نشریه مهندسی عمران امیرکبیر

نشریه مهندسی عمران امیرکبیر

بررسی رویکرد مبتنی بر مفاهیم انرژی در بهینه سازی میراگرهای ویسکوز

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی عمران، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران
2 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران
چکیده
در این پژوهش، به‌منظور بهبود عملکرد لرزه‌ای قاب‌های خمشی فولادی، رویکردی مبتنی بر مفاهیم انرژی برای بهینه‌سازی هم‌زمان موقعیت و پارامترهای میراگرهای ویسکوز ارائه شده است. بدین منظور از الگوریتم ازدحام ذرات گسسته-پیوسته اصلاح‌شده (BRPSO) استفاده گردید تا ضمن تعیین توزیع بهینه میراگرها در طبقات، مقادیر بهینه ضریب میرایی و توان سرعت آن‌ها نیز حاصل شود. تابع هدف بر اساس بیشینه کردن سهم انرژی مستهلک‌شده توسط میراگر نسبت به انرژی ورودی لرزه‌ای تعریف شد و قیود سازه‌ای شامل حد مجاز دریفت بین‌طبقه‌ای در فرآیند بهینه‌سازی لحاظ گردید. قاب‌های خمشی فولادی ویژه‌ی ۶ و ۱۰ طبقه در نرم‌افزار OpenSees مدل‌سازی و تحت تحریک پایه از نوع اغتشاش سفید فیلترشده با مدل کانای–تاجیمی تحلیل شدند. نتایج نشان می‌دهد که به‌کارگیری میراگرهای ویسکوز با چیدمان و پارامترهای بهینه می‌تواند تا بیش از 11/99% انرژی هیسترزیس و حدود 12/12% از انرژی ورودی را در قاب ۶ طبقه و تا 100% انرژی هیسترزیس و حدود 93/34% از انرژی ورودی را در قاب ۱۰ طبقه کاهش دهد. همچنین مشاهده شد که افزایش تعداد میراگرها بیش از مقدار بهینه، تأثیر محسوسی بر بهبود عملکرد لرزه‌ای ندارد و تنها موجب افزایش هزینه اجرایی می‌شود. در مجموع، روش پیشنهادی قادر است با کارایی بالا، موقعیت و پارامترهای بهینه میراگرهای ویسکوز را تعیین کرده و عملکرد لرزه‌ای سازه‌های فولادی را به شکل قابل توجهی بهبود بخشد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Investigation of the energy-based approach in the optimization of viscous dampers

نویسندگان English

Hossein Jarrahi 1
Shima Bijari 1
S. Javad Vaziri 2
1 Department of Civil Engineering,, University of Birjand, Birjand, Iran
2 Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
چکیده English

This study introduces an energy-based optimization framework to enhance the seismic performance of steel moment-resisting frames (SMRFs) through the strategic placement and parameter tuning of viscous dampers. A modified binary-real particle swarm optimization (BRPSO) algorithm is utilized to simultaneously determine the optimal distribution of dampers across building stories and to identify their corresponding damping coefficients and velocity exponents. The optimization objective focuses on maximizing the ratio of energy dissipated by the dampers to the total input seismic energy, while strictly adhering to structural constraints, such as permissible interstory drift limits. The proposed methodology is validated through nonlinear time-history analyses of six- and ten-story SMRFs modeled in OpenSees, subjected to Kanai–Tajimi filtered white noise excitations. Numerical results demonstrate that the optimized damping system significantly mitigates seismic demand; specifically, it reduces hysteretic energy by over 99.11% and input energy by approximately 12.12% in the six-story frame, with even more pronounced improvements (up to 100% reduction in hysteretic energy and 34.93% in input energy) observed in the ten-story structure. Furthermore, the analysis reveals a threshold effect where exceeding the optimal number of dampers yields diminishing returns on seismic performance while increasing construction costs. The findings confirm that the proposed method provides an efficient and robust solution for optimizing viscous damping systems in steel structures.

کلیدواژه‌ها English

Fluid viscous damper
Dynamic analysis
Optimization of parameters and placement
Energy-based approach
Steel Moment-Resisting Frame