ارزیابی عملکرد کنترل لرزه‌ای یک سیستم دمپر اینرتر فعال

هدف کنترل سازه لرزه ای سرکوب ارتعاشات ناشی از زلزله است که به طور کلی می توان آن را به چهار دسته اصلی تقسیم کرد: رویکردهای غیرفعال، فعال، نیمه فعال و ترکیبی [1]، [2]. در میان آنها، کنترل فعال حسگرها، یک کنترل کننده و محرک ها را در یک حلقه کنترل بسته ادغام می کند تا پاسخ لرزه ای سازه ها را کاهش دهد. در کنترل فعال، پاسخ سازه تحت تحریکات زلزله توسط حسگرهای اختصاص داده شده بر روی سازه اندازه گیری می شود. سپس نیروی کنترلی توسط یک کنترل‌کننده خوب طراحی شده محاسبه می‌شود که برای به حرکت درآوردن محرک‌ها و اعمال کنترل بر سازه برای سرکوب ارتعاش سازه استفاده می‌شود. به طور خاص، میراگر جرمی فعال (AMD) معمولاً در ساختمان‌های بلند برای سرکوب لرزش ساختمان ناشی از باد یا زلزله استفاده می‌شود [3]. به طور معمول، یک AMD شامل محرک‌های دینامیکی برای اعمال نیروی کنترلی بر سازه‌ها، یک بلوک جرمی صلب برای ایجاد واکنش عملگر از طریق نیروی اینرسی، و یک مکانیسم لغزشی برای بلوک جرمی صلب برای حرکت به جلو و عقب با اصطکاک ناچیز و ناچیز است. اگرچه جرم یک AMD می تواند به طور قابل توجهی کمتر از یک دمپر جرم تنظیم شده غیرفعال باشد، بلوک جرمی یک AMD هنوز به فضای کافی برای نصب نیاز دارد. علاوه بر این، اعضای سازه ای برای تحمل وزن جرمی یک AMD باید با دقت طراحی شوند که هزینه ساخت را به طور اجتناب ناپذیری افزایش می دهد. در نتیجه، کاهش وزن جرمی یک AMD برای افزایش قصد دست اندرکاران صنعتی برای اعمال فناوری کنترل فعال در ساختمان ها در عمل واقعی مفید است. یک بلوک جرمی سفت و سخت برای ارائه واکنش محرک ها از طریق نیروی اینرسی، و یک مکانیسم لغزنده برای بلوک جرمی صلب برای حرکت به جلو و عقب با اصطکاک ناچیز و ناچیز. اگرچه جرم یک AMD می تواند به طور قابل توجهی کمتر از یک دمپر جرم تنظیم شده غیرفعال باشد، بلوک جرمی یک AMD هنوز به فضای کافی برای نصب نیاز دارد. علاوه بر این، اعضای سازه ای برای تحمل وزن جرمی یک AMD باید با دقت طراحی شوند که هزینه ساخت را به طور اجتناب ناپذیری افزایش می دهد. در نتیجه، کاهش وزن جرمی یک AMD برای افزایش قصد دست اندرکاران صنعتی برای اعمال فناوری کنترل فعال در ساختمان ها در عمل واقعی مفید است. یک بلوک جرمی سفت و سخت برای ارائه واکنش محرک ها از طریق نیروی اینرسی، و یک مکانیسم لغزنده برای بلوک جرمی صلب برای حرکت به جلو و عقب با اصطکاک ناچیز و ناچیز. اگرچه جرم یک AMD می تواند به طور قابل توجهی کمتر از یک دمپر جرم تنظیم شده غیرفعال باشد، بلوک جرمی یک AMD هنوز به فضای کافی برای نصب نیاز دارد. علاوه بر این، اعضای سازه ای برای تحمل وزن جرمی یک AMD باید با دقت طراحی شوند که هزینه ساخت را به طور اجتناب ناپذیری افزایش می دهد. در نتیجه، کاهش وزن جرمی یک AMD برای افزایش قصد دست اندرکاران صنعتی برای اعمال فناوری کنترل فعال در ساختمان ها در عمل واقعی مفید است. اگرچه جرم یک AMD می تواند به طور قابل توجهی کمتر از یک دمپر جرم تنظیم شده غیرفعال باشد، بلوک جرمی یک AMD هنوز به فضای کافی برای نصب نیاز دارد. علاوه بر این، اعضای سازه ای برای تحمل وزن جرمی یک AMD باید با دقت طراحی شوند که هزینه ساخت را به طور اجتناب ناپذیری افزایش می دهد. در نتیجه، کاهش وزن جرمی یک AMD برای افزایش قصد دست اندرکاران صنعتی برای اعمال فناوری کنترل فعال در ساختمان ها در عمل واقعی مفید است. اگرچه جرم یک AMD می تواند به طور قابل توجهی کمتر از یک دمپر جرم تنظیم شده غیرفعال باشد، بلوک جرمی یک AMD هنوز به فضای کافی برای نصب نیاز دارد. علاوه بر این، اعضای سازه ای برای تحمل وزن جرمی یک AMD باید با دقت طراحی شوند که هزینه ساخت را به طور اجتناب ناپذیری افزایش می دهد. در نتیجه، کاهش وزن جرمی یک AMD برای افزایش قصد دست اندرکاران صنعتی برای اعمال فناوری کنترل فعال در ساختمان ها در عمل واقعی مفید است.

