بخشی از مقاله
خلاصه
در سالیان اخیر، میراگرهای جرمی تنظیم شده در انواع فعال، نیمه فعال، غیرفعال و ترکیبی با اتلاف سهم عمدهای از انرژی ورودی، خسارات وارد شده به سازه اصلی در اثر استهلاک انرژی هیسترتیک را کاهش میدهند. میراگر نیمه فعال جرمی خودتنظیم با سختی متغیر - - RVS-TMD از زمرهی این نوع میراگرها میباشد که به کمک تغییر سختی و جلوگیری از جابجایی بیش از حد میراگر جرمی تنظیم شده، عملکردی شبیه به میراگر فعال دارد. در این پژوهش، رفتار لرزهای ساختمان 30 طبقه فولادی با قاب خمشی ویژه و مهاربند همگرا در حضور هر کدام از میراگرهای RVS-TMD و غیرفعال ارزیابی شده است. همچنین به منظور بهینه یابی مکان میراگر، موقعیت هرکدام از میراگرها در طبقات مختلف مورد بررسی قرار گرفته تا موقعیت بهینه حاصل گردد. تحلیل به روش تاریخچه زمانی خطی و تحت اثر هفت زوج شتابنگاشت بوده که به کمک نرم افزارهای MATLAB و OPENSEES مدل سازی و تحلیل گردیده است. نتایج نشان می دهد که مقدار کاهش بهینه پاسخ سازه با قرارگیری میراگر در طبقات فوقانی رخ داده و میانگین کاهش جابجایی در هنگام قرارگیری میراگر در طبقات فوقانی برای هفت زوج شتابنگاشت توسط میراگر غیرفعال 31,25 درصد بوده و توسط میراگر نیمه فعال پیشنهادی 51,87 درصد میباشد.
-1 مقدمه
امروزه، حفظ عملکرد سازه و امنیت آن در برابر حوادث طبیعی زلزله و بادهای شدید و ارتعاشات دیگر یکی از دغدغههای بزرگ مهندسین در بحث پدافند غیرعامل میباشد. این امر با روند بلند مرتبه سازی و ساخت و ساز در مناطق لرزه خیز، اهمیت فوق العادهای پیدا کرده است. به همین دلیل در سالهای اخیر، تحقیقات زیادی در مورد کنترل سازهها انجام شده است. روشها و سیستمهای گوناگونی برای کنترل سازه وجود دارد که شامل کنترل فعال، نیمه فعال و غیرفعال سازه میباشد. در این بین، سیستمهای غیرفعال به دلیل سادگی سیستم، کم هزینه بودن و عدم نیاز به انرژی خارجی کاربرد عملی بیشتری یافتهاند. در سالیان اخیر، روشهای ابداعی جهت افزایش کارایی و ایمنی سازهها در برابر ارتعاشات از جمله زمین لرزه و انفجار در دست تحقیق و ارائه میباشد. از دیدگاه انرژی، به منظور طراحی مناسب، بایستی مقدار انرژی هیسترتیک مستهلک شده توسط سازه کاهش یابد. این عمل توسط سیستمهای کنترلی در سازهها به دو روش زیر صورت میپذیرد: -1 کاهش مقدار انرژی ورودی به سازه، - 2 معرفی مکانیزمهای اضافی اتلاف انرژی در سازه، به گونهای که سهم عمدهای از انرژی ورودی را مستهلک کنند و در نتیجه خسارات وارد شده به سازه اصلی در اثر استهلاک انرژی هیسترتیک را کاهش دهند. میراگر نیمه فعال جرمی خودتنظیم با سختی متغیر - RVS-TMD - 1 به کمک تغییر سختی و جلوگیری از جابجایی بیش از حد میراگر جرمی تنظیم شده، عملکردی شبیه به میراگر فعال دارد. در این مقاله به بررسی رفتار لرزهای ساختمان سی طبقه فولادی در حضور میراگرهای RVS-TMD و نوع غیرفعال آن پرداخته شده است.
