JSEE چكيده 1- مقدمه. MATLAB و

Transcript

1 سال دهم ويژهنامه فارسي زمستان 87 بررسي عملكرد يك الگوريتم پيشنهادي در كنترل نيمهفعال يك ساختمان جداسازي شده مرجع با جداسازهاي غيرخطي JSEE افشين كلانتري استاديار پژوهشكده سازه پژوهشگاه بينالمللي زلزلهشناسي و مهندسي زلزله تهران ايران كليد واژهها: جداسازي لرزهاي كنترل نيمهفعال ساختمان جداسازي شده مرجع ميراگر متغير چكيده در اين مطالعه عملكرد يك الگوريتم كه پيش از اين پيشنهاد شده در مقايسه با دو روش كنترل ديگر در كنترل نيمهفعال يك ساختمان مرجع داراي سامانه جداسازي لرزهاي غيرخطي كه توسط يك گروه تحقيقاتي در محيط نرمافزاري MATLAB و SIMULINK اراي ه گرديده بررسي شده است. الگوريتم مورد نظر بهگونهاي طراحي گرديده كه منحنيهاي هيسترزيس برش پايه ايجاد شده در ساختمان مشابه منحنيهاي هيسترزيس ايجاد شده توسط تكيهگاههاي اصطكاكي باشند. در كنار سامانه كنترلي ياد شده و براي مقايسه نتايج از سامانه كنترل غيرفعال با ميراگرهاي روغني با رفتار ويسكوز و همچنين سامانه كنترل نيمهفعال با ميراگرهاي متغير كنترل شده توسط الگوريتم اسكاي- هوك استفاده شده است. تحليلها تحت هفت جفت شتابنگاشت صورت گرفته است. نمودارهاي هيسترزيس نيروي ميراگر در مقابل تغييرمكان تحت اين تحريكها اراي ه شدهاند. نتايج نشان ميدهند روشهاي نيمهفعال مورد بررسي نسبت به روش غيرفعال داراي شاخصهاي عملكردي مناسبتري هستند. روش كنترل پيشنهادي در مواردي در مقايسه با روش اسكاي- هوك در كاهش پاسخها در اين مسا له موفق عمل نموده اما تغييرات ناگهاني در نيروي ميراگرها توسط اين الگوريتم موجب افزايش شتاب طبقات گرديده و در مجموع عملكرد آن را نسبت به الگوريتم اسكاي- هوك كاهش داده است. - مقدمه در سالهاي اخير روشهاي مختلفي براي ارتقاي عملكرد لرزهاي سازهها پيشنهاد و به اجرا گذاشته شده است. توسعه فعاليتها در زمينه بهسازي لرزهاي سازهها در ايران نيز به توسعه تحقيقات و فعاليتهاي مهندسي در اين زمينه در كشور كمك نموده است. در اين بين جداسازي لرزهاي سازهها از روشهاي موفقي بوده كه با توجه روزافزون محققان و مهندسان روبهروست [-]. در اين روش با افزايش دوره تناوب طبيعي سازه مشخصات ديناميكي سازه از محدوده پريودهاي داراي خطر زياد زمينلرزه دوره شده و پاسخ سازه كنترل ميشود. پيشرفتهاي اخير در زمينه تجهيزات ديجيتالي و سامانههاي مكانيكي و فناوري حسگرها توسعه چشمگيري را در دانش كنترل لرزهاي سازهها ايجاد نموده است []. اين پيشرفتها امكان ساخت تجهيزاتي همچون ميراگرهاي متغير با امكان تغيير سريع نيروي ميرايي و با ظرفيتهاي بالاي نيروي ايجاد شده و تجهيزات اندازهگيري و پردازش سريع اطلاعات سيگنال مانند حسگرها و بوردهاي جديد DSP را فراهم نموده كه در كنار هم و با كمك يك الگوريتم محاسباتي بهگونهاي هوشمندانه قادر به كاهش پاسخ سازه در زمان زلزله هستند. يك با توجه به طبيعت تصادفي در بارهاي ناشي از زلزله وجود سامانه هوشمند كه در آن تغيير نيرو براساس شرايط اعمالي و الگوريتم مشخصي صورت ميگيرد امكان ايجاد رفتاري بهتر از رفتار سامانههاي غيرفعال را به وجود ميآورد. در سالهاي اخير استفاده از سازههاي مرجع براي برگزاري فعاليتهاي مشترك پژوهشي در روشهاي مختلف كنترل لرزهاي سازهها توسعه يافته است. به اين منظور ناراسيمهان و همكاران [4] مدلي از يك ساختمان مرجع داراي جداسازهاي خطي را قابل دسترسي بر روي وب سايت:

