequentes, deformação controlada em eventos de nível de projeto e proteção estrutural durante terremotos severos. A abordagem de projeto baseada em desempenho proposta aqui oferece orientação prática para a implementação do sistema VD-OP, apresentando uma solução confiável para aumentar a resiliência sísmica de estruturas de engenharia.

Introdução

A tecnologia de isolamento sísmico é reconhecida como uma estratégia eficaz para mitigar a vibração estrutural durante terremotos, aumentando a segurança e a resiliência das estruturas de engenharia ^1,2,3. Ao introduzir uma camada de isolamento flexível entre a superestrutura e sua fundação, o isolamento sísmico reduz a transmissão de forças sísmicas, desacoplando efetivamente as estruturas do edifício do movimento do solo ^4,5,6. Este mecanismo leva a uma redução significativa na aceleração estrutural e no desvio entre os andares, garantindo a proteção da estrutura e de seus ocupantes. Vários dispositivos de isolamento, incluindo rolamentos de borracha laminada ^7,8, rolamentos de borracha com núcleo de chumbo ^9,10,11, rolamentos de pêndulo de fricção 12,13,14,15 e rolamentos^16,17, são comumente usados no projeto sísmico de arranha-céus¹⁸, pontes¹⁹ e outros infraestruturas essenciais^20,21.

Apesar de sua ampla aplicação, os sistemas convencionais de isolamento sísmico enfrentam desafios sob condições sísmicas extremas. Especificamente, redundância insuficiente na camada de isolamento e deformação excessiva durante grandes terremotos podem comprometer a eficiência do isolamento e representar riscos de segurança. Para resolver essas limitações, foram propostos sistemas de isolamento híbrido que combinam amortecedores, amortecedores de massa sintonizados²² e amortecedores baseados em inerter 23,24,25. Esses sistemas combinam a capacidade de dissipação de energia dos amortecedores com as capacidades de controle de vibração dos amortecedores de massa sintonizados, aumentando a resiliência sísmica das estruturas primárias 26,27,28. No entanto, muitos desses sistemas avançados permanecem confinados a análises teóricas e estudos de laboratório. Suas configurações complexas e altos custos de implementação dificultam sua ampla aplicação em projetos práticos de engenharia. Além disso, os sistemas de isolamento híbrido baseados em amortecedores viscosos clássicos 29,30,31 sofrem de uma desvantagem inerente: força de amortecimento excessiva sob deformação de alta velocidade. Esse problema diminui a eficácia do isolamento durante terremotos de vários níveis, aumenta a resposta de aceleração da superestrutura e aumenta o risco de falha dentro da camada de isolamento. O amortecimento excessivo não apenas prejudica os benefícios pretendidos do isolamento sísmico, mas também introduz novas vulnerabilidades, particularmente sob excitações sísmicas raras, mas intensas. Conforme observado no terremoto de 2022 Ms 6.8 Luding^32,33, um edifício equipado com um sistema de isolamento de amortecedor viscoso experimentou um desafio inesperado. A velocidade relativa através do amortecedor excedeu seus limites de projeto, resultando em uma força de amortecimento muito além das especificações pretendidas. Este resultado destaca a necessidade urgente de avanços em tecnologias de amortecimento robustas e confiáveis, capazes de suportar forças sísmicas imprevisíveis. A busca por proteção sísmica aprimorada continua, à medida que pesquisadores e engenheiros se esforçam para desenvolver soluções inovadoras para proteger estruturas e vidas em futuros terremotos.

