بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله، عملکرد لرزه ای میراگرهای جرمی تنظیم شده اصطکاکی - FTMD - ، که نوع جدید و توسعه یافتهای از میراگرهای جرمی تنظیم شده است، میخواهد بر روی سازههای بلند بررسی گردد. بدین منظور، یک سازه 40 طبقه محک مدلسازی شده و پارامترهای میراگرهای جرمی تنظیم شده اصطکاکی با استفاده از الگوریتم ازدحام ذرات طراحی شده است. آنالیز تاریخچه زمانی تحت دو شتاب نگاشت زلزله طبس - حوزه نزدیک - و زلزله ال سنترو - حوزه دور - بر روی آن انجام شده است.
نتایج شبیه سازیها نشان می دهند که میراگر جرمی تنظیم شده اصطکاکی عملکرد لرزه ای مطلوبتری را در کاهش پاسخ های لرزهای سازه نسبت به میراگر جرمی تنظیم شده فراهم می نمایند. همچنین نتایج، کارایی الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات را برای طراحی بهینه این نوع از میراگرها نشان می دهند. مطالعات انجام شده نشان می دهند که رفتار لرزه ای FTMD بسته به نوع زلزله و محتوای فرکانسی آن متغیر خواهد بود.
.1 مقدمه
کشور ایران بر روی کمربند زلزله آلپ - هیمالیا قرار دارد و به عنوان یک تهدید بزرگ برای کشور ما مطرح می باشد. متاسفانه با وجود اثبات کارایی ابزار کنترل سازه در بهبود پاسخ لرزه ای سازه ها، استفاده از این ابزارها در کشور ما چندان مورد توجه واقع نشده است. روشهای معمول استهلاک انرژی در سازه ها برای استفاده از تغییر شکل های غیر خطی مصالح به کار گرفته در ساخت آن استوار می باشد؛ ولی در حال حاضر مستهلک کردن انرژی وارد به سازه در اثر زلزله، به سمت استفاده از وسایل کنترل سازه ای غیر فعال،فعال،نیمه فعال و مرکب سوق یافته است. کنترل سازه یکی از فناوری های نسبتا جدید در زمینه طراحی مقاوم سازه ها در برابر زلزله می باشد.
در این روش بهبود پاسخ دینامیکی سازه با استفاده از تغییر در جرم ، سختی، میرایی و یا با تامین نیروهای فعال و یا غیر فعال در سازه صورت میگیرد.کارایی ابزار کنترل سازه برای بهبود پاسخ سازه ها در مقابل باد و زلزله تایید شده است .[1] میراگرهای جرمی تنظیم شده وسایل کنترل غیرفعالی هستند که در سازههایی نظیر ساختمانهای بلند و پلهای با دهانه-های بزرگ جهت کنترل ارتعاشات نامطلوب بکار برده میشوند. تعداد بسیاری از ساختمانهای بلند جدید برای کاهش ارتعاشات تحت نیروهای باد و یا زلزلههای متوسط به نسخههای مختلف میراگر جرمی مجهز شدهاند .[2] جانجید و باکر روابط ریاضی مشخصی را برای طراحی بهینه TMD، با بکارگیری روشهای جستجوی عددی، ارائه دادند .