2 بررسي عملكرد يك الگوريتم پيشنهادي در كنترل نيمهفعال يك ساختمان جداسازي شده مرجع با جداسازهاي غيرخطي براي ارزيابي روشهاي مختلف پيشنهادي توسط پژوهشگران مختلف در يك بستر مشترك اراي ه نمودهاند. مدل ياد شده به جداسازهاي با رفتار خطي مجهز شده بود. با توجه به اينكه در مواردي از جداسازهاي غيرخطي براي ساختمانها استفاده ميشود. از اين رو فاز دوم اين مدل مرجع با جداسازهاي غيرخطي تدوين شد. الگوريتمهاي مختلفي براي كنترل لرزهاي نيمهفعال سازههاي داراي جداسازهاي خطي پيشنهاد گرديدهاست. از جمله ميتوان به روش LQG توسط اركوس و جانسون [5] روش پالس اصطكاكي ناپيوسته توسط ژو و همكاران [6] روش نيروي لغزش متغير توسط نيتا و همكاران [7] و روشهاي مختلف مشتق از كنترل بهينه توسط جونگ و همكاران [8] اشاره كرد. براي كنترل ساختمانهاي با رفتار غيرخطي نيز الگوريتمهاي متعددي پيشنهاد شدهاست. به اين منظور ناگاراجايا و همكاران [9] فاز دوم مسا له مرجع را براي يك ساختمان داراي جداسازهاي غيرخطي طراحي نمودند كه موضوع مطالعه مشترك بسياري از محققين گرديد. تافلانيديس و همكاران [0] روش احتمالاتي را براي تدوين يك الگوريتم براي كنترل ساختمان مرجع فاز دوم با جداسازهاي غيرخطي پيشنهاد نمود. ژو و آگراوال [] اين بار كارايي الگوريتمهاي پيشنهادي خود را كه بر مبناي عملكرد تكيهگاههاي اصطكاكي تدوين شدهاند براي كنترل اين فاز از مسا له بررسي كردند. فاروق علي و راماسوامي [] هم الگوريتمي بر مبناي منطق فازي كه توسط الگوريتم ژنتيك بهينه شده بود را براي كنترل اين مسا له بهكار بردند. در اغلب اين مطالعات از بردارهاي خطي كنترلي استفاده شده است. از اينرو نيروي كنترل در آنها بهطور خطي افزايش يافته و امكان محدود نمودن حداكثر برش پايه توسط سامانه كنترلي تعريف نشده است. در اين تحقيق عملكرد يك سامانه كنترل مركب System (Hybrid Control براي كاهش پاسخ ديناميكي ساختمان مرجع جداسازي شده فاز دوم مورد مطالعه قرار گرفته است. در اين سيستم كنترل ميراگرهاي متغير در كنار جداسازهاي پاندولي اصطكاكي در نظر گرفته شدهاند. اين الگوريتم بهگونهاي طراحي شده تا منحني هيسترزيس برش پايه ساختمان مورد مطالعه كه حاصل از نيروي برگرداننده در جداسازها و نيروي ميراگرهاست مشابه منحني ايجاد شده در تكيهگاههاي اصطكاكي گردد. در طول مطالعه از اين الگوريتم با نام FNS ياد خواهد شد. بر خلاف پيچيدگي موجود در اغلب روشهاي كنترل ايده روش FNS ساده بوده و در محاسبات آن تنها به ميزان پاسخ سازه در محل ميراگر احتياج است. اين امر موجب ساده نمودن الگوريتم و كم هزينه شدن اجراي كنترل در سازه ميشود. در مطالعات قبلي عملكرد اين الگوريتم در زمان كار با سامانه جداسازي با رفتار خطي در نسل اول مسا له ساختمان جداسازي شده مرجع بررسي شده است []. همچنين قابليت پيادهسازي اين سامانه كنترل توسط يك ميراگر روغني از طريق مجموعهاي از مطالعات آزمايشگاهي و نظري مورد بررسي و تا ييد قرار گرفت [4]. در اين مطالعه مدل عددي نسل دوم ساختمان مرجع مجهز به سامانه جداسازي داراي تكيهگاههاي پاندولي اصطكاكي (FPS به كار گرفته شده است. مدل ياد شده در سال 006 توسط ناگاراجايا و همكارانش [5] به منظور بررسي عملكرد الگوريتمهاي كنترلي در كاهش پاسخ لرزهاي ساختمانهاي جداسازي شده طراحي و در اختيار محققين قرار گرفته است. بهمنظور مقايسه رفتار سامانه كنترل علاوه بر الگوريتم پيشنهادي دو روش كنترل ديگر طراحي و تحليل شدهاند. در حالت اول از ميراگرهاي روغني غيرفعال با رفتار ويسكوز و در حالت دوم از ميراگرهاي متغير MR كنترل شده با الگوريتم اسكاي- هوك كمك گرفته شد. در ادامه ابتدا الگوريتم FNS معرفي شده و در كنار آن به مباني نظري روشهاي كنترل بكار رفته ديگر پرداخته شده است. در بخش بعد ضمن معرفي اجمالي ساختمان مرجع تحت مطالعه مدل مورد نظر تحت هفت جفت شتابنگاشت با بكارگيري هر يك از سه روش كنترل تحليل و نتايج مورد ارزيابي قرار ميگيرد. به منظور ارزيابي نتايج حاصل از تحليل مدل نرمافزاري مورد استفاده 9 شاخص عملكردي را محاسبه و به عنوان خروجي ثبت مينمايد. در بخش نتايج منحنيهاي هيسترزيس نيروي ميراگرها و نمودارهاي مقايسهاي شاخصهاي عملكرد سازه اراي ه خواهد شد. - معرفي روشهاي كنترل مطالعه شده -- الگوريتم پيشنهادي اصطكاكي- سختي شبه منفي (FNS الگوريتم FNS روشي پيشنهادي براي محاسبه سيگنال دستور انتقالي به ميراگر متغير است به گونهاي كه منحنيهاي هيسترزيس حاصل از جمع نيروي ميرايي در ميراگرهاي متغير و نيروي بازگرداننده ايجاد شده در تكيهگاههاي جداساز لرزهاي مشابه منحنيهاي ايجاد شده در تكيهگاههاي اصطكاكي گردد. تكيهگاههاي اصطكاكي داراي منحنيهاي هيسترزيس با سطح پوشش قابلتوجهي هستند كه مبين استهلاك انرژي مناسب 54 مجله علمي- پژوهشي زلزله شناسي و مهندسي زلزله (JSEE سال دهم ويژهنامه فارسي

