بررسی تاثیر جرم و موقعیت ارتفاعی میراگر جرمی تنظیم شونده در کنترل ارتعاشات ناشی از باد ساختمان‏های بلند

مهندسی عمران فردوسی

مقاله 4، دوره 35، شماره 4 - شماره پیاپی 40، بهمن 1401، صفحه 53-72   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jfcei.2022.70265.1039

نویسندگان

نهمت خدایی^{* 1}؛ حامد تیموری²

¹گروه آموزشی عمران دانشگاه آزاد اسلامی واحد خورموج

²گروه آموزشی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد خورموج

چکیده

میراگر جرمی تنظیم شونده یا TMD از تجهیزات مهم برای کنترل ارتعاشات سازه‎ها می‌باشد. مطالعات پیشین در زمینه تأثیر TMD برای کنترل ارتعاشات سازه‎ها در مقابل باد، عمدتاً برای ویژگی‏های ثابتی از میراگر انجام شده است. در این تحقیق، تأثیر پارامترهای جرم و ارتفاع محل نصب TMD در کنترل ارتعاشات طولی و عرضی ناشی از باد ساختمان‎های بلند مطالعه شد. برای این منظور، ساختمان بلندی با پلان مربع و ارتفاع 400 متر به صورت تیر طره‎ای قائم چند درجه آزادی با جرم‎های متمرکز در گره‎ها مدل‎سازی شد. ارتعاشات سازه در برابر باد به ازای محدوده وسیعی از پارامترهای مورد مطالعه، با استفاده از تحلیل حوزه فرکانس و تئوری ارتعاشات تصادفی محاسبه شد. مطابق نتایج، با افزایش جرم میراگر، ارتعاشات سازه و TMD کاهش می‎یابد. برای مثال، کاهش شتاب عرضی تراز فوقانی سازه برای میراگر جرمی 100 و 600 تنی واقع در تراز فوقانی، به ترتیب 31 و 48 درصد به دست آمد. با افزایش ارتفاع محل نصب TMD، تأثیر کنترلی آن افزایش و جابه‌جایی TMD تا حد کمی کاهش می‎یابد. به‎طور نمونه، برای میراگر جرمی 300 تنی نصب شده در ارتفاع‎های 320 و  400 متری، کاهش شتاب عرضی سازه به ترتیب 72/33 و 28/41 درصد و  انحراف معیار جابه‌جایی TMD به‎ترتیب 68/58 و 92/54 سانتی‌متر تعیین شد.

کلیدواژه‌ها

میراگر جرمی تنظیم شونده؛ ساختمان بلند؛ ارتعاشات ناشی از باد؛ پاسخ طولی باد؛ پاسخ عرضی باد

مراجع

[1] T. Balendra, Vibration of buildings to wind and earthquake loads, Springer Verlag, Department of Civil Engineering National University of Singapore, 1993.

[2] A. Kareem, T. Kijewski, Y. Tamura, “Mitigation of motions of tall buildings with specific examples of recent applications,” Journal of wind and structures, vol. 3, no. 4, pp. 201-251, 1999.

[3] J.A. Amin, A.K. Ahuja, “Aerodynamic modifications to the shape of the buildings: A review of the state-of-the-art,” Asian journal of civil engineering, vol. 11, no. 4, pp. 433-450, 2010.

[4] A. Sharma, H. Mittal, A. Gairola, “Mitigation of wind load on tall buildings through aerodynamic modifications: Review”, Journal of Building Engineering, vol. 18, pp. 180–194, 2018.

[5] A. Ghorbani-Tanha, K. Noorzad and M. Rahimian, “Mitigation of wind-induced motion of Milad tower by tuned mass damper,” The Structural Design of Tall and Special Buildings, vol. 18, pp. 371–385, 2009.

[6] X. Lu, and J. Chen, “Parameter optimization and structural design of tuned mass damper for Shanghai centre tower,” The Structural Design of Tall and Special Buildings, vol. 20, pp. 453–471, 2011.

