بخشی از مقاله
چکیده
امروزه استفاده از سیستم های کنترل مکانیکی به منظور جلوگیری از ارتعاشات سازه های مهندسی در مقابل زلزله بسیار مرسوم گردیده است.این سیستم ها را می توان به چهار گروه کنترل فعال ، کنترل غیر فعال ، کنترل نیمه فعال و کنترل مرکب تقسیم کرد. سیستمهای کنترلی با الحاق یک جزء مکانیکی به سازه باعث کاهش در پاسخ سازهها در هنگام اعمال نیروهای دینامیکی به سازه میشوند. یکی از مزایای سیستمهای فعال پویایی و قدرت تطبیق دادن رفتار سازه به منظور مقاومت در برابر نیروهای زلزله است.
با توجه به این نکته که این سیستمها در لحظه وقوع زلزله نیروهای زلزله را تشخیص داده و مطابق با آن این سیستم پاسخ لازم را اعمال میکند، لذا بهتر میتواند در برابر این نیروها مقاومت کند و در نهایت وجود این سیستم الحاقی موجب کاهش صدمات به سازهها میشود. کنترل فعال به واسطه انرژی خارجی که موجب مقابله با بارهای دینامیکی طبیعی میشود، بسیار کارآمدتر از کنترلهای غیر فعال در تحقیقات نشان داده شده است.
همچنین کنترل فعال در استفاده از اطلاعات مربوط به پاسخهای غیر محلی و تعیین نیروی کنترلی فعال از دیگر کنترلها عملکرد بهترین داشته است. این کنترل با اندازهگیری پاسخهای وارد شده در سازه و عملیات بر روی آنها باعث محاسبه و تولید نیروی کنترل فعال میشود در نتیجه استراتژی کنترل فعال بسیار پیچیدهتر از کنترل غیر فعال است چون که نیاز به نصب حس گرهای گوناگون و ابزارآلات کنترلی دارد. در این مقاله مروری بر تحقیقات انجام شده بر روی سیستم های کنترل صورت گرفته و همچنین منطق فازی مورد توجه قرار می گیرد.
مقدمه:
تا به حال آئیننامههای بسیاری در سراسر دنیا برای محاسبه و ساخت سازههای مقاوم در برابر زلزله تهیه شده است و روشهای بسیاری برای محاسبه این نیرو ارائه شده است که از آن جمله میتوان روش استاتیکی معادل، شبهاستاتیکی - یا طیفی - ، دینامیکی و ... را نام برد. در تمام این روشها، نیروی زلزله اعمال شده بر ساختمانها توسط آمار و اطلاعاتی که از زلزلههای قبلی در دنیا یا منطقه ثبت شدهاند بدست میآید و ایمنی سازهها را بر حسب اهمیت سازه و نوع ساختگاه زمینشناسی بستر و اطلاعات دیگر تامین میکند. اما با این وجود، ممکن است زلزلهای که در آینده به هر یک از این سازهها وارد شود با تمام زلزلههایی که برای محاسبه مقاومت و پایداری سازه در نظر گرفته شده است متفاوت باشد.
زیرا اساساً ماهیت زلزله یک پدیده اتفاقی بوده و رخ داد هر زلزله با تمام زلزلههای دیگر در سراسر جهان متفاوت است. به همین دلیل پس از محاسبه نیروی زلزله توسط روشهای ذکر شده روشهایی جهت طراحی ساختمان مقاوم در برابر زلزله مطرح میشوند. که این روشها را میتوان به دو دسته کلاسیک - سنتی - و مدرن تقسیمبندی کرد.در روشهای کلاسیک طراحی بر اساس حداکثر نیروی اعمال شده به ساختمان با ترکیب نیروهای احتمالی که از طریق آئیننامههای مختلف بدست میآید، تکتک اجزاء سازه را بر اساس روش مقاومت نهایی یا نیروی حداکثر طراحی میکنند.