Para superar esses desafios, este estudo propõe um novo sistema de isolamento híbrido com um amortecedor viscoso com proteção contra sobrecarga (VD-OP). O VD-OP incorpora um mecanismo inovador de limitação de força que limita a força de amortecimento em altas velocidades, garantindo que o sistema de isolamento mantenha sua eficiência em diferentes intensidades sísmicas. Um modelo mecânico, calibrado com dados experimentais, é criado para simular o comportamento de amortecimento não linear e os recursos de proteção contra sobrecarga do VD-OP. Uma série de simulações numéricas é validada por meio de testes experimentais, fornecendo uma estrutura robusta para otimização de parâmetros e avaliação de desempenho. A análise paramétrica é realizada em relação aos parâmetros não lineares do VD-OP, uma vez que é proposta uma abordagem de design orientada para o desempenho. Seguindo os conjuntos de parâmetros sugeridos e o fluxograma de projeto, os casos de projeto comparativos são investigados para ilustrar a eficácia do sistema de isolamento baseado em VD-OP contra excitações sísmicas de vários níveis.

Protocolo

Método de simulação mecânica para o amortecedor viscoso com protetor de sobrecarga (VD-OP)
Construção do dispositivo, princípio de funcionamento e significado do VD-OP

Todos os componentes do VD-OP são ilustrados na Figura 1, incluindo um tubo externo, uma haste de pistão e umedecimento de óleo. O tubo externo é feito de materiais de alta resistência e usado para envolver os componentes internos, garantindo um ambiente vedado para evitar vazamento de óleo. A haste do pistão, geralmente composta de aço de alta resistência, reciproca dentro do tubo, conectada a um pistão que força o óleo de amortecimento através de orifícios restritivos, que podem gerar resistência proporcional à velocidade do movimento da haste, dissipando assim a energia das forças aplicadas. Quando ocorre carga excessiva, o mecanismo da superfície de fricção é acionado. Se a força aplicada ultrapassar o limite de projeto, a superfície de atrito é ativada, gerando forças resistivas adicionais que restringem a velocidade de deslocamento da haste do pistão.

A construção proposta e o princípio mecânico do VD-OP (Figura 1) são capazes de garantir que o amortecedor funcione dentro de limites seguros em condições normais e de sobrecarga, oferecendo vantagens notáveis. Limitando a força em F_max, evita a sobrecarga, o que é crucial para proteger o amortecedor contra falhas durante atividades sísmicas fortes. Esse recurso não apenas aumenta a durabilidade do amortecedor, mas também melhora o controle da resposta estrutural durante terremotos, aumentando assim a segurança e a estabilidade da estrutura. Em conclusão, o VD-OP fornece uma solução eficaz para dissipação de energia em aplicações estruturais, especialmente em condições sísmicas, integrando um mecanismo que evita sobrecargas. Isso leva a uma maior confiabilidade e segurança, posicionando-o como uma opção superior aos amortecedores viscosos tradicionais.

O VD-OP (Viscous Damper with Overload Protection) exibe uma relação força-velocidade distinta que difere dos tradicionais amortecedores viscosos (VD). Essa saturação evita que o amortecedor experimente forças além de sua capacidade de projeto, protegendo-o assim de possíveis falhas durante condições extremas. Em contraste, os sistemas VD tradicionais não possuem esse recurso de saturação, continuando a exibir uma relação força-velocidade linear sem qualquer limite para a força. Isso pode ser prejudicial em situações em que as forças aplicadas ultrapassam os limites de projeto do amortecedor, potencialmente causando danos estruturais. A curva na Figura 1 mostra um loop típico, com a força se estabilizando em F_max para velocidades mais altas. Esse comportamento garante que o amortecedor permaneça dentro de seus limites operacionais, evitando a absorção de forças excessivas e, assim, melhorando a segurança geral e a confiabilidade do sistema estrutural.