3 افشين كلانتري F kd u + cd توسط آنهاست. اين تجهيزات همچنين حداكثر نيرو و شتاب (4 انتقالي به سازه بالادست را نيز محدود مينمايند. اما در صورت بروز تغييرمكان در اين نوع تكيهگاهها در زمان ارتعاش امكان ايجاد تغييرمكانهاي پسماند پس از زلزله در اين تجهيزات وجود خواهد داشت. از سوي ديگر سامانههاي جداساز متشكل از تكيهگاههاي لاستيكي امكان بازگرداندن سازه به موقعيت اوليه را دارا هستند. همچنين از انتقال ارتعاشات با فركانس بالا كه اغلب براي رو سازه سامانه جداسازي مخرب هستند جلوگيري ميكنند. الگوريتم پيشنهاد شده با ايده استفاده از نقاط قوت سامانههاي جداساز اصطكاكي و لاستيكي و كاهش نقاط ضعف اين نوع تكيهگاهها طراحي گرديده است. در مدل ساختمان مورد مطالعه تگيهگاههاي FPS به عنوان سامانه جداساز با رفتار غيرخطي به خدمت گرفته شدهاند. در اين حالت رفتار سيستم ميراگر متغير همراه بهگونهاي طراحي ميشود تا منحني هيسترزيس حاصل كه براي يك سامانه يك درجه آزادي به صورت شماتيك در شكل شماره ( نمايش داده شده ضمن عدم تغيير حداكثر نيروي ايجاد شده بيشترين سطح اشغال را شامل شود. در اين روابط Zє[- +] عبارتست از مو لفه هيسترزيس حاصل از رابطه بوك-ون مطابق رابطه (5 همچنين حد F y تسليم تعيين شده در زمان طراحي سيستم براي مدل معادل اصطكاكي است. F توسط رابطه (6 محاسبه ميشود. β γ و n در رابطه (5 بهترتيب برابر با 0/5 پارامترهاي A و 0/5 در نظر گرفته شدهاند [6]. Z & n n γ Z Z β Z + A kdzuy + kcu &, F Fy F, F + k F + k d d Zu + c y y d Zu + c d < Fy > F y (5 (6 پارامترهاي kd cc و منفي و ضريب ميرايي در مو لفه نيروي معادل تسليم در زمان نيروي F y ميباشد. به ترتيب عبارتند از سختي شبه u y. F kd و تغييرمكان cc نيز به ترتيب سختي شبه منفي و ضريب ميرايي در مو لفه نيروي هستند. شكل ( مو لفههاي F و F F F يك درجه آزادي به طور شماتيك نمايش ميدهد. را براي يك سامانه F F و F شكل. مو لفههاي روش پيشنهادي. براي نيروي ميرايي متغير در F d F شكل. نمايش شماتيك ديدگاه مورد نظر در طراحي الگوريتم در اين مسا له. به اين منظور نيروي ميرايي F d در اين الگوريتم مطابق رابطه ( متشكل از سه مو لفه ميباشد: F d F + F + F 0 i ( F + F + F > 0 i ( F + F + F < 0 ( در اين رابطه است. هر يك از مو لفههاي سرعت حركت پيستون ميراگر متغير F و F F رابطه ( ( و (4 محاسبه ميشوند: ( بهترتيب توسط سه پيروي نيروي ايجاد شده از مو لفه هيسترزيس (Z پيش از رسيدن به مقدار حداكثر نيرو y ( F موجب ميشود تا بر خلاف تكيهگاههاي اصطكاكي در اين روش كنترل در ارتعاشات نسبتا كم مقدار حداكثر شتاب انتقالي به سازه بالادست به ازاي ايجاد تغييرمكاني در حد قابل قبول كاهش يابد. بر اين اساس مو لفه بهمنظور تعريف حداكثر نيروي برش پايه هدف در الگوريتم به كار گرفته ميشود. براي محاسبه اين مو لفه از رابطه بوك- ون كمك گرفته شده است. شيب اوليه منحني هيسترزيس اين مو لفه بر اساس نيازهاي سازه مورد نظر و نوع ورودي متغير خواهد بود. براي اينكه منحني هيسترزيس برش پايه هر چه بيشتر به رفتار تكيهگاههاي اصطكاكي نزديك شود مو لفه دوم يا معرفي شده است. در اين مو لفه مقدار پارامتر نقش c d F اساسي داشته و در زمان تنظيم پارامترها براساس رفتار سازه و نوع تحريك(هاي تعيين ميگردد. مو لفه F ورودي و معيارهاي عملكردي موردنظر نيز رفتار شبه منفي را در نيروي نهايي به وجود خواهد آورد. در مطالعه ساختمان مرجع موردنظر F FyZ F, F 0, Z < / 0 and F > 0 Z / 0 or F < 0 ( مجله علمي- پژوهشي زلزله شناسي و مهندسي زلزله (JSEE سال دهم ويژهنامه فارسي 55