اما در روشهای کلاسیک امروزیتر پایداری سازه با روش طراحی بر اساس عملکرد نیز مطرح شده است که در اینجا مجالی برای شرح این روشها نمیباشد.اما در روشهای مدرن علاوه بر طراحی سازه به روش کلاسیک از سیستمهای الحاقی نیز به منظور بالا بردن ایمنی و مقاومت عناصر سازه در برابر بارهای دینامیکی و همچنین اقتصادی کردن اجزاء سازه کمک میگیرند.این سیستمها به چهار دسته عمده بر اساس نوع الحاقشان به سازه و بر اساس نوع سیستمی که جهت کاهش نیروی زلزله در آنها به کار رفته، تقسیم میشوند: سیستمهای کنترل غیر فعال، فعال، نیمه فعال و مرکب. به طور کلی این سیستمها انرژی زلزله را یا از طریق جذب یا از طریق تغییر در فرکانس سازه مهار میکنند و باعث میشوند که انرژی زلزله به اجزاء اصلی سازه صدمه نزنند.
این سیستمها را میتوان بر روی سازههای موجود نیز پیاده نمود که در صورت لزوم بعد از رخداد زلزله نیز قابل تعویض و یا تعمیر میباشند. با توجه به اینکه سازههای غیر مقاوم در برابر زلزله در کشورمان زیاد یافت میشود و همچنین با توجه به این نکته که استفاده از سیستمهای الحاقی به نحو بسیار مطلوبی پاسخ دینامیکی سازهها را کاهش میدهد، لذا استفاده از این سیستمها در کشورمان حائز اهمیت میباشد.
-1سیستمهای کنترل فعال 1 - ATMD - و غیر فعال 2 - TMD -
سیستمهای کنترلی از جمله سیستمهای مدرن طراحی سازهها میباشد که امروزه کاربرد زیادی در صنعت ساختمان پیدا کرده است. یکی از این سیستمهای کنترل استفاده از میراگر و جرم تنظیم شونده - TMD - میباشد. این سیستم یکی از قدیمیترین سیستمهای الحاق میباشد و در عین حال کاربردهای فراوانی در علوم مکانیک، هوافضا و عمران را به دنبال داشته است. این سیستم از یک جرم، کمک فنر و فنر تشکیل شده است، به طوریکه جرم مذکور توسط یک کمک فنر و یک فنر به یکی از درجات آزادی سازه تحت کنترل متصل میشود که در نهایت باعث کاهش پاسخ سازه میگردد. لازم به توضیح است که طراحی بهینه این کنترل کننده منوط به تعیین درست پارامترهای جرم، سختی فنر، ضریب میرایی کمک فنر و مکان اتصال سیستم به سازه میباشد.
این سیستمها در سازمانهای مختلف جهت کنترل ارتعاشات باد و زلزله به کار برده شدهاند. به دلیل ساختار این سیستم و اینکه تغییراتی روی پارامترهای سیستم در حین اعمال نیروی طبیعی صورت نمیگیرد، و همچنین به دلیل عدم وجود نیروی خارجی فعال جهت کنترل در سیستم، این سیستم جزء کنترل کنندههای غیرفعال محسوب میشود. به منظر فعال نمودن این سیستم با بالا بردن کارآیی آن به این سیستم یک نیروی فعال خارجی اضافه میشود که در هنگام وجود نیروی دینامیکی طبیعی در هر لحظه برآورد شده و به جرم تنظیم شونده اعمال میشود.
این سیستم یکی از سیستمهای کاربردی در صنعت ساخت و ساز میباشد و امروزه تعدادی از ساختمانهای بلند توسط همین سیستم کنترل میشوند. همان طور که اشاره شد فرق اصلی سیستم TMD و سیستم جدید میراگر و جرم تنظیم شونده فعال3، تنها وجود یک نیروی فعال میباشد. تحقیقات وسیعی در این خصوص که چگونه در هر لحظه مقدار نیروی فعال را بدست آورده میشود، صورت گرفته است.