Figura 1: Ilustração para a construção do amortecedor viscoso proposto com protetor de sobrecarga (VD-OP). (A) Diagrama do VD-OP; (B) Aparência física do VD-OP; (C) Força de saída vs velocidade relativa entre os dois terminais; (D) Curva histerética típica de VD-OP. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Relação constitutiva do VD-OP

A Figura 1 ilustra o modelo mecânico e a curva histerética do VD-OP. Inicialmente, a relação segue uma dependência linear, expressa como F = CV, onde F é a força de amortecimento fornecida pelo VD-OP, C é o coeficiente de amortecimento e V é a velocidade relativa entre as duas extremidades do VD-OP, para velocidades abaixo de um determinado limite. No entanto, uma vez que a velocidade excede esse limite, a força satura em um valor máximo, F_max, fornecendo um mecanismo crítico de proteção contra sobrecarga. A principal distinção entre o VD-OP e os amortecedores viscosos convencionais é a integração de um protetor de sobrecarga adicional dentro do dispositivo. A principal característica de design do VD-OP é sua força de descarga, denotada como F_max, que é governada pela força de atrito gerada na superfície de atrito integrada. Uma vez que o material de fricção é especificado, o coeficiente de atrito pode ser prontamente determinado. De acordo com a lei de Coulomb, a força de atrito F_max é expressa como F_max = μP_pré, onde μ é o coeficiente de atrito e P_pré, é a pré-pressão aplicada. Assim, ajustando P_pré, F_max pode ser calibrado com precisão para atender a requisitos específicos de design, aumentando assim a funcionalidade e adaptabilidade do dispositivo.

Análise de parâmetros para o VD-OP

De acordo com a relação constitutiva do VD-OP (Figura 1), as propriedades de dissipação de energia foram analisadas. Defina o coeficiente de amortecimento e o expoente de velocidade do VD-OP são C = 500 kN•s^0,6/mm^0,6 e α = 0,6, e altere as diferentes forças máximas de descarga F_max e deslocamentos δ. As curvas de histerese do VD-OP são representadas sob parâmetros variados (Figura 2). Defina as forças máximas de descarga e deslocamentos F_max = 200kN e δ = 1.2 mm e altere os coeficientes de amortecimento C e expoentes de velocidade α. As curvas de histerese do VD-OP são representadas sob parâmetros variados (Figura 3).

Figura 2: Curvas de histerese de VD-OP com diferentes F_max sob vários δ de deslocamento: (A) δ = 0,8 mm, F_max = 100kN; (B) δ = 1,2 mm, F_max = 100kN; (C) δ = 1,6 mm, F_max = 100kN; (D) δ = 0,8 mm, F_max = 300kN; (E) δ = 1,2 mm, F_max = 300kN; (F) δ = 1,6 mm, F_max = 300kN; (G) δ = 0,8 mm, F_max = 500kN; (H) δ = 1,2 mm, F_max = 500kN; (I) δ = 1,6 mm, F_max = 500kN. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: Curvas de histerese de VD-OP com diferentes C e α: (A) C = 200kN•^s0,3/mm^0,3, α = 0,3; (B) C = 200kN•s^0,6/mm^0,6, α = 0,6; (C) C = 200kN•s¹/mm¹, α = 1; (D) C = 500kN•s^0,3/mm^0,3, α = 0,3; (E) C = 500kN•s^0,6/mm^0,6, α = 0,6; (F) C = 500kN • s¹ / mm¹, α = 1; (G) C = 800kN•s^0,3/mm^0,3, α = 0,3; (H) C = 800kN • s^0,6 / mm^0,6, α = 0,6; (I) C = 800kN•s¹/mm¹, α = 1 . Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Procedimentos de ensaio experimental do VD-OP
Testando o protótipo e o dispositivo

De acordo com a construção do dispositivo VD-OP mencionada anteriormente, um protótipo do dispositivo VD-OP é criado para estudar seu desempenho mecânico. Um atuador uniaxial (Figura 4) é usado para testar o comportamento mecânico do VD-OP. O sistema hidráulico do dispositivo de teste compreende uma bomba servo-hidráulica de 100 kW com vazão controlada por PID, um atuador com curso de ±800 mm, capacidade de teste estático de 3000 kN e capacidade de teste dinâmico de ±2000 kN. Os sensores incluem uma célula de carga de 3000 kN para medição de força e um LVDT com alcance de ±1000 mm para medição de deslocamento. Os parâmetros (Tabela 1) e o protocolo de carregamento (Tabela 2) do VD-OP são fornecidos.

