PRESENTACION EXAMEN FINAL [Modo de...

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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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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

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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

Posibles soluciones:Posibles soluciones:Configuración estructural Configuración estructural

secciones extrañassecciones extrañasControl estructuralControl estructural

ActivoActivoPasivoPasivoPasivoPasivo

SemiactivoSemiactivoHíbridoHíbrido

Control Semiactivo

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.

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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)

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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

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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)

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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.

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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

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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

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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

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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

4

5

4

5

4

5

0

1

2

3

0 200 400

DESPLAZAMIENTOS (mm)

NIV

ELE

SS

0

1

2

3

0 2000 4000VELOCIDADES (mm/s)

0

1

2

3

0 15000 30000 45000

ACELERACIONES (mm/s 2)

5 4ESTRUCTURASIN CONTROL

0

1

2

3

4

0 50 100 150DESPLAZAMIENTOS DE

ENTREPISO (mm)

NIV

ELE

SS

0

1

2

3

0 2000 4000FUERZAS MAXIMA (kN)

DIS

PO

SIT

IVO

SS

ESTRUCTURA -PASIVO

ACTIVOCENTRALIZADOR=0.1ACTIVOCENTRALIZADOR=0.03ACTIVOCENTRALIZADOR=0.01

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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

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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

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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

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Control Descentralizado (concepto)

Control Descentralizado (Propuesta)

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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

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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

Morales Franco ErnestoGRACIAS PORMorales Franco, Ernesto

Ruiz-Sandoval Hernandez Manuel E

UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANAUNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA

GRACIAS POR SU ATENCIÓN