سیستم TMD اولین بار توسط فرام در 1909 به عنوان سیستم جذب کننده انرژی مطرح شد و بعد توسط محققان زیادی مورد بحث و بررسی قرار گرفت و نمودارهای طراحی زیادی برای الحاق این سیستم به یک سیستم یک درجه آزادی بدست آمد. پس از آن در سال 1970 مفاهیم کنترل فعال توسط یاو وارد مباحث مهندسی عمران گردید. از 1970 به بعد محققان الگوریتمهای زیادی را جهت محاسبه نیروی فعال به کار بردند که هر یک نتایج قابل توجهی را در برداشت .[soong.89]
-2منطق فازی:
- همه چیز بطور نسبی درست یا غلط است - . جمله فوق در واقع در میان متفکران نظریه فازی به عنوان یک اصل در مقابل اصل »طرد شق ثالث« متفکران نظریه دو ارزشی تلقی میشود. جملاتی مثل »اول فروردین 1381 روز شنبه«،» بقراط مرده است«،»سقراط فانی است«، درجه حرارت هوا 30° است. 4=2 +2 تنها عدد اول زوج 2 است. 3» عدد اول نیست.« و از این قبیل یا صادق هستند و یا نیستند و از این دو حال خارج نمیشوند. از ابتدای حیات ریاضیات صادق یا کاذب بودن گزارهها مسلم و قطعی فرض میشد و شرایطی خارج از این دو حالت قابل تصور نبود. اساس علم منطق و ریاضی سیستم دو ارزشی بوده و به تبع آن جهان علم بر این مبنا پایهریزی گردیده است.
بارت کاسکو در کتاب تفکر فازی چنین نگرشی را نگرش سیاه و سفید مینامد و ان را یک اشتباه بزرگ علم قلمداد میکند و مدعی است که علم واقعیت های خاکستری یا فازی را با ابزار سیاه و سفید به نمایش گذاشته است و بدین گونه به نظر میرسد که واقعیتها نیز تنها سیاه یا سفید هستند .[Wang, et al. 1982]آنچه محل تامل نظریهپردازان فازی میباشد عبارتهایی است که در انها مباحثی وجود دارد که چندان شفاف و واضح نیستند و رگههایی از ابهام - vagueness - و عدم قطعیت - Uncertainty - در آنها وجود دارد.
اگر در یک جمع از حضار بخواهیم افراد متاهل دست خود را بالا ببرند یک مجموعه مشخص متاهل و یک مجموعه مشخص غیر متاهل خواهیم داشت یا اگر بخواهیم میتوانیم به راحتی مجموعه زنان و مردان را تفکیک کنیم، اما در همان جمع اگر بخواهیم افرادی که از شغل خود رضایت دارند دست خود را بالا ببرند در کنار کسانی که بطور واضح دست خود را بالا بردهاند و کسانی که با خیال راحت دستهایشان پایین است افرادی را خواهیم دید که در بالا نگه داشتن دستهای خود دچار تردید هستند و دستشان کم و بیش بالاست و یا کمی بالا رفته است که چنین واکنشی شاید نشان دهنده رضایت نسبی و یا کم رضایتی شغلی باشد.
مباحثی مثل فانی و غیر فانی، زنده و مرده، مرد و زن، سفید و سفید و از این قبیل مجموعه هایی مشخص، قطعی و دقیق - Precise - هستند که اعضای کاملاً مشخص دارند که تردیدی در تعلق شی خاصی مثل a در آنها وجود ندارد. اما مجموعه انسانهای خوشحال، راضی، بلند قد، زیبا، باهوش، فعال و لایق دارای یک سری ویژگیهای کیفی هستند که برای انها مرز مشخص و قطعی و مسلمی وجود ندارد. این مفاهیم زبانی دارای ابهام هستند. در کتب منابع مختلف ربانشناسی، دستور زبان و فلسفه و منطق تعاریف و تقسیمبندیهای متفاوتی از مقوله ابهام - در برخی موارد به Ambiguity اشاره شده است - آمده است.