Ensaio experimental e procedimento de simulação numérica

O experimento mostrado na Figura 4 pode fornecer informações valiosas sobre as características de desempenho do VD-OP. Antes do teste, a calibração dinâmica é realizada usando um peso morto, seguido pelo ajuste do ponto zero após um período de aquecimento de 30 minutos. Instale o amortecedor VD-OP entre as placas superior e inferior, com o alinhamento garantido usando uma ferramenta de alinhamento a laser para obter coaxialmente. A folga mecânica é eliminada pela aplicação de três pré-ciclos com amplitude de ±5% do curso máximo e frequência de 0,01 Hz. A aquisição de dados e o pós-processamento envolvem a sincronização automática de sinais de força, deslocamento e temperatura pelo sistema de controle experimental. O desvio do sensor é compensado usando coeficientes pré-calibrados. Além disso, para validar ainda mais a precisão dos resultados do teste e da análise de elementos finitos, o OpenSees foi empregado para replicar as condições de teste VD-OP. Os parâmetros do dispositivo e os cenários de carregamento no modelo de elementos finitos foram mantidos consistentes com os dos testes físicos.

Figura 4: Fluxograma da configuração experimental. O procedimento experimental começa com a calibração dinâmica do peso morto e o ajuste do ponto zero após um aquecimento de 30 minutos, seguido pela instalação do amortecedor VD-OP alinhado a laser entre as placas com pré-ciclagem de ±5% (0,01 Hz) para eliminar a folga. Os dados de força, deslocamento e temperatura são adquiridos de forma síncrona com compensação de desvio, enquanto as simulações OpenSees replicam os parâmetros de teste para validar a consistência experimental e FEA. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Desenvolvimento do sistema de isolamento VD-OP
Configuração do sistema de isolamento VD-OP

Com base no VD-OP mencionado anteriormente, é descrita a configuração mecânica do sistema de isolamento VD-OP (Figura 5), incluindo rolamentos de borracha de alto amortecimento (HDRB) e VD-OP. Os HDRBs são eficazes na absorção de energia e na redução das forças sísmicas em condições normais, mas durante terremotos raros, eles podem sofrer grandes deformações e exibir endurecimento por rigidez, o que pode prejudicar o desempenho do isolamento. Em relação ao amortecedor viscoso tradicional, ele também pode falhar em condições tão extremas devido a forças excessivas. Portanto, um método de isolamento VD-OP é proposto para controle sísmico estrutural. No sistema de isolamento proposto, o VD-OP aborda esses problemas incorporando um mecanismo de proteção contra sobrecarga que evita que o amortecedor exceda sua capacidade de força, evitando falhas durante terremotos raros. Além disso, ao restringir a saída de força do amortecedor, o VD-OP ajuda a neutralizar o endurecimento da rigidez do HDRB, mantendo um melhor desempenho de isolamento mesmo sob grandes deformações. Em resumo, o sistema de isolamento VD-OP é desenvolvido para melhorar a segurança e o desempenho das estruturas de edifícios, garantindo que a dissipação de energia e as limitações de força sejam gerenciadas de forma eficaz, abordando as possíveis deficiências dos HDRBs durante eventos extremos. A eficácia do VD-OP dentro do sistema de isolamento é provavelmente apoiada pela investigação experimental executada neste estudo.

