مجله علمی صوت و ارتعاش

مجله علمی صوت و ارتعاش

تحلیل حساسیت پاسخ لرزه ای یک سازه 10 طبقه فولادی به فرکانس و میرایی میراگر جرمی تنظیم شده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد الیگودرز، الیگودرز،ایران
2 دانشکده عمران دانشگاه تهران
چکیده
یکی از انواع سامانه‌های کنترل ارتعاشات جهت کاهش پاسخ لرزه‌ای سازه‌ها، میراگرهای جرمی تنظیم شده می‌باشد. با تنظیم پارامترهای میرایی و فرکانس در این نوع میراگرها، می­توان پاسخ لرزه‌ای را تا حد قابل توجهی کاهش داد. بدین جهت برای دست‌یابی به پارامترهای بهینه مذکور، تاکنون روش‌های متعددی پیشنهاد شده است. منتها در این پژوهش یک سازه فولادی 10 طبقه مدل‌سازی شده و تحلیل حساسیت تحت 3 رکورد زلزله حوزه دور با نسبت‌های جرمی و فرکانسی مختلف در نرم افزار اپنسیس انجام شده است. پارامترهای بدست آمده از تحلیل حساسیت در سه حالت با نسبت جرمی 2% ، 3%  و 4% بررسی و مقایسه شده و از دو معیار بیشینه پاسخ‌ها و جذر مجموع مربعات برای یافتن پاسخ‌های لرزه­ای استفاده شده است. در پایان پارامترهای بدست آمده از هر دو معیار با روابط تجربی آیکدا و آی او آی بررسی شده‌اند. نتایج نشان می­دهند که با افزایش نسبت جرمی، پاسخ‌های جابجایی کاهش می‌یابد. همچنین میراگرهای جرمی تنظیم شده حساسیت کم‌تری به نسبت میرایی دارند، در حالیکه پاسخ‌ها به حداقل تغییرات در نسبت فرکانسی، حساسیت بالایی نشان می­دهند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Sensitivity analysis of seismic response of a 10-story steel structure to frequency and damping of tuned mass damper

نویسندگان English

Hadi Asgari 1
Seyed Mehdi Zahrai 2
1 Department of Civil Engineering, Aligudarz Branch, Islamic Azad University, Aligudarz, .Iran
2 School of Civil Engineering, University of Tehran
چکیده English

One type of vibration control system to reduce the seismic response of structures is tuned mass dampers (TMD). By adjusting the damping and frequency parameters in this type of damper, the seismic response can be significantly reduced. Therefore, to achieve the mentioned optimal parameters, several methods have been proposed so far. In this study, a 10-story steel structure was modeled and sensitivity analysis was performed under 3 far-field earthquake records with different mass and frequency ratios in the Opensees software. The parameters obtained from the sensitivity analysis were examined and compared in three cases with mass ratios of 2%, 3% and 4%, and two criteria of maximum responses and root mean square (RMS) were used to find the seismic responses. Finally, the parameters obtained from both criteria were examined with the empirical relations of Ioi and Ikeda. The results show that with increasing mass ratio, the displacement responses decrease. Also, the tuned mass dampers have less sensitivity to the damping ratio, while the responses show high sensitivity to minimal changes in the frequency ratio.

