توصيفگر ها :
سازه نامتقارن , رفتار غيرخطي , كنترل هوشمند , بهينهسازي الگوريتم فازي , ميراگر MR , اندركنش خاك-سازه
چكيده فارسي :
چكيده
در اين پژوهش به موضوع بهينهسازي الگوريتم كنترلي فازي جهت كنترل لرزهاي سازههاي نامتقارن بتنآرمه مجهز به ميراگرهاي مگنتورئولوژيك (MR) و متكي بر فونداسيون انعطافپذير، با درنظر گرفتن رفتارغيرخطي سازه پرداخته شده است. بهمنظور بررسي پارامترهاي مختلف سازه با رفتار پيچشي، تعداد 27 سازه نامتقارن پارامتريك با مقادير متفاوت خروجازمركزيت، زمانتناوب و نسبتهاي مختلف فركانس پيچشي به فركانس انتقالي توليد شده كه خروجازمركزيت آنها از نوع جرمي تعريف شده است. سيستم باربر سازهها، قابخمشي بتنآرمه ويژه درنظر گرفته شده است و اختصاص رفتار غيرخطي به سازههاي اشارهشده، به وسيله المانهاي اليافي در ستون و مفصل پلاستيك متمركز در تيرها انجام گرفته است. سپس هركدام از اين سازهها به ميراگرهاي مگنتورئولوژيك (MR) مجهز شدهاند كه مدل درنظر گرفته شده براي اين ميراگر، مدل بوك-ون سادهشده است. بهمنظور فرماندهي ميراگرهاي MR از سيستم با منطق فازي بهرهبرده شده است كه پارامترهاي اين سيستم فازي توسط الگوريتم بهينهساز ژنتيك چندهدفه نخبهگراي نامغلوب (NSGA II) بهينه گرديد. در اين الگوريتم، كمينهكردن مقادير جابهجايي و شتاب لبهنرم سازه به صورت همزمان، از اهداف تعيينشده براي اين الگوريتم بهينهساز چندهدفه درنظر گرفته شده است. طراحي اين الگوريتم كنترلي با استفاده از ركورد شتابنگاشت Northridge صورت گرفته و جهت بررسي مقاوم بودن كنترلر در برابر عدم قطعيت در تحريك ورودي، با تعداد 4 ركورد نزديك به گسل و 3 ركورد دور از گسل ديگر مورد ارزيابي قرار گرفته است. بهمنظور ارزيابي بيشتر كنترلر، اثر انعطافپذيري فونداسيون نيز بر روي سازههاي مجهز به كنترلر فازي بهينه بررسي شده است. بهمنظور سادگي در تحليل، نتايج ارائه شده به صورت نسبتي از پاسخهاي سازه كنترلشده به كنترلنشده گزارش شده است. در نهايت نتايج بهدست آمده حاكي از موفقيت قابلتوجه الگوريتم كنترلي فازي بهينهشده در كاهش پاسخهاي سازه از جمله جابهجايي و سرعت لبهنرم، لبهسخت و مركزجرم است. علاوهبراين، برشپايه سازه كنترلشده به نسبت سازه كنترلنشده، كاهش قابلتوجهي را نشان ميدهد. در ارزيابي عملكرد ميراگر، شاخصهاي ديگري از جمله ولتاژ ميراگر و نسبت نيروي اعمالي ميراگر به كل وزن سازه گزارش شده است كه همگي نشانگر توانايي الگوريتم طراحيشده در كنترل پاسخهاي لرزهاي سازه تحت زلزلههاي شديد هستند. نتايج بررسي مقاوم بودن الگوريتم كنترلي در مقابل عدمقطعيت تحريك ورودي، بيانگر موفقيت اين الگوريتم در كنترل سازههاي نامتقارن پيچشي تحت تحريك زلزلههاي مختلف با محتواهاي فركانسي متفاوت است. با بررسي رفتار سازه كنترلنشده و كنترلشده مشخص شد، گرچه رفتار بيشتر سازههاي كنترلشده به صورت خطي باقي ميماند اما بسته به جرم انتقالي، سازه كنترلشده نيز ميتواند وارد حوزه غيرخطي از رفتار خود گردد ولي بههرحال الگوريتم فازي بهينه، قادر به كنترل آن نيز هست. همچنين لحاظ نمودن اثر اندركنش خاك-سازه در مواردي منجر به موفقيت بيشتر الگوريتم كنترلي ميشود.
چكيده انگليسي :
Abstract:
This research focuses on the optimization of fuzzy control algorithm for seismic control of asymmetric reinforced concrete structures equipped with magnetorheological (MR) dampers and flexible foundations, taking into account the nonlinear behavior of structures. To investigate various parameters of structures with torsional behavior, 27 parametric asymmetric structures with different eccentricity, period and different ratios of torsional frequency to translational frequency have been generated, in which their eccentricity is of the inertial type. The load-bearing system of the structures is considered as a special reinforced concrete frame, and nonlinear behavior is assigned to the mentioned structures using fiber elements in columns and concentrated plastic hinges in beams. Then, each of these structures is equipped with magnetorheological (MR) dampers, for which the model considered for this damper is a simplified Bouc-Wen model. In order to control the MR dampers, a fuzzy logic system has been used, and the parameters of this fuzzy system have been optimized using the multi-objective elite Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA II). In this algorithm, minimizing the displacement and acceleration values of the soft edge simultaneously is considered as the goal of the multi-objective optimization algorithm. The design of this control algorithm has been carried out using the Northridge acceleration record, and to evaluate the robustness of the controller against input uncertainty, 4 near-fault records and 3 far-fault records have been evaluated. In order to further evaluate the controller, the effect of foundation flexibility on structures equipped with the optimal fuzzy controller has also been investigated. In order to simplify the analysis of the results, the results are presented in a relative form. The results demonstrate the significant success of the optimized fuzzy control algorithm in reducing structural responses, including displacement, velocity, and center of mass. Furthermore, the controlled shear force of the structure shows a significant reduction compared to the uncontrolled structure. Other indicators such as MR sensor voltage and the ratio of applied force to the total weight of the structure are reported in evaluating the performance of the MR sensor, all of which demonstrate the ability of the designed algorithm to control seismic responses of structures under severe earthquakes. The evaluation of the resistance of the control algorithm against input uncertainty shows the success of this algorithm in controlling torsionally asymmetric structures under different earthquake excitations with different frequency contents. The behavior of the uncontrolled and controlled structures was examined, and it was found that while the behavior of most controlled structures remains linear, depending on the transfer mass, the controlled structure can also enter its nonlinear behavior zone. Nevertheless, the optimized fuzzy algorithm is capable of controlling it. Furthermore, taking into account the soil-structure interaction effect leads to more successful control algorithm.