4 بررسي عملكرد يك الگوريتم پيشنهادي در كنترل نيمهفعال يك ساختمان جداسازي شده مرجع با جداسازهاي غيرخطي پارامترهاي در نظر گرفته شده براي الگوريتم FNS در جدول ( اراي ه شدهاند. انتخاب اين پارامترها براساس نحوه عملكرد الگوريتم و حداقل نمودن شاخصهاي عملكرد در نتايج است. جدول : پارامترهاي الگوريتم.FNS پارامتر F y ارزش 400 كيلونيوتن 0/0 متر -F y / u y u y kd cd kd cd 70 كيلونيوتن ثانيه بر متر 8- كيلونيوتن بر متر 400 كيلونيوتن ثانيه بر متر يك بلوك ويژه براي الگوريتم FNS در محيط SIMULINK طراحي گرديد تا نيروي متغير ايجاد شده توسط اين روش در مدل عددي ساختمان مرجع شبيهسازي شود. الگوريتماسكاي-هوكنيز به صورت يك بلوك SIMULINK طراحي شده تا نيروي متغير ايجاد شده توسط آن در مدل عددي ساختمان مرجع شبيهسازي گردد. نشان داده شده كه در سامانههاي با مقدار ميرايي نسبي يكسان روش كنترل نيمهفعالاسكاي-هوكرفتاريبينابين روش اسكاي- هوك فعال و ميرايي ويسكوز غيرفعال مرسوم دارد. براساس اين مطالعات وقتي ضريب ميرايي در سامانه نيمهفعال اسكاي- هوك بدون محدوديت افزايش يابد پاسخ در حد پاسخ سامانه اسكاي-هوك با ميرايي نسبي /0 محدود ميماند [7]. از اين رو با در نظر گرفتن اين مقدار ميزان ضريب ميرايي اسكاي- 7 / sky C در نظر گرفته شدهاست. شكل هوك 0 Ns / m (4 نيروي ميرايي اسكاي- هوك در مقابل تغييرمكان پيستون ميراگر را در مدل تحت سه زلزله مختلف نمايش داده است. -- الگوريتم اسكاي- هوك برخلاف ميراگرهاي ويسكوز غيرفعال نيروي ميرايي در الگوريتم اسكاي- هوك مطابق شكل ( در هر لحظه به صورت ضريبي از سرعت مطلق پيستون توسط رابطه (7 تعيين ميگردد [7]. F C ( + g (7 شكل. ميراگر اسكاي هوك. الف غيرفعال ب نيمهفعال. در رابطه (7 F نيروي ميراگر C ضريب ميرايي &u و &u g به ترتيب سرعت نسبي جرم و سرعت ارتعاش زمين هستند. نيروي ميراگر متغير بر اساس الگوريتم اسكاي- هوك از رابطه (8 محاسبه ميگردد: Csky( + g ( + g > 0 Fd (8 0 ( + g < 0 در اين رابطه C sky نماينده ضريب ميرايي ميراگر متغير جايگزين شده است. شكل 4. منحني هيسترزيس نيروي ميرايي اسكاي- هوك الف زلزله ارزينكان ب زلزله نورثريج ايستگاه رينالدي ج زلزله نورتريج ايستگاه سيلمار. 56 مجله علمي- پژوهشي زلزله شناسي و مهندسي زلزله (JSEE سال دهم ويژهنامه فارسي

5 افشين كلانتري -- ميراگرهاي غيرفعال ويسكوز به عنوان حالت سوم كنترل مدل عددي ميراگرهاي غيرفعال ويسكوز به خدمت گرفته شده است. براي محاسبه نيروي حاصل از ميراگر ويسكوز مورد نظر نسبت ميرايي مود اول ارتعاش سازه محاسبه ميشود. فرض ميشود كه سازه بالادست سيستم جداسازي به صورت يك سامانه يك درجه آزادي ارتعاش نمايد. ضريب ميرايي بحراني c cr در مود اول توسط رابطه (9 برآورد ميشود. c cr km (9 در اين رابطه k سختي معادل سيستم جداسازي و m جرم سازه بالادست است. دوره تناوب طبيعي مود اول در هر دو جهت T ثانيه در نظر گرفته شده [5] و با توجه به برش پايه ايجاد شده توسط اين سامانه نسبت ميرايي %0 براي سامانه ميرايي منظور ميگردد. شكل 5. پلان و نماي كلي ساختمان جداسازي شده مرجع. - تعبيه سامانههاي كنترل در مدل عددي -- نسل اول ساختمان جداسازي شده مرجع يكي از مراحل مطالعاتي بر روي روشهاي كنترل لرزهاي ارزيابي عملكرد آنها در كاهش پاسخ ديناميكي سازه در زمان زلزله و مقايسه آن با ساير روشهاي طراحي و كنترل است. همانطور كه در مقدمه نيز ذكر شد اراي ه مدلهاي مرجع به منظور انجام اين نوع مطالعات در يك مدل مشترك توسط محققان مختلف صورت پذيرفته است. ناگاراجايا و همكارانش [4] در سال 004 به طراحي و اراي ه يك مدل عددي از يك ساختمان