کنترل لرزه ای سازه ها بر مبنای معیارهای کنترل پذیری و پایداری سیستم کنترلی

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز

10.22034/ceej.2024.62032.2363

چکیده

استفاده از سیستم‌های کنترل ارتعاش مناسب و کارآمد به منظور تقلیل پاسخ‌های لرزه‌ای، از اهم مباحث طراحی سازه‌ها می‌باشد که همواره مورد توجه و علاقه محققان بوده است. در این پژوهش جهت بررسی تأثیر کنترل‌پذیری و پایداری سیستم کنترلی بر پاسخ‌های لرزه‌ای، مدل‌های سازه‌ای سه، شش، ده و بیست‌ویک طبقه‌ی مجهز به مهاربند شورون، میراگر سیال ویسکوز و محرک فعال، در حالات کنترل نشده، کنترل غیرفعال و کنترل هیبریدی انتخاب شدند. سپس معادلات حرکت به فرم فضای حالت توصیف شد و کنترل‌پذیری، پایداری یا ناپایداری سیستم‌های کنترلی ارزیابی گردید. جهت پایدارسازی سیستم کنترل هیبریدی، الگوریتم تنظیم کننده‌ی مرتبه‌ی دوم خطی برای محاسبه‌ی ماتریس بهره‌ی بازخورد حالت و نیروی محرک تنظیم کننده‌ی فعال مورد استفاده قرار گرفت. با شبیه‌سازی مدل فضای حالت معادلات حرکت و شتاب حرکت زمین در متلب، پاسخ‌های لرزه‌ای مدل‌ها استخراج گردید. بررسی تاریخچه زمانی پاسخ‌ها از قبیل جابجایی طبقات، جابجایی مهاربندها، نیروی میراگر و نیروی محرک فعال، نشان داد که در سیستم‌های کنترلی ناپایدار دامنه‌ی پاسخ مهاربندها و میراگرها در طول رخداد زمین‌لرزه واگرا شدند. تأثیر پایدارسازی با مهاربند شورون بر کاهش پاسخ‌های لرزه‌ای، تنها در برخی طبقات مشاهده گردید؛ در حالی‌که پایدارسازی با محرک فعال، تا حدودی بر کاهش جابجایی لرزه‌ای تمام طبقات اثر گذاشت. ارزیابی کلی نتایج نشان داد که اگر از مهاربند، میراگر و محرک فعال، به‌ طور همزمان در یک طبقه، به تعداد کافی و در مکان مناسب، استفاده گردد، به شرط تأمین پایداری سیستم کنترلی، پاسخ مهاربندها و میراگرها همگرا شده و جابجایی لرزه‌ای مهاربندها و طبقات به شدت کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Seismic Control of Structures Based on the Controllability and Stability of the Controlling System Criteria

نویسندگان [English]

  • Ali Ejtemaee
  • Hedayat Veladi
  • Bahman Farahmand Azar
  • Hosein Ghaffarzadeh
  • Siamak Talatahari
Faculty of Civil Engineering. University of Tabriz, Tabriz, Iran.
چکیده [English]

In order to mitigate seismic responses in structures, significant attention has been directed towards efficient vibration control systems, garnering interest from numerous researchers. This paper investigates the influence of controllability and control system stability. To this end, structural models with three, six, ten, and twenty-one stories were selected and equipped with Chevron braces, viscous fluid dampers, and active regulators, representing uncontrolled, passive-controlled, and hybrid-controlled structures. The structural motion equations were then formulated in state space representation, enabling assessment of the controllability, stability, or instability of the control system. The linear quadratic regulator algorithm was employed to compute the state feedback gain matrix and actuator response, thereby stabilizing the hybrid control system. MATLAB was utilized to simulate the state space equations and the ground motion acceleration time history, facilitating the extraction of seismic responses for the selected models. Analysis of floor and brace displacements, damper forces, and actuator responses revealed that unstable control systems exhibited divergent behavior and response of braces and dampers during earthquakes. Stabilization of the control system through Chevron braces effectively reduced seismic responses in certain floors, while the active regulator to some extent diminished seismic displacement across all floors. Overall, the results indicate that employing a sufficient number of braces, dampers, and actuators in a stabilized hybrid control system leads to convergence in the response of braces and dampers, resulting in a proper decrease in seismic displacement for both braces and floors.

کلیدواژه‌ها [English]

  • State Space
  • Controllability
  • Linear Quadratic Regulator
  • Stable Control System
  • Unstable Control System