کنترل ارتعاشات سازه‌های نامنظم در سختی تحت بارگذاری زلزله‌های حوزه دور و نزدیک توسط میراگرهای مغناطیسی با کنترل ‌کننده‌های فازی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی عمران، واحد سمنان، دانشگاه آزاد اسلامی، سمنان، ایران.

2 استاد دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران.

3 دانشیار دانشکده مهندسی عمران، واحد سمنان ، دانشگاه آزاد اسلامی، سمنان، ایران.

چکیده

با افزایش جمعیت شهرها و کمبود فضاهایی برای ساخت ‌و ساز، ایجاد کاربری متنوع و معماری و زیبایی سازه‌ها، نیاز به سازه‌های نامنظم بالاجبار در حال افزایش است. یکی از راه‌کارهای کاهش خطرات ساخت و استفاده از این سازه‌ها، استفاده از ابزارهای کنترل ارتعاشات در آن‌ها است. در مطالعه حاضر عملکرد میراگر مغناطیسی با کنترل ‌کننده فازی برای کاهش ارتعاشات سازه‌ نامنظم سختی تحت زلزله‌های دور و نزدیک مورد بررسی قرار گرفته است. ظرفیت میراگر مغناطیسی معرفی شده معادل 1000 کیلونیوتن است که در طبقه اول بین تراز کف و تراز سقف طبقه اول تعبیه شده است. سیستم فازی بر اساس سرعت نسبی دو سر میراگر طراحی شده است تا با مشخص شدن سرعت نسبی، مقدار ولتاژ و در نتیجه نیروی کنترلی که به سازه وارد می‌شود تعیین گردد. سه حالت مختلف نامنظمی غیرهندسی در ارتفاع که شامل نامنظمی سختی با ضریب نامنظمی 60 درصد در یک سازه 10 طبقه استفاده و در نرم‌افزار اپنسیس مدل‌سازی شده است. این نامنظمی‌ها در سه مکان متفاوت ارتفاعی شامل نیمه پایینی ارتفاع سازه (طبقات 1 تا 5)، پایین‌ترین طبقه (طبقه اول) و طبقه میانی سازه (طبقه 5) مورد بررسی قرار گرفته است. بر مبنای تحلیل‌های عددی انجام‌ گرفته برای این سازه‌ها تحت تحریک ورودی زلزله‌های حوزه دور و نزدیک، تغییر مکان باقی‌مانده به ‌طور میانگین به ترتیب 23/15% و 45/64% کاهش می‌یابد. علاوه بر بهبود معیارهایی همچون حداکثر تغییر مکان، برش و لنگر پایه در هر دو نوع زلزله، بیشترین بهبود برای سازه نامنظم در طبقه اول و کمترین آن برای سازه نامنظم در طبقه میانی رخ داده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Vibration control of stiffness irregular structures under near and far-field earthquakes by MR dampers and fuzzy controllers

نویسندگان [English]

  • mohammadreza zamanian 1
  • ali kheyroddin 2
  • alireza mortezaei 3
1 Department of Civil Engineering, Semnan Branch, Islamic Azad University, Semnan, Iran.
2 Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran.
3 Seismic Geotechnical and High Performance Concrete Research Centre, Department of Civil Engineering, Semnan Branch, Islamic Azad University, Semnan, Iran.
چکیده [English]

With the increase in the population of cities and the lack of spaces for construction, the creation of diverse uses, architecture and beauty of structures, the need for irregular structures is increasing. One way to reduce the construction hazards is to use vibration control tools in them. In the present study, the performance of a magnetic damper with a fuzzy controller to reduce the vibrations of an irregular hard structure under near and near earthquakes has been investigated. In the present study, the performance of a magnetic damper with the fuzzy controller to reduce the vibrations of an irregular stiffness structure under near and far field earthquakes has been investigated. The capacity of the introduced magnetic damper is equal to 1000kN, which is installed in the first floor between the floor level and the ceiling level of the first floor. The fuzzy system is designed based on the relative speed of the two ends of the damper to determine the relative speed of the amount of voltage and, consequently the control force that enters the structure. Three different types of irregularities in height, including hardness irregularities with a coefficient of 60%, are used in a 10-story structure and are modeled in the OpenSees software. These irregularities have been investigated in three different elevation locations including the lower half of the structure height (floors 1 to 5), the lowest floor (1st floor) and the middle floor of the structure (5th floor). Based on the numerical analyzes performed for these structures under the excitation of near and far field earthquakes, the residual displacement is reduced by an average of 23.15% and 45.64%, respectively. In addition to the improvement of criteria such as maximum displacement, base shear and moment in both types of earthquakes, the most improvement occurred in the irregular structure of the first floor and the least for the middle floor. In addition to improving criteria such as maximum displacement, base shear, and moment in both types of earthquakes, the most improvement occurred for the irregular structure on the first floor and the least for the irregular structure in the middle floor.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Stiffness irregular structures
  • Semi-Active Control
  • Magnetorheological damper
  • Fuzzy controller
  • Far and near field earthquake
[1] F. Michalis, V. Dimitrios, P. Manolis, Evaluation of the influence of vertical irregularities on the seismic performance of a nine‐storey steel frame, Earthquake engineering & structural dynamics, 35(12) (2006) 1489-1509.
[2] K. Le‐Trung, K. Lee, J. Lee, D.H. Lee, Evaluation of seismic behaviour of steel special moment frame buildings with vertical irregularities, The Structural Design of Tall and Special Buildings, 21(3) (2012) 215-232.
[3] F. Mazza, Seismic demand of base-isolated irregular structures subjected to pulse-type earthquakes, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 108 (2018) 111-129.
[4] R. Oyguc, C. Toros, A.E. Abdelnaby, Seismic behavior of irregular reinforced-concrete structures under multiple earthquake excitations, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 104 (2018) 15-32.
[5] A. Bathaei, S.M. Zahrai, M. Ramezani, Semi-active seismic control of an 11-DOF building model with TMD+ MR damper using type-1 and-2 fuzzy algorithms, Journal of Vibration and Control, 24(13) (2018) 2938-2953.
[6] V. Bhaiya, M. Shrimali, S. Bharti, T. Datta, Modified semiactive control with MR dampers for partially observed systems, Engineering Structures, 191 (2019) 129-147.
[7] H. Zhu, X. Rui, F. Yang, W. Zhu, M. Wei, An efficient parameters identification method of normalized Bouc-Wen model for MR damper, Journal of Sound and Vibration, 448 (2019) 146-158.
[8] H. Su, X. Yang, L. Liu, Y. Lei, Identifying nonlinear characteristics of model-free MR dampers in structures with partial response data, Measurement, 130 (2018) 362-371.
[9] D.-S. Yoon, Y.-J. Park, S.-B. Choi, An eddy current effect on the response time of a magnetorheological damper: Analysis and experimental validation, Mechanical Systems and Signal Processing, 127 (2019) 136-158.
[10] M. Hoseini, H. Konaraki, Application of OpenSees software in modeling and structural analysis, Azadeh publications, Tehran, 1396 (in persian).
[11] S.-Y. Ok, D.-S. Kim, K.-S. Park, H.-M. Koh, Semi-active fuzzy control of cable-stayed bridges using magneto-rheological dampers, Engineering structures, 29(5) (2007) 776-788.
[12] H.-S. Kim, J.-W. Kang, Semi-active fuzzy control of a wind-excited tall building using multi-objective genetic algorithm, Engineering Structures, 41 (2012) 242-257.