جداسازي شده با رفتار خطي پرداختند. ايشان با مدلسازي يك ساختمان كه پلان و نماي كلي آن در شكلهاي (5 و (6 اراي ه شده و ايجاد سامانه جداسازي با رفتار خطي در پايه آن ساير محققان را به ارزيابي روشهاي كنترل لرزهاي خود توسط اين مدل دعوت نمودند. ساختمان ياد شده يك ساختمان هشت طبقه با سازه فولادي و مهاربندي در دو جهت بود كه مدل عددي آن با رفتار خطي در محيط نرمافزاري MATLAB و SIMULINK طراحي گرديده است. مشخصات دوره تناوب سازه اصلي در جدول ( اراي ه شده است. مود جدول : دوره تناوب سه مود اول ارتعاشي ساختمان مرجع در حالت بدون سامانه جداسازي. شمال- جنوب شرق- غرب پيچشي در نسل اول اين مسا له براي اين ساختمان 9 جداساز با رفتار خطي در نظر گرفته شد كه دوره تناوب طبيعي سازه را تا ثانيه افزايش ميدهد. براي بررسي عملكرد سامانه كنترل تعبيه شده در مدل 9 معيار عملكردي تعريف گرديد كه در جدول ( اراي ه شدهاند. محدوديتهايي كه بايد توسط محققان در سازوكار كنترلكننده سامانه اعمال شوند عبارتند از: تعداد ميراگر قابل نصب در هر جهت حداكثر هشت دستگاه است. حداكثر ولتاژ قابل ارسال به هر ميراگر به ± 0 محدود ميباشد. حداكثر نيروي متغير ايجاد شده توسط ميراگرها بايد از حداكثر نيروي بازگرداننده در جداسازها كمتر باشد. به لحاظ محدوديت در ولتاژ حداكثر نيروي ايجاد شده توسط هر ميراگر محدود است. موقعيت ميراگرها با دايرههاي پررنگ در پلان شكل (5 نمايش داده شدهاست. نتايج كاربرد الگوريتم پيشنهادي در كنترل نسل اول اين مسا له توسط ناراسيمهان و همكاران [4] منتشر شده است. 0/ دوره تناوب 0/ 0/66 0/5 0/8 0/89 0/5 0/7 0/78 مجله علمي- پژوهشي زلزله شناسي و مهندسي زلزله (JSEE سال دهم ويژهنامه فارسي 57

6 بررسي عملكرد يك الگوريتم پيشنهادي در كنترل نيمهفعال يك ساختمان جداسازي شده مرجع با جداسازهاي غيرخطي جدول : شاخصهاي عملكرد لرزهاي ساختمان جداسازي شده مرجع. t, j5 ( t, a a نسبت حداكثر برش پايه ساختمان كنترلشده به مقدار مربوط در وضعيت بدون كنترل نسبت حداكثر شتاب مطلق طبقه ساختمان كنترلشده به مقدار مربوط در وضعيت بدون كنترل t j ( 0 t 0 V V t Fk k j6 ( V t 0 نسبت حداكثر برش ساختمان كنترلشده به مقدار مربوط در وضعيت بدون كنترل نسبت حداكثر مجموع نيروي كنترل به حداكثر برش پايه t V j ( V t i j7 ( σ d t σ d نسبت حداكثر تغييرمكان پايه در ساختمان كنترلشده به مقدار مربوط در وضعيت بدون كنترل RMS تغييرمكان پايه ساختمان كنترلشده به مقدار مربوط در وضعيت بدون كنترل t, i j ( t, i di d i i j8 ( t σa σ a t, j4 ( t, نسبت حداكثر تعييرمكان نسبي طبقه در ساختمان كنترلشده به مقدار مربوط در وضعيت بدون كنترل RMS شتاب مطلق طبقه ساختمان كنترلشده به مقدار مربوط در وضعيت بدون كنترل نسبت انرژي جذب شده توسط ميراگرها به انرژي ورودي به سامانه 0 j k 9( Tq Tq [ Fk vk dt] ( V U& 0 0 g dt d d -- نسل دوم ساختمان جداسازي شده مرجع- بلوك شبيهسازي در نسل دوم اين مسا له موضوع براي ساختماني كاملا مشابه اما اين بار با سامانه جداسازي با رفتار غيرخطي طرح گرديده است. امكان استفاده از مدلهاي عددي جداسازهاي لاستيكي با هسته سربي (LRB يا جداسازهاي اصطكاكي پاندول وارونه (FPS در مدل وجود دارد. بلوكهاي ايجاد شده توسط طراحان نسل دوم مسا له ساختمان مرجع در محيط نرمافزاري در شكل (6- الف نمايش داده شدهاند [4]. بلوك Nonlinear Analysis در اين شكل عمليات تحليل غيرخطي ساختمان مورد نظر را به همراه سامانه كنترل به عهده دارد. مطابق شكل (6 ( بلوكهاي كنترل ب - FNS اسكاي- هوك و ميراگر روغني غيرفعال نيز در بلوك Subsystem شكل 6 مسا له جايگزين شدند. ب- طراحي و با بلوك كنترل اوليه در بلوك طراحي شده براي الگوريتم FNS نيز در شكل (7 اراي ه شده است. شكل 6. الف بلوك اوليه براي تحليل سازه كنترل شده. ب بلوك تغييريافته براي تعبيه سامانههاي كنترل. شكل 7. بلوك سيمولينك طراحي شده براي الگوريتم.FNS 58 مجله علمي- پژوهشي زلزله شناسي و مهندسي زلزله (JSEE سال دهم ويژهنامه فارسي

