Performance assessment of systems equipped with large mass tmd under seismic loading

In this work, the seismic performance of a building equipped with a large mass Tuned Mass Damper (TMD) is investigated by carrying out a comprehensive parametric study of an idealized two-degree of freedom equivalent system. The parametric study consists of an optimization step, aimed at developing the optimal (tuning) parameters of the TMD, followed by a detailed response determination study in the time and frequency domains. The base case involves the response determination of systems, equipped with TMDs, under the optimal case when subjected to acceleration time-histories for a set of seismic base excitations. Later on, to further assess the limitations related to TMD damping, extreme limit cases are also studied. The parametric study of the ‘Optimal Case’ reveals the exceptional performance of the systems equipped with large mass TMDs in attenuating structural response to seismic excitations. The impact of limiting the TMD damping results in the degradation in the performance of TMDs with a detrimental effect for the large mass ratios and elevated structural damping. The frequency domain analysis of the idealized system reaffirms the results and underscores the robustness of the large mass TMDs against a broader range of earthquake frequencies. The investigation was further extended to a case study. The application of the large mass TMDs to the practical case structure also confirms the superior performance of the large mass TMDs in the response reduction of the dominant mode.

La prestazione sismica dei sistemi dotati di Tuned Mass Damper (TMD) di grande massa viene qui studiata eseguendo uno studio parametrico completo di un sistema idealizzato a due gradi di libertà. Lo studio parametrico consta in uno studio di ottimizzazione volto a sviluppare i parametri di sintonizzazione ottimali per il TMD, seguito da uno studio dettagliato di determinazione della risposta nel dominio del tempo e della frequenza. Il caso base prevede di definire la risposta dei sistemi dotati di TMD aventi parametri ottimale sottoposti a time-history di accelerazione per un una serie di eccitazioni di base sismica. Successivamente, per valutare l’effetto legato allo smorzamento del TMD, vengono studiati anche casi limite estremi. Lo studio parametrico del “caso ottimale” rivela le eccezionali prestazioni dei sistemi dotati di TMD di grande massa nell’attenuare la risposta strutturale alle sollecitazioni sismiche. La limitazione dello smorzamento dei TMD comporta, invece, il degrado delle loro prestazioni con un effetto dannoso quando si hanno grandi rapporti di massa e elevato smorzamento strutturale nella struttura principale. L’analisi nel dominio della frequenza del sistema idealizzato, riafferma i risultati ottenuti nel dominio del tempo e sottolinea la robustezza dei TMD di grande massa rispetto a una gamma più ampia di frequenze dei terremoti. L’indagine è stata ulteriormente estesa ad un caso di studio. L'applicazione dei TMD di grande massa del caso pratico, conferma una prestazione superiore di questa tipologia di dispositivi di controllo nella riduzione della risposta sismica.