-2 پیشینه تحقیق
در سالهای اخیر تحقیقات زیادی در مورد کنترل سازهها انجام شده است. سیستمهای کنترل برحسب میزان انرژی مورد نیاز و نیز نحوه عملکرد، به چهار گروه کلی زیر تقسیم میشوند:
-1 سیستمهای کنترل فعال
-2 سیستمهای کنترل نیمهفعال
-3 سیستمهای کنترل ترکیبی
-4 سیستمهای کنترل غیرفعال
سیستمهای کنترل فعال با اعمال نیروی خارجی در خلاف جهت نیروی ارتعاشی وارد بر ساختمان، سعی بر کنترل رفتار آن در هنگام مرتعش شدن دارند. از مشکلات عمده سیستمهای کنترل فعال، نیاز به میزان انرژی خارجی زیاد جهت عملکرد مناسب میباشد و از آنجا که این سیستمها انرژی خارجی قابل توجهی جهت کنترل سازه به آن وارد میکنند، امکان ناپایدار شدن سازه بر اثر سیستمهای مذکور وجود دارد. سیستمهای میراگر با جرم فعال، تاندونهای فعال و ... نمونه هایی از سیستم های فعال هستند. سیستمهای کنترل نیمهفعال که میتوان آنها را سیستمهای کنترل غیرفعال قابل تنظیم نیز نامید، مجهز به میراگرهایی هستند که در هر لحظه قابل کنترل بوده ولی قادر به اعمال انرژی به سازه نمیباشند. آنها برخلاف سیستمهای کنترل فعال، نیازمند انرژی خارجی قابل توجهی نمیباشند. این مسأله به خصوص هنگام وقوع ارتعاش، نقش تعیین کنندهای دارد. از ویژگیهای سیستم کنترلی مذکور این است که میتواند در هر لحظه عملکرد خود را براساس نیروی وارده تطبیق دهد - ویژگی سیستمهای فعال - و تنها انرژی را جذب یا مستهلک کند - ویژگی سیستمهای غیرفعال - ، لذا پایداری سیستم را تأمین میکند. از طرفی این نوع سیستمهای کنترل، در مقایسه با سیستمهای کنترل فعال، انرژی بسیار کمتری مصرف کرده و نسبت به سیستمهای کنترل غیرفعال در کاهش پاسخهای سازهای مؤثرترند. بعلاوه، در صورت آسیب دیدن منبع انرژی، مانند سیستمهای کنترل غیرفعال عمل می کنند.
در سیستم کنترل ترکیبی به صورت همزمان از میراگرهای کنترل فعال و غیرفعال استفاده میشود. این گونه سیستم ها معمولاً به صورتی تنظیم میشوند که در ارتعاشهای ضعیف و متوسط که کارآیی سیستم کنترل غیرفعال کم بوده و سیستم کنترل فعال احتیاج به اعمال انرژی کمتری دارد، مشابه سیستم کنترل فعال و در ارتعاشهای شدید که کارآیی سیستم کنترل غیرفعال بسیار مناسب بوده و سیستم کنترل فعال به دلیل وجود حد اشباع در تولید نیروی کنترل مورد نظر دچار مشکل میباشد، مانند سیستم کنترل غیرفعال عمل مینمایند. سیستمهای کنترل غیرفعال با استفاده از جذب یا انعکاس قسمتی از انرژی ورودی ناشی از ارتعاش به سازه، از آنها محافظت میکنند و جهت کارکرد به منبع انرژی خارجی نیاز ندارند. سیستمهای جداسازی پایه، میراگر با جرم متوازن و ... نمونههایی از سیستمهای غیرفعال هستند.
-1-2میراگرهای سختی متغیّر نیمه فعال
این سیستم نیمهفعال قابلیت آن را دارد که سختی سازه و در نتیجه فرکانس طبیعی آن را اصلاح کند و بدین طریق از بروز شرایط رزونانس جلوگیری نماید. این ابزارها در سیستم مهاربندی سازه نصب شده و در هنگام لزوم، درگیر و یا آزاد شده تا سختی سازه را تغییر دهند. مصرف انرژی آنها بسیار پایین بوده - حدود 20 وات - و خرابی آنها در هنگام زلزله، به ندرت رخ میدهد. میراگرهای سختی نیمه فعال از یک سیلندر پر از مایع، یک پیستون و یک سوپاپ کنترل موتور تشکیل شده-اند. موتور سوپاپ باز را تنظیم میکند، بنابراین کنترل جریان مایع ویسکوز - عموما روغن - و تنظیم ضریب میرایی در زمان حقیقی صورت میپذیرد. پتن1 و همکارانش [1] برای اولین بار میراگرهای سختی نیمه فعال را معرفی نمودند. جباری2 و بابروف[2] 3 از راهاندازی مجدد میراگرهای سختی نیمه فعال - RSASD - برای کنترل یک قاب سه دهانه سه طبقه دو بعدی تحت تحریک تصادفی استفاده نمودند. این سیستم با اضافه کردن سختی به سیستم هنگامیکه سوپاپ بسته است و رها سازی انرژی جذب شده، هنگامیکه سوپاپ باز است - به صورت دورهای موقعیت پیستون را تنظیم مجدد میکند، در حالیکه هیچ نیرویی بروی سیستم اعمال نمیشود - عمل میکند. نویسندگان دریافتند که سیستم RSASD با استفاده از یک الگوریتم کنترل غیر متمرکز، کنترل مناسب سازهای را فراهم میکند. نیشیتانی4 و همکارانش [3] در مورد استفاده از میراگرهای سختی نیمه فعال با نیروی لغزش متغیر، آنجا که برگشت پذیری دو خطی در میراگرها یک فاکتور شکلپذیری مستقل از میزان بار تحریک لرزهای فراهم میکند، بحث نمودند. برگشت پذیری دو خطی از طریق استفاده از میراگرهای لغزشی حاصل میشود. هنگامیکه به یک
