اثر بیشینه شتاب زلزله بر کنترل فازی نیمه‌فعال سازه با میراگر مایع تنظیم‌شونده

مهندسی عمران فردوسی

مقاله 4، دوره 38، شماره 3 - شماره پیاپی 51، مهر 1404، صفحه 75-96   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jfcei.2025.92219.1344

نویسندگان

جواد هاشمی؛ حامد عنایتی^*

گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی شیمی و صنایع ، دانشگاه علم و فناوری مازندران، بهشهر، ایران

چکیده

سازه‌های بلندمرتبه در مناطق لرزه‌خیز، به سیستم‌های کنترلی کارآمدی نیاز دارند تا پاسخ‌های دینامیکی شدید ناشی از زلزله را کاهش دهند. میراگرهای مایع با پره قابل تنظیم، به عنوان یک سیستم نیمه‌فعال، برای کاهش این پاسخ‌ها مطرح شده‌اند. سیستم‌های مرسوم کنترل غیرفعال یا بهینه خطی ممکن است نتوانند در تمامی سناریوهای لرزه‌ای عملکرد مطلوبی ارائه دهند. از این رو، توسعه سیستم‌های تطبیق‌پذیر مانند کنترل فازی که قابلیت تنظیم خودکار در لحظه را دارند، ضروری به نظر می‌رسد. در این مطالعه، عملکرد کنترل فازی در مقایسه با روشهای کنترل غیرفعال و بهینه خطی بر روی یک سازه یک درجه آزادی مجهز به میراگر مایع، تحت زلزله‌های متفاوت (حوزه دور-گسل، نزدیک-گسل و پالس نزدیک-گسل) با شدت‌های ۰٫۱ تا ۰٫۹ شتاب زمین، با استفاده از ۱۲ شاخص عملکردی بررسی شد. نتایج نشان داد سیستم کنترل فازی، به طور ویژه در زلزله‌های پالس نزدیک-گسل (مانند زلزله کوکائلی) با کاهش ۲۰ درصدی جابجایی بام سازه، عملکرد بهتری داشت. با افزایش شدت زلزله، کارایی این سیستم بهبود یافت و کاهش چشمگیری در ارتعاشات سازه مشاهده شد. در زلزله‌های حوزه دور-گسل نیز، عملکرد کنترل فازی در اکثر موارد برابر یا بهتر از روش‌های دیگر بود و در برخی شاخص‌ها، میانگین کاهش ۲ تا ۵ درصدی ثبت شد. با این حال، در برخی زلزله‌های نزدیک-گسل، افزایش اندکی در جابجایی و پاسخ طیفی سازه دیده شد که ناشی از ماهیت غیرخطی زمین‌لرزه‌های این حوزه است. همچنین، در موارد خاص، خطای تطبیقی سیستم کنترل فازی باعث شد عملکرد آن ضعیف‌تر از کنترل بهینه خطی باشد.

کلیدواژه‌ها

بیشینه شتاب زمین؛ کنترل فازی؛ پاسخ دینامیکی سازه؛ میراگر مایع تنظیم شونده؛ کنترل نیمه فعال

مراجع

[1] A. M. Rousta, S. Shoja, and M. Amin Safaei Ardakani, “Investigating Cyclic and Pushover Performance of Different Metallic Yielding Dampers,” Journal of Rehabilitation in Civil Engineering, vol. 11, no. 3, pp. 122–143, 2023. https://doi.org/10.22075/jrce.2022.26848.1639  

[2] A. M. Rousta, “Seismic retrofitting of steel moment-resisting frames (SMRFs) using steel pipe dampers,” Structural Engineering and Mechanics, vol. 87, no. 1, pp. 69–84, 2023. https://doi.org/10.12989/sem.2023.87.1.069  

[3] A. M. Rousta, M. Amin Safaei Ardakani, and S. Shoja, “Numerical and analytical investigation of seismic performance of steel dampers with different heights and shapes,” Journal of Structural and Construction Engineering, vol. 9, no. 3, pp. 208–227, 2022. (In Persian)  https://doi.org/10.22065/jsce.2021.270979.2352

[4] R. A. Ibrahim and S. Barr, “Autoparametric resonance in a structure containing a liquid, Part I: two mode interaction,” Journal of Sound and Vibration, vol. 42, no. 2, pp. 159–179, 1975. https://doi.org/10.1016/0022-460X(75)90213-8 

[5] R. A. Ibrahim and S. Barr, “Autoparametric resonance in a structure containing a liquid, Part II: three mode interaction,” Journal of Sound and Vibration, vol. 42, no. 2, pp. 181–200, 1975. https://doi.org/10.1016/0022-460X(75)90214-X 

[6] M. J. Tait, A. A. El Damatty, N. Isyumov, and M. R. Siddique, “Numerical flow models to simulate tuned liquid dampers (TLD) with slat screens,” Journal of Fluids and Structures, vol. 20, no. 8, pp. 1007–1023, 2005. https://doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2005.04.004 

[7] J. S. Love and M. J. Tait, “Nonlinear simulation of a tuned liquid damper with damping screens using a modal expansion technique,” Journal of Fluids and Structures, vol. 26, no. 7-8, pp. 1058–1077, 2010. https://doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2010.07.004

[8] S. M. Zahrai, S. Abbasi, B. Samali, and Z. Vrcelj, “Experimental investigation of utilizing TLD with baffles in a scaled down 5-story benchmark building,” Journal of Fluids and Structures, vol. 28, pp. 194–210, 2011. https://doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2011.08.016 

[9] S. M. Zahrai and H. Enayati, “Tuned Liquid Damper with Rotatable Baffles to Control a 5-Story Structure Model under Near and Far-Field Earthquakes,” Bulletin of Earthquake Science and Engineering, vol. 5, no. 2, pp. 139–147, 2018.