کلیدواژه‌ها English

Passive
tuned mass dampers
sensitivity analysis
Time history analysis
frequency
[1] Asgari, Hadi, Seyed Mehdi Zahrai, Mehdi Vajdian, and Seyed Mohamad Mirhosseini. "Cyclic testing of two-level control system using friction-yielding top plates in beam-to-column rigid connections". Structures Jan 2024, https://doi.org/10.1016/j.istruc.2023.105696, Vol. 59, pp. 1-20.
[2] Asgari, Hadi, Seyed Mehdi Zahrai, Mehdi Vajdian, and Seyed Mohamad Mirhosseini. "Investigating Effect of Friction-yielding Top Plate of Rigid Connections on Seismic Response of Special Moment Frames." International Journal of Engineering, Jan. 1, 2024, doi: 10.5829/ije.2024.37.08b.11, https://www.ije.ir/article_187965.html, Vol. 37, No. 8, 1580-1591.
[3] Frahm, Hermann. "Device for damping vibrations of bodies." U.S. Patent 989,958, issued April 18, 1911.
[4] Bathaei, Akbar, Seyed Mehdi Zahrai, and Meysam Ramezani. "Semi-active seismic control of an 11-DOF building model with TMD+ MR damper using type-1 and-2 fuzzy algorithms." Journal of vibration and control 24, No. 13 (2018): 2938-2953.
[5] Soheili, Saeed, Hooman Zoka, and Mahdi Abachizadeh. "Tuned mass dampers for the drift reduction of structures with soil effects using ant colony optimization." Advances in Structural Engineering 24, No. 4 (2021): 771-783.
[6] Wang, Liangkun, Weixing Shi, and Ying Zhou. "Adaptive-passive tuned mass damper for structural aseismic protection including soil–structure interaction." Soil Dynamics and Earthquake Engineering 158 (2022): 107298.
[7] Su, Xiaoyang, Houjun Kang, and Tieding Guo. "Modelling and energy transfer in the coupled nonlinear response of a 1: 1 internally resonant cable system with a tuned mass damper." Mechanical Systems and Signal Processing 162 (2022): 108058.
[8] Hrovat, Davorin, Pinhas Barak, and Michael Rabins. "Semi-active versus passive or active tuned mass dampers for structural control." Journal of Engineering Mechanics 109, No. 3 (1983): 691-705.
 [9] سحاب، محمدقاسم و رضایی هزاوه، احسان، "مطالعه آزمایشگاهی پارامترهای موثر میراگر جرمی تنظیم شده برای مدل ساختمان یک طبقه"، پنجمین کنگره ملی مهندسی عمران، مشهد، اردیبهشت 89.
[10] حق اللهی، عباس و عباسی طرئی، مرضیه و بشارت محسنی، محسن، "تعیین پارامترهای بهینه میراگر کنترل جرمی در ساختمان های بلند مرتبه"، دومین کنفرانس ملی سازه-زلزله-ژئوتکنیک، مازندران، آذر 91.
[11] صابری حسین آباد، حسین و احمدی ندوشن، بهروز، " بهینه سازی پارامترهای میراگر جرمی تنظیم شونده با استفاده از الگوریتم رقابت استعماری"، سومین کنفرانس ملی سازه و زلزله، کرمان، مهر 91.
[12] Ramezani, Meysam, Akbar Bathaei, and Seyed Mehdi Zahrai. "Designing fuzzy systems for optimal parameters of TMDs to reduce seismic response of tall buildings." Smart Structures and Systems 20, No. 1 (2017): 61-74.
[13] Ramezani, Meysam, A. Bathaei, and Seyed Mehdi Zahrai. "Comparing fuzzy type-1 and-2 in semi-active control with TMD considering uncertainties." Smart Struct Systems 23, No. 2 (2019): 155-171.
[14] Frans, Richard, and Yoyong Arfiadi. "Parameters optimization of tuned mass damper using fast multi swarm optimization." In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, vol. 419, No. 1, p. 012127. IOP Publishing, 2020.
[15] Lara, L., D. Caicedo, Y. Farbiarz, J. Brito, and Y. Valencia. "Design of a Tuned Mass Damper Inerter using optimization based on exhaustive search for the vibration control of a seismically excited structure."
[16] Wang, Liangkun, Satish Nagarajaiah, Weixing Shi, and Ying Zhou. "Seismic performance improvement of base-isolated structures using a semi-active tuned mass damper." Engineering Structures 271 (2022): 114963.
[17] Vahdani, Reza, Mohsen Khazaei, and Ali Kheyroddin. "Determination of Optimum Location of Multiple Tuned Mass Dampers in Regular and Irregular Steel Buildings in Plan under Near and Far-Fault Earthquakes." Journal of Structural and Construction Engineering 8, no. Special Issue 2 (2021): 264-285.
[18] Ioi, Toshihiro, and Ken Ikeda. "On the dynamic vibration damped absorber of the vibration system." Bulletin of JSME 21, No. 151 (1978): 64-71.