7 افشين كلانتري مشابه مرجع [5] هشت ميراگر متغير در هر جهت و در موقعيتهاي مشابه در نظر گرفته شدهاند. مدل عددي ميراگر متغير مشابه مدل تشريح شده در مرجع [4] در مسير تحليل سازه قرار گرفته و اثر نوفه در سيگنالهاي دريافتي از حسگر و ارسالي به ميراگر توسط بلوك Number Uniorm Random در مدل ديده شده تا نتايج در حد امكان به حالت واقعي نزديك شود. -- تحريك ورودي در تحليلها از هفت جفت شتابنگاشت كه توسط تدوين كنندگان مسا له معرفي شده استفاده شده است. هر جفت شتابنگاشت به صورت دو مو لفه عمود بر هم: "عمود بر گسل "(FN و "موازي با گسل "(FP به طور همزمان به سازه اعمال ميشوند. حداكثر شتاب اين شتابنگاشتها در جدول (4 اراي ه شدهاند. همچنين مشخصات ديناميكي زلزلههاي مورد استفاده در مطالعه در قالب طيف پاسخ شتاب براي نسبت ميرايي 5 درصد در حالي كه به حداكثر شتاب خود مقياس شدهاند در شكلهاي (8 ( و (8 ب- فلا- ( اراي ه شده است. جدول 4: مشخصات زلزلههاي بكار رفته در مطالعه. 9 ج - زلزله زلزله سال 994 نورتريج نيوهال مو لفه زلزله سال 994 نورتريچ سيلمار زلزله سال 979 امپريال ولي ال سنترو زلزله سال 994 نورتريج رينالدي زلزله سال 995 كوبه JMA مو لفه FN /9 PGA (gal مو لفه FP / زلزله سال 999 چيچي TCU 068 زلزله سال 99 ارزينكان / نتايج سه مدل مورد مطالعه يك بار در حالت بارگذاري مولفه FP موازي محور X و مولفه FN موازي محور Y و يك بار با شرايط مولفه FP موازي محور Y و مولفه FN موازي محور X تحليل شدهاند. منحني هيسترزيس پاسخ يك ميراگر مقادير معيارهاي عملكردي براي سه روش كنترل و نتايج معيارهاي عملكردي براي حالت كنترل شده با الگوريتم پيشنهادي در شكلهاي (9 تا ( و جداول (5 و (6 اراي ه شدهاند. شكل (9 نمودار هيسترزيس نيروي ميرايي متغير در ميراگر شماره در جهت X را در زمان كنترل تحت الگوريتم (FNS و در طول زلزله نورتريج در ايستگاههاي نيوهال رينالدي سيلمار و زلزله چيچي تايوان نشان ميدهند. شكل 8. طيفپاسخ شتاب مو لفههاي زلزله مورد استفاده در اين مطالعه. حداكثر نيرو و سطح زير منحني از شكل (9- الف تا ( افزايش يافته تا در شكل (9- د كه به دليل اعمال محدوديت در ظرفيت ولتاژ و بار ايجاد شده توسط ميراگر به حد معيني محدود گرديده است. همچنين بر خلاف منحنيهاي نيرو- تغييرمكان معمول در اين منحنيها جهت سختي منفي بوده و در نمودارها مشاهده ميگردد. مقادير شاخصهاي عملكرد در شكلهاي (0 و ( با هم مقايسه شده اند. شاخصهاي عملكرد در سامانه كنترل شده توسط الگوريتم پيشنهادي در اغلب موارد كمتر از دو شاخص ديگر است. اين نتيجه مو يد عملكرد مناسب الگوريتم مورد نظر در مقايسه با ساير سامانهها در كاهش پاسخ لرزهاي ساختمان است. تنها در مورد شاخص مربوط به شتاب طبقات ميزان اين شاخص در سامانه كنترل شده توسط روش پيشنهادي نتايج بزرگتري را اراي ه نموده است. علت اين امر را ميتوان در تغييرات ناگهاني در نيروي ايجاد شده در ميراگرها دانست كه موجب ايجاد ارتعاشات با فركانس بالا و انتقال شتابهاي قابلتوجه به طبقات در برخي زلزلهها ميگردد. مجله علمي- پژوهشي زلزله شناسي و مهندسي زلزله (JSEE سال دهم ويژهنامه فارسي 59

8 بررسي عملكرد يك الگوريتم پيشنهادي در كنترل نيمهفعال يك ساختمان جداسازي شده مرجع با جداسازهاي غيرخطي شكل 9. نيروي ايجاد شده توسط ميراگر متغير شماره در جهت X توسط الگوريتم سيلمار و د چيچي. FNS بهترتيب در زلزلههاي الف نيوهال ب رينالدي ج شكل 0. شاخصهاي عملكرد ميرايي ويسكوز الگوريتم اسكاي- هوك و الگوريتم پيشنهادي.FN-X, FP-Y شكل. شاخصهاي عملكرد ميرايي ويسكوز الگوريتم اسكاي- هوك و الگوريتم پيشنهادي.FP-X, FN-Y 60 مجله علمي- پژوهشي زلزله شناسي و مهندسي زلزله (JSEE سال دهم ويژهنامه فارسي