Princípio mecânico do sistema de isolamento VD-OP

A equação de movimento governante de uma estrutura SDOF amortecida linear sob excitação sísmica é estabelecida. A massa estrutural m, mola linear k e coeficiente de amortecimento viscoso

A equação de movimento governante de uma estrutura SDOF amortecida linear sob excitação sísmica é estabelecida. A massa estrutural m, a mola linear k e o coeficiente de amortecimento viscoso c são considerados como representando a torre de controle do aeroporto equivalente. A equação de movimento pode ser expressa como:

onde m_i é a massa da camada de isolamento, u_i e u são o deslocamento da camada de isolamento e da estrutura primária, respectivamente, F_VD-OP e F_HDRB são as forças de saída de VD-OP e HDRB, é a aceleração sísmica. As forças de saída F_VD-OP podem ser calculadas da seguinte forma:

A força de saída F_HDRB pode ser obtida por meio do modelo mecânico DHI, que segue a equação:

F_HDRB = τ_DHI • A_HDRB (3)

onde τ_DHI e A_HDRB são a tensão de cisalhamento usando o modelo DHI e a área efetiva de HDRB.

Figura 5: Ilustração do sistema de isolamento baseado em VD-OP proposto para estruturas de edifícios. (A) Diagrama do sistema de isolamento VD-OP, (B) curva de histerese típica de HDRB, (C) modelo mecânico de sistema de grau de liberdade único com sistema de isolamento baseado em VD-OP. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Análise de parâmetros para o sistema de isolamento VD-OP

Uma análise paramétrica foi conduzida em um modelo estrutural de 2 graus de liberdade para investigar a propriedade de sobrecarga do VD-OP contra várias deformações isolantes. A estrutura superior tem uma massa de 154666,67 kg, um período de 0,66 s e uma taxa de amortecimento inerente de 0,05, enquanto a camada de isolamento tem uma massa de 38666,67 kg. O sistema de isolamento incorpora HDRB 34,35,36 como rolamentos de isolamento e VD-OP. As simulações foram realizadas usando o OpenSees³⁷. O HDRB foi modelado usando o material KikuchiAikenHDR, com um diâmetro de rolamento de 400 mm e uma espessura total de borracha de 74 mm. As ondas sísmicas com PGA=0,4 g são empregadas para simular um terremoto raro. A resposta da camada de isolamento nessas condições raras é representada (Figura 5).

Para melhorar o desempenho do sistema, o VD-OP foi incorporado, com o principal parâmetro de projeto sendo a força máxima de proteção contra sobrecarga, F_máx. O parâmetro adimensional, razão de força limiar ρ = F_max/F_BR foi variado de 0 a 1,0, com o índice de amortecimento de VD-OP fixado em 0,6. As respostas estruturais, incluindo deslocamento, aceleração, deformação da camada de isolamento e força de cisalhamento de base, para diferentes valores de rho são mostradas (Tabela 3 e Figura 6). As curvas histeréticas para HDRB e VD-OP sob diferentes valores do parâmetro ρ são apresentadas (Figura 7). As curvas de histerese na Figura 8 ilustram o desempenho do amortecedor VD-OP com ρ = 0,5 sob diferentes níveis de intensidade de terremoto.

Figura 6: Respostas sísmicas do sistema com diferentes ρ. À medida que a razão de força limiar ρ aumenta, o deslocamento estrutural diminui inicialmente, atingindo um mínimo, antes de aumentar ligeiramente. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 7: Curvas histeréticas de HDRB e VD-OP com ρ diferente: (A) HDRB, ρ = 0,2; (B) VD-OP, ρ = 0,2; (C) HDRB, ρ = 0,5; (D) VD-OP, ρ = 0,5; (E) HDRB, ρ = 0,8; (F) VD-OP, ρ = 0,8. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 8: Curvas histeréticas de VD-OP com ρ = 0,5 sob terremotos frequentes, fortificados e raros. (A) Terremoto frequente; (B) eventos de nível de projeto; (C) Terremoto severo. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Exemplo numérico de configuração de estruturas isoladas incorporadas ao VD-OP
Simulação da estrutura original