اینرتر، یک عنصر مکانیکی دو ترمینالی، توسط MC Smith در سال 2002 پیشنهاد شده است [4]. با گسترش قیاس نیرو-جریان بین شبکه های الکتریکی و مکانیکی، نیروی تولید شده توسط یک اینرتر متناسب با شتاب نسبی بین دو پایانه آن است. این ثابت تناسبی را اینرسی نامیده اند که واحد جرم است. در نتیجه، اینرسی یک اینرسی را می توان به عنوان جرمی معادل برای تولید نیروی اینرسی در نظر گرفت. برخلاف یک جرم صلب، یک اینرتر با جرم کوچک به دلیل خواص مکانیکی خود قادر است نیروی اینرسی بسیار زیادی ایجاد کند. بنابراین، دستگاه های مکانیکی اینرتر از سال 2002 تحقیقات قابل توجهی را در دانشگاه و صنعت به خود جلب کرده است. [9]، [10]، [11]. اخیراً، اینرتر در جداکننده‌های لرزه‌ای [12]، [13]، [14]، [15]، اتلاف‌کننده‌های انرژی [16، [17]، [18] و جاذب‌های ارتعاش [19]، [20] وارد شده است. ، [21] برای مطالعات مهندسی زلزله. با این حال، بیشتر مطالعات بر روی تحقق و کاربرد کنترل غیرفعال و نیمه فعال متمرکز بود.

دمپر اینرتر فعال (AID)، که بلوک جرمی صلب و مکانیسم لغزشی یک AMD را با یک اینرتر جایگزین می‌کند، پیشنهاد، ساخته و تایید شده است. دو روش کنترل نیروی AID توسعه یافته و تأیید شده است [22]. بنابراین، نیروی کنترل را می توان دقیقاً به ساختمان کنترل شده اعمال کرد و می توان به سرکوب ارتعاش مؤثر دست یافت. در مطالعه قبلی، آزمایش‌های جدول لرزشی برای تایید عملکرد کنترل لرزه‌ای سیستم AID انجام شد. یک نمونه ساختمان برشی سه طبقه با مقیاس کاهش یافته مونتاژ و روی میز لرزه تک محوری نصب شد. بالای نمونه مجهز به AID بود. فرکانس های طبیعی نمونه 3.49 هرتز، 12.47 هرتز و 24.38 هرتز بود که به عنوان یک نمونه سفت شناخته شد. نتایج تجربی نشان داد که پاسخ لرزه ای نمونه به طور موثر توسط AID کاهش می یابد. متأسفانه، ساختن یک نمونه انعطاف پذیر در مقیاس بزرگ با AID در آزمایشگاه دشوار بود. بر این اساس، اثربخشی AID برای نمونه‌های انعطاف‌پذیر در مقیاس بزرگ نامشخص است.

شبیه‌سازی هیبریدی بلادرنگ (RTHS)، که به عنوان آزمایش ترکیبی بلادرنگ نیز شناخته می‌شود، یک روش ابتکاری و قدرتمند است که آزمایش فیزیکی را با شبیه‌سازی عددی برای بررسی عملکرد لرزه‌ای سازه‌های در معرض زلزله ترکیب می‌کند. RTHS در سیستم‌های سازه‌ای مختلف برای ارزیابی عملکرد لرزه‌ای مانند سازه‌های ایزوله لرزه‌ای [23]، ساختمان‌های ایزوله پایه هوشمند [24]، قاب‌های مقاوم در برابر لنگر فولادی [25]، ساختمان‌های بلند با برآمدگی‌های میرا [26]، قاب‌های مهاربندی شده غیرمتمرکز استفاده شده است. [27] و ساختمانهایی با دمپرهای مایع تنظیم شده [28]. در این مطالعه، RTHS برای ارزیابی عملکرد کنترل لرزه ای AID برای یک ساختمان برشی انعطاف پذیر 10 طبقه استفاده می شود. در این RTHS، ساختمان برشی 10 طبقه به صورت عددی مدل‌سازی می‌شود در حالی که AID به صورت فیزیکی در آزمایشگاه آزمایش می‌شود. دو کنترل‌کننده ساختاری که هدفشان تولید نیرویی است که باید توسط AID تکرار شود، طراحی شده‌اند که شامل یک تنظیم‌کننده خطی درجه دوم (LQR) با ماتریس‌های وزن‌دهی بهینه و مدل جایگزین آن به‌دست‌آمده از یادگیری ماشین است. علاوه بر این، دو کنترل کننده ردیابی نیرو که در مطالعه قبلی توسعه یافته اند برای بازتولید نیروی کنترلی مورد نظر از طریق AID پیاده سازی شده اند. علاوه بر این، سه روش پیشنهاد شده و برای RTHS اعمال می شود تا نیروی اعمال شده توسط AID به ساختمان برشی 10 طبقه به دست آید. در نهایت، نتایج RTHS مقایسه شده و به طور کامل مورد بحث قرار می گیرد. این مطالعه نتایج تحقیقات قبلی، از جمله طراحی و کنترل AID، بهینه سازی LQR مودال، و آموزش مدل جایگزین را ادغام می کند. علاوه بر این، تکنیک ضروری RTHS برای ارزیابی عملکرد کنترل ساختمان‌ها با سیستم AID توسعه و تأیید شده است. از طریق استفاده از تکنیک برای RTHS، کل چارچوب کنترل و عملکرد سیستم AID را می توان نشان داد و تکمیل کرد.