[4] حقاللهی و همکاران در مقالهایی به بررسی تأثیر پارامترهای موثر میراگر جرمی بر روی پاسخ سازه ها پرداختند. آن ها بدین منظور سه قاب 10، 15 و 20 طبقه را مورد بررسی قرار دادند. نتایج نشان دهنده حساسیت بیشتر پاسخ سازه به نسبت جرمی میراگر تنظیم شده در مقایسه با دو پارامتر نسبت میرایی و نسبت فرکانس میراگر با افزایش ارتفاع سازه میباشد .[5] فرشیدانفر و همکاران به بررسی پارامترهای بهینه میراگرهای جرمی تنظیم شده با استفاده از الگوریتم کلونی مورچگان بر روی سازههای بلند پرداختند. آنها همچنین در پژوهش خود تاثیرات اندرکنش خاک و سازه را نیز در نظر گرفتند. .[6]
اتلاف انرژی با استفاده از مکانیزم اصطکاکی در میراگرهای جرمی تنظیم شده در واقع یک میراگر جرمی تنظیم شده غیرخطی را توسعه خواهد داد که در مقایسه با میراگرهای جرمی تنظیم شده مرسوم، عملکرد مطلوبتری را در کاهش پاسخهای لرزهای سازهها فراهم میآورند .[3]گوی و باسو در تحقیقی استفاده از سیستمهای TMD اصطکاکی که نوعی جدیدی از سیستمهای TMD غیرخطی هستند را پیشنهاد کردهاند. نیروی لغزشی در ابزارهای غیرفعال این نوع از TMDها، یک مقدار ثابت از پیش تعیین شده است.
بنابراین TMDهای اصطکاکی غیرفعال تنها زمانی که نیروی اصطکاکی اعمال شده از حرکت TMD ارتعاشی از مقدار نیروی لغزشی ثابت تجاوز کند، دچار لغزش شده و به کار میافتند و انرژی ارتعاشی را مستهلک مینمایند .[3] همچنین جانجید و پیسال در سال 2014 به بررسی مطالعات پاسخ سازه با استفاده از FTMD چندگانه پرداختند که در این مقاله، به مطالعه پارامتریک میراگر جرمی تنظیم شده اصطکاکی برای کاهش پاسخ سازه پنج طبقه پرداخته شده است .[ 7]لازم به ذکر است که تاکنون مطالعه جامعی بر روی رفتار لرزه ای این نوع از میراگرها در سازه های بلند در معرض زلزله انجام نشده است. هدف از پژوهش حاضر، تنظیم بهینه میراگر جرمی تنظیم شده اصطکاکی در سازههای بلند با استفاده از الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات موسوم به PSO میباشد.
بدین منظور یک سازه 40 طبقه محک مدلسازی شده و در سه حالت، سازه بدون میراگر، سازه مجهز به میراگر جرمی تنظیم شده و سازه مجهز به میراگر جرمی تنظیم شده اصطکاکی مورد آنالیز تاریخچه زمانی قرار گرفته است. از دو شتاب نگاشت زلزله طبس - نماینده زلزله های حوزه نزدیک - و ال سنترو - نماینده زلزله های حوزه دور - استفاده شده است. سپس میزان کاهش پاسخ لرزه ای سازه در جابجایی و شتاب بام بررسی شده است.
.2 الگوریتم ازدحام ذرات - - PSO
الگوریتم ازدحام ذرات برای اولین بار توسط کندی و ابرهات در سال 1995 ارائه شد. یکی از ویژگی های الگوریتم ازدحام ذرات این است که از گرادیان مساله استفاده نمی کند، لذا برای مسائل کنترل لرزه ای و طراحی بهینه میراگرهای جرمی تنظیم شده مناسب است. از دیگر مزایای این الگوریتم این است که هیچ فرضی در حل مساله صورت نمی گیرد و الگوریتم می تواند ناحیه بسیار وسیع از جواب های احتمالی را جستجو کند.
این الگوریتم هر جواب احتمالی را بصورت نقطه ای در ناحیه n بعدی مساله فرض می کند که موقعیت این نقاط با بردار و سرعت حرکت هر ذره در این ناحیه با بردار ، نشان داده می شود. هر ذره که بخشی از یک جمعیت اولیه هست، در ناحیه حل مساله حرکت می کند و جهت حرکت آن و مسافتی که طی می کند، بر اساس ضریبی از بهترین تجربه فردی و بهترین تجربه ای که کل ذرات تا آن مرحله داشته اند می باشد. در شکل 1 فلوچارت الگوریتم ازدحام ذرات نشان داده شده است.