9 افشين كلانتري جدول 5: شاخصهاي عملكرد محاسبه شده براي سه سامانه تحت مطالعه حالت بارگذاريFP-Y.FN-X, شاخص حداكثر برش پايه j حداكثر برش ساختمان كنترلشده j حداكثر تغييرمكان پايه j حداكثر تعييرمكان نسبي طبقه j 4 حداكثر شتاب طبقه j 5 حداكثر مجموع نيروي كنترل j 6 السنترو /07 ارزينكان 0/944 چيچي 0/888 كوبه 0/848 نيوهال 0/98 رينالدي 0/96 سيلمار 0/856 0/90 0/84 0/965 /6 0/40 0/688 /054 0/950 0/947 0/957 /559 0/ 0/866 /64 0/97 0/99 /0 /66 0/99 0/9 /90 /07 0/79 /0 /7 0/75 0/76 /87 0/87 0/98 0/949 /008 0/5 0/87 0/96 0/976 0/799 /047 /046 0/9 0/75 /07 /098 0/76 /70 /094 0/7 /0 /099 تغييرمكان پايه j 7 RMS شتاب مطلق طبقه j 8 RMS انرژي جذب شده توسط ميراگرها j 9 0/95 0/88 0/6 0/60 0/54 0/99 0/85 جدول 6: شاخصهاي عملكرد محاسبه شده براي سه سامانه تحت مطالعه حالت بارگذاري.FN-Y, FP-X شاخص السنترو ارزينكان چيچي كوبه نيوهال رينالدي سيلمار 0/866 0/96 0/948 0/8 0/889 0/97 /07 حداكثر برش پايه j 0/876 0/948 0/945 0/97 0/898 0/947 /098 حداكثر برش ساختمان كنترلشده j 0/865 0/98 0/94 0/676 0/88 0/7 0/76 حداكثر تغييرمكان پايه j 0/944 0/98 /00 /6 0/946 0/954 /70 حداكثر تعييرمكان نسبي طبقه j 4 /98 /080 /59 /08 0/999 /0 /094 حداكثر شتاب طبقه j 5 0/ 0/7 0/87 0/75 0/4 0/8 0/7 حداكثر مجموع نيروي كنترل j 6 0/70 0/89 0/98 0/8 0/777 0/669 /0 تغييرمكان پايه j 7 RMS /004 /95 /5 /79 0/867 0/97 /099 شتاب مطلق طبقه j 8 RMS 0/96 0/89 0/60 0/58 0/57 0/07 0/85 انرژي جذب شده توسط ميراگرها j 9 نتايج شاخصهاي عملكرد محاسبه شده براي روش پيشنهادي كنترلي در جداول (5 و (6 نيز اراي ه شده است. جدول (5 اين شاخصها را براي حالت بارگذاري FN-X, FP-Y و جدول (6 اين نتايج را براي حالت بارگذاري FN-Y, FP-X اراي ه نموده است. 5- جمعبندي در اين مطالعه عملكرد يك الگوريتم ساده پيشنهادي در كاهش پاسخ لرزهاي يك ساختمان جداسازي شده مرجع مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج عملكرد سه روش كنترل در طي اين مطالعه توسط شاخصهاي عملكردي تعريف شده در برنامه تحليل ساختمان مرجع مورد ارزيابي قرار گرفت. شاخصهاي محاسبه شده نشان ميدهند الگوريتم تحت بررسي در طي تحليل براي زلزلههاي مورد نظر در كاهش پاسخ ديناميكي سازه نسبتا موفق بوده است. تغييرمكان و برش پايه محاسبه شده براي سازه كه از معيارهاي مهم در طراحي سازه هستند توسط روش كنترل پيشنهادي نتايج رضايتبخشي را نشان ميدهند. با اين وجود روش اسكاي- هوك در مقايسه با اين روش در اغلب موارد قادر به كنترل بهتر پاسخ لرزهاي سازه بوده و معيارهاي عملكردي مورد بررسي تحت اين روش كاهش نسبي داشتهاند. الگوريتم مورد نظر روابط نسبتا سادهاي دارد. تنها به پارامتر تغييرمكان در هر لحظه مورد نياز است. از اين رو نياز به نصب حسگرهاي متعدد براي بهدست آوردن اطلاعات كافي در پردازش و استخراج سيگنال خروجي براي ميراگرها وجود ندارد. اين امر موجب كاهش هزينهها سادگي اجراي سامانه كنترل در سازه خواهد شد. اين موارد براي مقبوليت بيشتر اين روش از نظر اجرايي كارايي و هم از بعد هزينه نكاتي مثبت هستند. از سوي ديگر تغييرات ناگهاني در نيروي ميراگرها به واسطه عمل الگوريتم موجب انتقال شتابهاي بزرگتر به طبقات سازه بالا دست ميشود. مراجع. Skinner, R.I., Robinson, W.H., and McVerry, GH. (99. An Introduction to Seismic Isolation, Wiley: Chichester, UK. مجله علمي- پژوهشي زلزله شناسي و مهندسي زلزله (JSEE سال دهم ويژهنامه فارسي 6