[7] M. Y. Liu, W. L. Chiang, J. H.  Hwang, Ch. R. Chu, “Wind-induced vibration of high-rise building with tuned mass damper including soil–structure interaction,” Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, vol. 96, pp. 1092–1102, 2008.

[8] A. Y. T. Leung, H. Zhang, C. C. Cheng, and Lee,Y. Y., “Particle swarm optimization of TMD by non-stationary base excitation during earthquake,” Earthquake Engineering & Structural Dynamics, vol. 37, no. 9, pp. 1223-1246, 2008.

[9] A. Edris Taha, S. Elias, V.  Matsagar, A. Jain, “Seismic response control of asymmetric buildings using tuned mass dampers,” The Structural Design of Tall and Special Buildings, https://doi.org/10.1002/tal.1673, 2019.

[10] M. Kouhdaragh, “Effect of tuned mass damper with various mass fractions on the seismic performance of isolated reinforced concrete structures,” Journal of structural engineering, vol. 17, no. 2, pp. 15-25, 2020, (In Persian).

[11]  M. Mohebbi, and A. Joghataie, “Designing optimal tuned mass dampers for nonlinear frames by distributed genetic algorithms,” The structural design of tall and special buildings, vol. 21, no. 1, pp. 57-76, 2012.

[12] Ch.Wang, Z. Lü, Tu. Yongming, “Dynamic responses of core-tubes with semi-flexible suspension systems linked by viscoelastic dampers under earthquake excitation,” Advances in Structural Engineering, vol. 14, no. 5, pp. 801-813, 2011.

[13] N. Khodaie, H. Eimani kalehsar, “Wind-induced vibration control of tall TV towers using a part of the main structure as a vibration absorber substructure,” Journal of Structural and Construction Engineering, vol. 6, no. 2, pp. 109-126, 2019, (In Persian).

[14] B. Samali, E. Mayol, K.C.S. Kwok, A. Mack, P. Hitchcock, “Vibration control of the wind-excited 76-story benchmark building by liquid column vibration absorbers,” Journal of Engineering Mechanics, vol. 130, no. 4, pp. 478–485, 2004.

[15] J.C. Wu, and J.N. Yang, “Active control of transmission tower under stochastic wind,” Journal of Structural Engineering, vol. 124, no. 2, pp. 1302-1312, 1998.

[16] K. H. Eimani,  N. Khodaie, “Parametric study of the along-wind and across-wind responses of tall RC chimneys using the frequency domain analysis,” Journal of Structural and Construction Engineering (JSCE), vol. 4, no. 2, pp. 148-160, 2017.

[17] A.G. Davenport, “Note on the distribution of the largest value of a random function with application to gust loading,” Proc. of the Institution of Civil Engineers, vol. 28, no. 2, pp. 187-196, 1964.

[18] National Research Council (NRC), User's guide-NBC: structural commentaries (Part 4 of Division B), Canadian Commission on Building and Fire Codes, Ottawa (Canada), 2005.

[19] E. Simiu, “Wind spectra and dynamic along wind response,” Journal of Structural Division, ASCE, vol. 100, pp. 1897-1910, 1974.

[20] Vickery, B.J., “On the reliability of gust loading factors,” Proc., Tech. Meet. Concern. Wind Loads Build. Struct., vol. 30, pp. 296–312, 1970.

[21] S. Lianga, S. Liu, Q.S. Li, L. Zhang, M. Gu, “Mathematical model of acrosswind dynamic loads on rectangular tall buildings,” Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, vol. 90, pp. 1757–1770, 2002.

[22] N. Khodaie, “Vibration control of super-tall buildings using combination of tapering method and TMD system,” Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics, vol. 196, no. 104031, 2020.

[23] A. Kareem, “Damping in structures: its evaluation and treatment of uncertainty,” Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, vol. 59, pp. 131-157, 1996.