كنترل غيرفعال و نيمه‌فعال ارتعاشات سازه جداسازي شده تحت بارگذاري انفجار در فواصل متوسط تا دور

Passive and semi-active vibration control of base-isolated structure under blast loading at medium to long distances

با پيشرفت روزافزون تسليحات نظامي و تنوع مواد منفجره در كشورهاي دنيا، حملات تروريستي يك تهديد رو به افزايش محسوب مي‌شود. علم كنترل ارتعاشات در برابر بارهاي طبيعي به ‌خوبي توسعه يافته است. گرچه بار انفجار داراي ماهيت متفاوتي نسبت به بارهاي طبيعي است، اما از اين علم مي‌توان براي كاهش پاسخ‌هاي بارهاي انفجاري نيز بهره برد. براي اين منظور از دو روش غيرفعال و نيمه‌فعال كه شامل ميراگر جرمي تنظيم شده و ميراگر مغناطيسي است، به ‌منظور كاهش ارتعاشات ناشي از بار انفجار در سازه جداسازي شده استفاده شده است. در اين مطالعه از سيستم فازي نوع-2 براي تعيين ولتاژ مناسب ميراگر مغناطيسي استفاده شده است تا عدم قطعيت‌هاي موجود باعث تأثير سوء بر عملكرد آن نگردد. شبيه‌سازي عددي دو بار انفجار در فاصله 15 متري از يك سازه 5 درجه آزادي، توسط روابط تجربي و عددي انجام شد. استفاده از ابزارهاي كنترل پيشنهادي در كنار سيستم جداساز نشان داد كه اين روش‌ها مي‌تواند علاوه بر حفظ عملكرد مناسب جداساز، در تحريك‌هاي بزرگ‌تر، جابجايي‌ها و آسيب‌هاي احتمالي جداساز را محدود كنند. نتايج مقايسه نشان داد كه استفاده از ميراگر مغناطيسي در كنار جداساز مي‌تواند بهترين عملكرد را در برابر بارهاي انفجار و بارهاي لرزه‌اي داشته باشد. استفاده از اين سيستم به ‌طور ميانگين موجب كاهش حداكثر تغيير مكان نسبي طبقات تا حدود 36% در بارهاي انفجار، 68% در بارهاي لرزه‌اي حوزه دور و 46% در بارهاي لرزه‌اي حوزه نزديك گرديد در حالي ‌كه جابجايي نسبي جداساز به ‌طور قابل ملاحظه‌اي نسبت به سيستم جداساز به همراه ميراگر جرمي تنظيم شده محدود شده بود.

With the increasing development of military weapons around the world and the variety of explosives, terrorist attacks are growing threats. The vibration control technology is well developed against natural loads. Although blast loads are different than natural loads, this technology can also be used to reduce explosive load responses. For this purpose, passive and semi-active methods, including tuned mass damper (TMD) and magnetorheological (MR) damper, have been used to reduce the vibrations caused by the blast load in the base-isolated structure. In this study, a type-2 fuzzy system has been used to determine the appropriate voltage of the MR damper so that the existing uncertainties do not adversely affect its performance. The numerical simulation of two explosives at 15m from 5 degrees of freedom system, has been performed through theoretical and empirical equations. The use of the proposed control tools along with the base isolation system showed that not only can these methods maintain the proper performance of the base isolated system but limit the displacement and possible damages at larger excitations. The comparative results show that the use of MR damper along with the base isolation system can have the best performance against blast and seismic loads. The use of this system, on average reduces the maximum drift of the stories to about 36% in blast loads, 68% in far-field earthquakes and 46% in near-field earthquakes. Furthermore, the drift of the isolation bearing is significantly limited compared to the base-isolated system with TMD.