10 بررسي عملكرد يك الگوريتم پيشنهادي در كنترل نيمهفعال يك ساختمان جداسازي شده مرجع با جداسازهاي غيرخطي (008. Probabilistically Robust Nonlinear Design o Control Systems or Base-Isolated Structures, J. o Structural Control and Health Monitoring, 5(5.. Xu, Zh. and Agrawal, A.K. (008. Semi-Active Control o Seismically Excited Base-Isolated Building Model with Friction Pendulum Systems, J. o Structural Control and Health Monitoring, 5(5.. Ali, Sk.F. and Ramaswamy, A. (008. GA- Optimized FLC-Driven Semi-Active Control or Phase-II Smart Nonlinear Base-Isolated Benchmark Building, J. o Structural Control and Health Monitoring, 5(5.. Iemura, H., Igarashi, A., Pradono, M.H., and Kalantari, A. (006. Negative Stiness Friction Damping or Seismically Isolated Structures, J. o Structural Control and Health Monitoring, (-. Special Issue: Structural Control Benchmark Problem: Phase I-Linear Smart Base Isolated Building Subjected to Near-Fault Earthquakes, Issue Edited by Satish Nagarajaiah, Iemura, H., Igarashi, A., Pradono, M.H., and Kalantari, A. (005. Experimental Veriication and Numerical Studies o an Autonomous Semi- Active Seismic Control Strategy, J. o Structural Control and Health Monitoring, (, Nagarajaiah, S., Narasimhan, S., and Johnson, E. (006. Phase II Smart Base Isolated Benchmark Building With Nonlinear Isolation Systems, 4 th World Con. on Structural Control and Monitoring. 6. Park, Y.J., Wen, Y.K., and Ang, A.H.S. (986. Random Vibration o Hysteretic Systems Under Bi-Directional Ground Motions, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 4(4, Karnopp, D., Crosby, M.J., and Harwood, R.A. (974. Vibration Control Using Semi-Active Force Generators, J. o Engineering or Industry, 96(, Clark P.W., Aiken I.D., Nakashima, M., Miyazaki, M., and Midorikawa, M. (999. New Design Technologies, Lessons learned Over Time, Learning From Earthquakes,, EERI.. Housner, G.W., Bergman, L.A., Caughey, T.K., Chassiakos, A.G., Claus, R.O., Masri, S.F., Skelton, R.E., Soong, T.T., Spencer, B.F., and Yao, J.T.P. (997. Structural Control: Past, Present, and Future, J. o Engineering Mechanics, (9. 4. Narasimhan, S., Nagarajaiah, S., Johnson, E.A., and Gavin, H.P. (006. Smart Base-Isolated Benchmark Building. Part I: Problem Deinition, J. o Structural Control and Health Monitoring, (-. 5. Erkus, B. and Johnson, E.A. (006. Smart Base- Isolated Benchmark Building Part III: A Sample Controller or Bilinear Isolation, J. o Structural Control and Health Monitoring, (-. 6. Xu, Zh., Agrawal, A.K., and Yang, J.N. (006. Semi-Active and Passive Control o the Phase I Linear Base-Isolated Benchmark Building Model, J. o Structural Control and Health Monitoring, ( Nitta, Y., Nishitani, A., and Spencer Jr, B.F. (006. Semiactive Control Strategy or Smart Base Isolation Utilizing Absolute Acceleration Inormation, J. o Structural Control and Health Monitoring, (-. 8. Jung, H.-J., Choi, K.-M., Spencer Jr., B.F., and Lee, I.-W. (006. Application o Some Semi-Active Control Algorithms to a Smart Base-Isolated Building Employing MR Dampers, J. o Structural Control and Health Monitoring, (-. 9. Nagarajaiah, S. and Narasimhan, S. (005. Phase I Smart Base Isolated Benchmark Building Sample Controllers or Linear Isolation System: Part II, J. o Structural Control and Health Monitoring, Special Issue on Smart Base Isolated Benchmark Building. 0. Talanidis, A.A., Scruggs, J.T., and Beck, J.L. 6 مجله علمي- پژوهشي زلزله شناسي و مهندسي زلزله (JSEE سال دهم ويژهنامه فارسي