طراحي بهينه‌ي ميراگر جرمي تنظيم شده‌ي چندگانه‌ي فعال براي سازه‌هاي غيرخطي هيسترسيس

Optimal Design of Active Multiple Tuned Mass Dampers (AMTMDs) For Nonlinear Hysteretic Structures

در اين مقاله، به طراحي بهينه و بررسي كارآيي ميراگر جرمي تنظيم شده‌ي چندگانه‌ي فعال (AMTMD) در كاهش ارتعاشات سازه‌هاي غيرخطي هيسترسيس پرداخته شده است. براي كنترل فعال سازه‌هاي غيرخطي از الگوريتم كنترل بهينه‌ي آني بر پايه روش عددي نيومارك استفاده شده است. پارامتر هاي بهينه‌ي ميراگرجرمي تنظيم شده‌ي چندگانه و مقادير ماتريس‌هاي وزني تابع عملكرد كنترل فعال با هدف كمينه كردن بيشينه‌ي نيروي كنترل مورد نياز براي كاهش ماكزيمم تغييرمكان جانبي سازه تا يك حد مشخص تعيين شده است. براي حل مسئله‌ي بهينه‌سازي با توجه به تعداد زياد متغيرها از الگوريتم ژنتيك ((GA استفاده شده است. براي آناليز عددي، قاب برشي 8 طبقه‌ي برشي با منحني هيسترسيس دو خطي تحت ارتعاش اغتشاش سفيد قرار گرفته و براي مقادير مختلف درصد جرمي و تعداد مختلف ATMD به طراحي بهينه‌ي مكانيزم AMTMD پرداخته شده است. همچنين كارايي اين سيستم در مقابل زلزله‌هاي دورگسل و نزديك گسل آزموده شده است. نتايج بدست آمده موثر بودن روش پيشنهادي را در طراحي AMTMDروي سازه‌هاي غيرخطي نشان مي‌دهد همچنين مي‌توان گفت كه مكانيزم AMTMD در صورت طراحي بهينه مي‌تواند خرابي را در سازه‌هاي غيرخطي تا حد زيادي كاهش دهد كه ميزان كاهش وابسته به درصد جرمي ، تعداد TMDها و مشخصات زلزله ورودي مي‌باشد.

In this paper optimal design and effectiveness assessment of active multiple tuned mass dampers (AMTMDs) in reducing the vibration of nonlinear hysteretic structures has been studied. For active control of nonlinear structures the Newmark-based instantaneous optimal control algorithm has been used. Optimal parameters of AMTMDs and weighting matrices of active control performance index have been determined based on minimization of the maximum required control force of ATMDs to below the maximum drift of structure to a specified limit. For solving the optimization problem which includes a large number of variables, genetic algorithm (GA) has been applied. For numerical simulation, an eight–storey shear frame with bilinear hysteretic behavior subjected to white noise excitation and for different values of MTMDs mass ratio and ATMDs number, optimal AMTMDs have been designed. Also the efficiency of the AMTMDs mechanism under both near-fault and far-fault earthquakes has been tested. The results of numerical simulations show the effectiveness of the proposed method in designing AMTMDs on nonlinear structures. Also, it has been concluded that using AMTMDs could be effective in mitigating the damage of nonlinear structures which the amount of reduction depends on the input earthquake characteristics, AMTMDs mass ratio and ATMDs number.