کنترل نیمه فعال ارتعاشات لرزه ای سازه های ثانویه

در طراحی مقاوم در برابر زلزله، بعضی از سازه ها شامل تجهیزاتی حساس و گران قیمت (سازه های ثانویه) هستند که گاه حفاظت آنها در برابر زلزله به اندازه سازه اصلی اهمیت دارد. از جمله آنها می توان به تاسیسات انرژی هسته ای، مراکز اطلاعات و اینترنت، برج های مخابراتی، بیمارستان ها و موزه ها اشاره کرد. یکی از دلایل اصلی که منجر به خرابی این تجهیزات می گردد شتاب وارده به آنها می باشد که نیروی اینرسی زیادی به سازه ثانویه اعمال می کند در حالی که ممکن است سازه اصلی در طول زلزله آسیب چندانی متحمل نشود. برای حل این مشکل می توان با استفاده از یک سیستم جداساز مطلوب، این تجهیزات حساس را نسبت به نیرو های ناشی از زلزله ایزوله کرد. در این مطالعه از سیستم جداساز لغزشی مجهز به سیستم بازگرداننده استفاده شده است که به عنوان تکیه گاه بین تجهیزات داخلی و کف طبقه قرار می گیرد. به منظور بهینه کردن عملکرد سیستم لغزشی از الگوریتم ژنتیک مرتب سازی غیر برتر نخبه گرا و سریع( (nsga-ii استفاده شده است تا مقادیر بهینه پارامترهای سیستم جداساز شامل ضریب اصطکاک، نسبت میرایی و سختی سیستم بازگرداننده تعیین گردند. مینمم کردن همزمان شتاب و تغییر مکان سازه ثانویه نسبت به زمین به عنوان تابع هدف در نظر گرفته شدند. به منظور مطالعه عددی، سازه اصلی 10 طبقه بصورت یک قاب برشی دو بعدی با یک درجه آزادی در هر طبقه مدل شده است. به این منظور از دو سازه با سختی های جانبی متفاوت یکی قاب خمشی و دیگری قاب مهاربندی استفاده شده است که سازه ثانویه متکی بر تگیه گاه لغزشی در طبقه پنجم آنها قرار دارد تا تاثیر سختی قاب های اصلی در پاسخ های سیستم ثانویه بررسی شود. در سطح لغزش فرض گردید که نیروی اصطکاک از قانون اصطکاک کولمب پیروی می کند. در ادامه، سیستم ثانویه را در هر یک از طبقات 10 گانه سازه مهاربندی قرار داده و بطور جداگانه پارامترهای تکیه گاهی بهینه می شود تا تاثیر طبقات مختلف در مقادیر بهینه پارامتر های جداساز بررسی گردد. همچنین به منظور بررسی تاثیر وجود میراگر در سیستم ثانویه، پاسخ ها در حالت بدون میرایی نیز حساب شده و مقایسه شدند. پس از بهینه کردن سیستم در حالت غیر فعال، سیستم را مجهز به محرک پیزوالکتریک کرده تا با تغییر هوشمند مقدار نیروی حدی آستانه لغزش، سیستم بصورت نیمه فعال کنترل گردد که به این منظور از کنترل کننده lqr استفاده می شود. نتایج نشان می دهد که عملکرد سیستم لغزشی در نظر گرفته شده در کاهش شتاب سازه ثانویه بسیار مناسب است و روش((nsga-ii تاثیر بسزایی در ارزیابی مقادیر بهینه پارامترهای سیستم لغزشی دارد. همچنین نتایج نشان میدهد که محرک پیزو الکتریک به همراه کنترل گر lqr تاثیر خوبی در کاهش شتاب جرم ثانویه دارد در حالیکه ماکزیمم لغزش سیستم در حد قابل قبول است.