[10] M. Gerami, A. Kheyroddin, and F. Khorasani, “Seismic Assessment of RCS Moment Frames under Near Fault Earthquakes,” Journal of Civil Engineering Ferdowsi, vol. 31, no. 2, pp. 1–23, 2018. (In Persian). https://doi.org/10.22067/civil.v31i1.54383 

[11] S. M. Zahrai and A. Shafieezadeh, “Semi-active control of the wind-excited benchmark tall building using a fuzzy controller,” Iranian Journal of Science & Technology, vol. 33, no. 1, pp. 1–18, Jan. 2009. 

[12] A. Baghban, A. Karamodin, and H. Haji Kazemi, “The effect of fuzzy controller on damage of steel structure considering structural uncertainties,” Scientia Iranica, Transactions A: Civil Engineering, vol. 23, no. 6, pp. 2441–2450, 2016. https://doi.org/10.24200/sci.2016.2303 

[13] W. S. Abdulateef and F. Hejazi, “Fuzzy logic based adaptive vibration control system for structures subjected to seismic and wind loads,” Structures, vol. 55, pp. 1507–1531, 2023. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2023.06.108 

[14] A. Karamoddin and S. Khajeh Karamoddin, “Structural Damage Control Using Neuro-GA Algorithm,” Journal of Civil Engineering Ferdowsi, vol. 29, no. 1, pp. 1–17, 2017. (In Persian) https://doi.org/10.22067/civil.v29i1.33759 

[15] S. Pourzineli, N. A. Fallah, and M. Akbari Aghbalagh, “Experimental Analysis of the TMD Control of Building Vibrations against Earthquake Excitations,” Journal of Civil Engineering Ferdowsi, vol. 25, no. 2, pp. 147–158, 2014. (In Persian)

[16] N. Khodaei and H. Teymouri, “Investigating the Impacts of the Mass and the Installation Height of TMD System on the Wind-Induced Vibration Control of Tall Buildings,” Journal of Civil Engineering Ferdowsi, vol. 35, no. 4, pp. 55–70, 2022. (In Persian) https://doi.org/10.22067/jfcei.2022.70265.1039 

[17] M. Abdeddaim, A. Ounis, N. Djedoui, and M. K. Shrimali, “Reduction of pounding between buildings using fuzzy controller,” Asian Journal of Civil Engineering, vol. 17, no. 7, pp. 985–1005, 2016.

[18] H. Enayati and A. M. Rousta, “The investigation of the effect of earthquake type on the structures behavior with Tuned Liquid Damper with Variable Baffles under Semi-Active Control,” Journal of Structural and Construction Engineering (JSCE), vol. 8, no. 4, pp. 77–92, 2022. https://doi.org/10.22065/jsce.2020.172223.1786 

[19] M. Bahmaei and S. M. Zahrai, “Effect of selecting different membership functions on semi-active fuzzy control of adjacent buildings with MR damper,” Amirkabir Journal of Civil Engineering, vol. 54, no. 12, pp. 4709–4728, 2023. https://doi.org/10.22060/ceej.2022.21185.7644 

[20] M. R. Zamanian, A. Kheyroldin, and A. R. Mortezaei, “Seismic response control of uncertainty stiffness structures subjected to near and far field earthquakes using fuzzy controlled magnetorheological dampers,” Amirkabir Journal of Civil Engineering, vol. 54, no. 1, pp. 191–208, 2022. https://doi.org/10.22060/ceej.2021.18497.6880

[21] M. Bahmai and S. M. Zahrai, “Fuzzy semi-active control of coupled adjacent structures with magneto-rheological damper under near-field and far-field earthquakes,” Modares Civil Engineering Journal, vol. 22, no. 6, 2023. https://doi.org/10.22034/22.6.95

[22] T. L. Teng, C. P. Peng, and C. Chuang, “A study on the application of fuzzy theory to structural active control,” Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, vol. 189, pp. 439–448, 2000. https://doi.org/10.1016/S0045-7825(99)00300-X 

[23] H. Enayati and S. M. Zahrai, “A variably baffled tuned liquid damper to reduce seismic response of a five-storey building,” Proceedings of the Institution of Civil Engineers - Structures and Buildings, vol. 171, no. 4, pp. 306–315, 2018.  https://doi.org/10.1680/jstbu.16.00034

[24] S. M. Zahrai and H. Enayati, “Semi-Active Control of a SDOF Structure Using Tuned Liquid Damper with Variable Baffles,” Journal of Structure & Steel, vol. 11, no. 21, pp. 69–80, 2017.