Vibration of a building slab located above a subway tunnel

TThe thesis aims to design a tuned mass damper (TMD) system that can mitigate the vertical vibration of a floor slab of an old building located in Milan. Before adding the TMDs to the considered building slab, analytical structural systems are studied to determine the optimal parameters of TMDs. Through numerical analysis, the optimal design parameters of a TMD for an analytical single-degree-of-freedom (SDOF) system can be ascertained. For a multi-degree-of-freedom (MDOF) system, the principle of tuning TMDs is similar to that of a SDOF system. The only difference is that the solutions of MDOF need to be modified with equivalent SDOF parameters. Subsequently, the TMD system is applied to a simplified slab to verify its effectiveness. After the verification on the simplified slab, the response of the real building slab under subway excitation and human-induced excitation are investigated respectively. According to the modal information and deformed shape of the considered slab obtained from SAP2000, several TMDs systems are implemented to the slab based on different design schemes, and the performances of these systems are demonstrated and are compared with each other. The results show that the TMDs play significant roles in the mitigation of floor vibration. With less than one percent of total mass, the TMDs system can damp out half of the displacement for both cases under subway vibration or walking load respectivley. In addition, the TMD system also plays a positive role under cross effect (subway-induced and human-induced excitation)

La tesi mira a progettare un sistema di smorzatori a massa accordata (TMD) in grado di mitigare le vibrazioni verticali di una soletta di un vecchio edificio situato a Milano. Prima di aggiungere i TMD alla soletta da costruzione considerata, vengono studiati i sistemi strutturali analitici per determinare i parametri ottimali dei TMD. Attraverso l'analisi numerica, è possibile accertare i parametri di progettazione ottimali di un TMD per un sistema analitico a singolo grado di libertà (SDOF). Per un sistema a più gradi di libertà (MDOF), il principio di sintonizzazione dei TMD è simile a quello di un sistema SDOF. L'unica differenza è che le soluzioni di MDOF devono essere modificate con parametri SDOF equivalenti. Successivamente il sistema TMD viene applicato ad una soletta semplificata per verificarne l'efficacia. Dopo la verifica sul solaio semplificato, si studiano rispettivamente la risposta del solaio reale sotto eccitazione del sottopassaggio e eccitazione indotta dall'uomo. In base alle informazioni modali e alla forma deformata della soletta considerata ottenute da SAP2000, sulla soletta vengono implementati diversi sistemi TMD basati su diversi schemi di progettazione e le prestazioni di questi sistemi vengono dimostrate e confrontate tra loro. I risultati mostrano che i TMD svolgono un ruolo significativo nella mitigazione delle vibrazioni del pavimento. Con meno dell'uno percento della massa totale, il sistema TMD può ammortizzare metà dello spostamento in entrambi i casi sotto le vibrazioni della metropolitana e il carico di camminata.