Uma estrutura de concreto de três andares é usada para executar a análise de isolamento sísmico para avaliar a eficácia e aplicabilidade do sistema de isolamento VD-OP. O processo de análise estrutural foi realizado usando o software ETABS³⁸, e o modelo estrutural e o layout da planta são representados (Figura 9). A estrutura mede aproximadamente 32 m por 15,6 m e tem uma massa total de cerca de 1856 toneladas. O concreto utilizado nos pisos, vigas e pilares tem resistência à compressão de 30 MPa. Os modos de vibração estrutural envolvem movimentos de translação nas direções X e Y, com períodos correspondentes de 0,66 s e 0,61 s, e um modo de torção em torno do eixo Z com um período de 0,54 s. Dado que a razão dos períodos do primeiro e terceiro modos excede 0,9, isso indica um fraco desempenho de torção para a investigação da resposta sísmica.

Figura 9: Esquema de análise de isolamento sísmico da estrutura de concreto de três andares para avaliar a eficácia e aplicabilidade do sistema de isolamento VD-OP. (A) Vista em perspectiva do modelo de elementos finitos da estrutura original; (B) Plano estrutural da história típica; (C) Espectros de aceleração normalizados dos cinco movimentos de solo de entrada. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Projeto do sistema de isolamento VD-OP
O sistema de isolamento VD-OP é implementado para aumentar a resiliência sísmica estrutural, restringindo as respostas de aceleração transferidas dentro da camada de isolamento. O projeto baseado em desempenho do VD-OP envolve um processo abrangente que compreende quatro etapas principais: (1) avaliar o desempenho da estrutura original, (2) estabelecer a meta para melhoria de desempenho, (3) projetar a estrutura isolada baseada em VD-OP e (4) validar seu desempenho sísmico. A taxa de força de cisalhamento γ_SF e a taxa de aceleração estrutural γ_ACC , que representam o nível alvo de melhorias de desempenho, podem ser estabelecidas usando valores típicos predeterminados ou requisitos específicos de engenharia. Este γ_SF pode ser calculado como a razão entre as respostas da força de cisalhamento de pico da estrutura primária e as da estrutura isolada baseada em VD-OP, enquanto γ_ACC pode ser calculado como a razão entre as respostas de aceleração de pico da estrutura primária e as da estrutura isolada baseada em VD-OP. O projeto de parâmetros do VD-OP envolve a seleção de conjuntos de parâmetros representativos para atingir as características desejadas de rigidez e amortecimento, incluindo o coeficiente de amortecimento, o expoente de amortecimento e a força limite do protetor de sobrecarga F_max . Os parâmetros mencionados podem ser determinados de acordo com os achados paramétricos das investigações de propriedades mecânicas e o princípio de projeto que minimiza as respostas de aceleração da estrutura isolada baseada em VD-OP sob raros terremotos. De acordo com o procedimento de projeto ilustrado acima, o fluxograma de projeto de parâmetro é resumido (Figura 10).

Figura 10: Fluxograma de projeto do sistema de isolamento híbrido baseado em VD-OP proposto. O projeto VD-OP envolve: (1) avaliar a estrutura original, (2) definir as taxas de melhoria do alvo (α de força de cisalhamento e aceleração β), (3) otimizar os parâmetros de amortecimento (coeficiente, expoente, força limite) para resposta sísmica mínima e (4) validar o desempenho. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Ao definir a eficiência de isolamento alvo, conforme avaliado pela força de cisalhamento da base alvo γ_SF,Tar e taxa de aceleração estrutural γ_ACC,Tar como 0,35 sob o terremoto frequente, uma camada de isolamento sísmico incorporando o HDRB e o novo VD-OP foi adicionada na base da estrutura primária. Os parâmetros específicos para o HDRB e VD-OP são detalhados e ilustrados (Tabela 4 e Tabela 5).

