كنترل نيمه‌فعال فازي سازه نه طبقه غيرخطي با استفاده از تركيب سري ميراگر جرمي تنظيم‌شونده و ميراگر سيال مغناطيسي

در اين مطالعه براي بررسي اثربخشي ميراگر جرمي‌تنظيم‌شونده نيمه‌فعال با الگوريتم‌ كنترلي فازي، سازه‌ معيار نه طبقه تحت تحريك زلزله قرار گرفته است. به همين منظور تحليل ديناميكي فزاينده براي دو زلزله حوزه دور السنترو و هاچينوهه و دو زلزله حوزه نزديك كوبه و نورثريج براي ارزيابي عملكرد سيستم مورد نظر در بيشينه شتاب‌هاي مختلف انجام شده است. ميراگر سيال مغناطيسي موجود در ميراگر جرمي تنظيم‌شونده داراي ظرفيت 1000 كيلونيوتون نيرو بوده و نيروي ميرايي آن توسط الگوريتم فازي كنترل مي‌شود. در اين مطالعه براي يافتن مقادير بهينه پارامترهاي ميراگر جرمي نصب‌شده بر روي سازه‌ غيرخطي از روش‌ جستجوي عددي با هدف كمينه‌كردن تغييرمكان طبقه نهم سازه استفاده شده است. مقادير بهينه نسبت جرمي، ميرايي و فركانس به‌دست‌آمده براي سازه نه طبقه به ترتيب برابر 5/3، 10 درصد و 2 راديان بر ثانيه مي‌باشد. براي ارزيابي عملكرد سيستم كنترل نيمه‌فعال ميراگر جرمي تنظيم‌شونده با الگوريتم فازي، نتايج به‌دست‌آمده، با سيستم كنترل غيرفعال مورد مقايسه قرار گرفته است. نتايج معيارهاي ارزيابي نشان‌دهنده اين است كه ميانگين درصد بهبود نتايج سيستم فازي براي معيار حداكثر جابه‌جايي طبقه نهم، حداكثر جابه‌جايي نسبي سازه و حداكثر برش پايه به ترتيب برابر 75/17، 88/15 و 85/16 درصد بوده و 62/3، 17/1 و 76/15 درصد بيشتر از حالت غيرفعال مي‌باشد. اين در حالي است كه سيستم فازي مورد نظر عملكرد موثري در بهبود كاهش پاسخ شتاب طبقه نهم سازه نداشته است. همچنين سيستم كنترل فازي نسبت به سيستم كنترل غيرفعال عملكرد بهتري در كاهش حداكثر جابه‌جايي طبقات و همچنين جابه‌جايي پسماند سازه داشته است.

One of the challenges in the field of civil engineering is to mitigate the seismic vibration of structures induced by dynamic loads, such as earthquake and strong wind in order to prevent undesirable damages causing human discomfort and economic consequence. The vibration control systems can be categorized as passive, active and semi-active. In recent years, semi-active control systems demonstrate better control effects than both passive and active systems. Semi-active control devices can behave as passive devices in the event of a power loss, and are therefore more reliable and consume less power than the active systems. In this study, to evaluate the effectiveness of the semi-active tuned mass damper using MR damper and a fuzzy logic controller, the nonlinear model of the nine-story benchmark structure is subjected to earthquake excitation. The semi-active tuned mass damper consists of a 1000 kN magnetorheological damper and the damping force of the MR damper is controlled by the fuzzy logic controller. The Bouc–Wen model is utilized to model the dynamic behavior of the MR damper. For this purpose, the incremental dynamic analysis (IDA) is conducted to consider the effectiveness of the maximum acceleration of two near- and far-field acceleration records on the performance of the control systems. Two near-field earthquake acceleration records including the Kobe (1995) and Northridge (1994) and two far-field earthquake acceleration records including the El Centro (1940) and Hachinohe (1968) are used in this study. To achieve the optimum parameters of tuned mass damper, a numerical search method is used to reduce the displacement of the top floor of the structure. The optimal mass ratio, damping and the frequency of the tuned mass damper of these analysis for this structure are 3.5%, 10% and 2 rad/s. Also, this benchmark structure is modeled in OpenSees and the fuzzy inference system was implemented in MATLAB. In order to implement the semi-active control system, it’s necessary to communicate between OpenSees and MATLAB. For this purpose TCP-IP method is used. The displacement and velocity responses of the top floor of structure equipped with tunned mass damper are considered as the input values for the fuzzy inference system. Furthermore, the required voltage of MR damper in this floor is defined as the output parameter of the fuzzy system. Moreover, the membership functions of fuzzy control are triangle and trapezoidal functions.