Análise dinâmica da estrutura com o sistema de isolamento VD-OP

A estrutura foi projetada para suportar uma intensidade de fortificação sísmica de sete graus (0,15g) e está localizada em um local de Categoria IV, que é classificado como um local de solo macio³⁹. O espectro de resposta do local tem um período característico de T_g = 0,75 s. 4.16 Dadas essas condições do local, sete registros de histórico de tempo sísmico foram escolhidos para análise, incluindo dois históricos de tempo de movimento artificial do solo e cinco históricos de tempo de movimento natural do solo provenientes do banco de dados K-KET no Japão⁴⁰. Informações detalhadas sobre esses registros sísmicos são apresentadas (Tabela 6), e seus espectros de resposta de aceleração também são fornecidos (Figura 9).

Para avaliar o desempenho do HDRB em vários cenários de terremotos, os históricos de tempo de movimento do solo foram dimensionados para atingir o pico de aceleração do solo (PGA) de 35 gal, 100 gal e 220 gal³⁹. Esses valores de PGA, correspondentes a terremotos frequentes, terremotos de fortificação e terremotos raros, respectivamente, foram selecionados para garantir uma avaliação completa da resiliência sísmica da estrutura isolada. As respostas dinâmicas das estruturas originais, estruturas com um sistema de isolamento VD-OP baseado em HDRB e estruturas isoladas LRB foram minuciosamente analisadas sob condições de terremotos frequentes, fortificantes e raros, com foco no deslocamento entre os andares, aceleração e força de cisalhamento. As respostas comparativas detalhadas são ilustradas (Figura 11). As curvas de histerese de VD-OP sob a entrada de movimento do solo NW3 para terremotos frequentes, fortificados e raros são representadas (Figura 12).

Figura 11: Desvios de história sob diferentes níveis de terremotos. (A) Desvio de história sob terremotos frequentes; (B) Desvios de história em eventos de nível de design; (C) A história deriva sob fortes terremotos. (D) Tesouras de história sob terremoto frequente; (E) Tesouras de história em eventos de nível de projeto; (F) Tesouras de história sob forte terremoto; (G) Acelerações absolutas da história sob terremotos frequentes; (H) Acelerações absolutas do andar sob eventos de nível de projeto; (I) Acelerações absolutas da história sob terremoto severo. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 12: Curvas de histerese na camada de isolamento sob diferentes níveis de terremotos, NW3. (A) VD-OP sob terremoto frequente; (B) VD-OP em eventos de nível de projeto; (C) VD-OP sob forte terremoto; (D) HDRB sob terremoto frequente; (E) HDRB em eventos de nível de design; (F) HDRB sob forte terremoto. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Resultados

Resultados da análise paramétrica do dispositivo VD-OP
Relação Força-Velocidade e Comportamento Histerético (Figura 2):

Conforme mostrado na Figura 2, as curvas de histerese demonstram como o comportamento de dissipação de energia do amortecedor muda com diferentes valores F_max e amplitudes de deslocamento. Para<...

Discussão

Este estudo demonstra a eficácia do VD-OP (Figura 1, Figura 2 e Figura 3) no aumento da resiliência sísmica por meio da dissipação controlada de energia e limitação de força. Os resultados experimentais (Figura 4, Figura 13 e Figura 14) confirmam que o VD-OP mitiga as forças de amortecimento excessivas sob movi...

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Software de teste dinâmico	Xangai Hualong	HDTS-v3.0	Compatível com GB/T 20688.1-2007
ETABS-Análise e dimensionamento de edifícios	Computadores e Estruturas, Inc	19.0.2	Para modelagem de desempenho e análise estrutural
Célula de carga	Ningbo Saishi	C3M-3000	Para experimentos com capacidade de 3000 kN
LVDT	Xangai Hualong	HLVDT1000	Para experimentos com ± Faixa de 1000 mm e resolução de 0,01 mm
Sensor magnetostritivo	MTS (EUA)	Série MTS-R	Para experimentos com ± Curso de 800 mm
LABORATÓRIO MATLAB	Obras de Matemática	2024	Para o cálculo dos experimentos
Atuador servo-hidráulico	Xangai Hualong	YJW-20000	Para experimentos com ± curso de 800 mm, ± Capacidade dinâmica de 2000 kN