کنترل نیمه‌فعال سازه‌های مجاور سه و نه طبقه با کمک الگوریتم‌های فازی نوع 1 و 2

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 دانشکده عمران دانشگاه تهران

چکیده

استفاده از روش های کنترلی جهت کاهش ارتعاشات لرزه ای ناشی از بارهای دینامیکی از زمینه های تحقیقاتی فعال در سالهای اخیر بوده است. خرابی های ناشی از برخورد ساختمان های مجاور در زلزله های بزرگ، اهمیت بهسازی و کاهش پاسخ سازه ها در برابر این بارها را آشکار می‌سازد. در این مطالعه، جهت تعیین عملکرد میراگر سیال مغناطیسی با استفاده از کنترل فازی نوع 1 و 2، سازه های معیار سه و نه طبقه تحت تحریک‌های لرزه ای با بیشینه شتاب های مختلف بررسی می شوند. میراگر سیال مغناطیسی مورد استفاده در تراز طبقه سوم با توانایی تولید نیروی کنترلی معادل 1000 کیلونیوتن، دو سازه را به یکدیگر متصل می کند. ولتاژ اعمالی به میراگر در هر لحظه توسط سامانه کنترلی طراحی شده بر اساس مقدار جابجایی دو سازه به عنوان ورودی سامانه محاسبه می شود. در این مقاله، رویکرد کلی کنترل فازی با هدف کاهش احتمال برخورد سازه ها و کاهش پاسخ های لرزه ای دو سازه می باشد. با توجه به نتایج به دست آمده، عملکرد کنترل فازی نوع-2 که عدم قطعیت ها را درخود جای می دهد، در مقایسه با فازی نوع-1 بهتر بوده است. خطر برخورد سازه ها با استفاده از کنترل های فازی نوع 1 و 2 به ترتیب 5/37 و 7/39 درصد کاهش یافته است. علاوه بر این، سامانه های فازی عملکرد مناسبی در کاهش پاسخ های لرزه ای سازه ها داشته اند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Semi-active control of adjacent 3- and 9-story structures using type-1 and type-2 fuzzy algorithms

نویسندگان [English]

  • mohsen bahmaei 1
  • Seyed Mehdi Zahrai 2
1 School of Civil Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran
2 School of Civil Engineering, University of Tehran
چکیده [English]

The use of control systems to reduce seismic vibrations due to dynamic loads has been an active research field in recent years. Damage caused by the impact of buildings in recent large earthquakes reveals the importance of improving and reducing the response of structures to these loads. In this study, to evaluate the performance of MR damper using type-1 and type-2 fuzzy control systems, two typical structures are investigated under seismic excitation with different maximum accelerations. The MR damper used in this study connects two adjacent structures at the third-floor level and is capable of producing a control force equivalent to 1000 kN. The voltage applied to the damper by the control system is calculated based on the amount of displacement of the two structures as the input of the system. In this study, the general approach of the fuzzy system aims to reduce the probability of collision of structures and reduce the seismic responses of two structures. According to the results, the control performance of the type-2 fuzzy system, which accommodates uncertainties, has been better compared to the type-1 control system. The risk of collision of structures using type-1 and type-2 fuzzy systems has decreased by 37.5% and 39.7%, respectively. In addition, fuzzy systems have performed well in reducing the seismic responses of structures. For example, type-1 and type-2 fuzzy systems have been able to reduce the values of maximum displacement, acceleration, and base shear in 3-story structure by 22.6, 8, 13.5, and 25, 7.5, 13.9 percent, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Vibration control
  • semi-active control
  • MR damper
  • type-1 and type-2 fuzzy control systems
  • adjacent buildings
[1] Klir G. J., and Bo Y., eds, “Fuzzy sets, fuzzy logic, and fuzzy systems: selected papers by Lotfi A Zadeh”, Vol.6. World Scientific, 1996.
[2] Mamdani E.H., "Applications of fuzzy algorithms for control of simple dynamic plant", Proc. Iee, 1974, Vol.121, pp.1585-1588.
[3] Brown C.B., and Yao J. TP, "Fuzzy sets and structural engineering", Journal of structural engineering, 1983, Vol.109, No.5, pp.1211-1225.
[4] Battaini M., Casciati F., and Faravelli L., "Fuzzy control of structural vibration. An active mass system driven by a fuzzy controller", Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 1998, Vol.27, No.11, pp.1267-1276.
[5] Choi K.M, Cho S.W, Jung H.J, and Lee I.W, "Semi‐active fuzzy control for seismic response reduction using magnetorheological dampers", Earthquake engineering & structural dynamics, 2004, Vol.3, No.6, pp.723-736.
[6] Yan G., and Zhou L.L., "Integrated fuzzy logic and genetic algorithms for multi-objective control of structures using MR dampers", Journal of sound and vibration, 2006, Vol.296, No.1-2, pp.368-382.
[7] Das D., Datta T.K., and Madan A., "Semiactive fuzzy control of the seismic response of building frames with MR dampers", Earthquake engineering & structural dynamics, 2012, Vol.41, No.1, pp.99-118.
[8] Arsava K.S., Kim Y., Kim K.H., and Shin B.S., "Smart fuzzy control of reinforced concrete structures excited by collision-type forces", Expert Systems with Applications, 2015, Vol.42, No.21, pp.7929-7941.
[9] Yang M.G, and Cai C.S., "Longitudinal vibration control for a suspension bridge subjected to vehicle braking forces and earthquake excitations based on magnetorheological dampers", Journal of Vibration and Control, 2016, Vol.22, No.17, pp.3659-3678.
[10] Hagras H., "Type-2 FLCs: A new generation of fuzzy controllers", IEEE Computational Intelligence Magazine, 2007, Vol.2, No.1, pp.30-43.
[11] Jammeh E., Fleury M., Wagner C., Hagras H., and Ghanbari M., "Interval type-2 fuzzy logic congestion control of video streaming", In 2008 IET 4th International Conference on Intelligent Environments, IET, 2008, pp.1-8.
[12] Bathaei A, Zahrai S.M., and Ramezani M., "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, 2018, Vol.24, No.13, pp.2938-2953.
[13] Paul S., Yu W., and Li X., "Bidirectional active control of structures with type-2 fuzzy PD and PID", International Journal of Systems Science, 2018, Vol.49, No.4, pp.766-782.
[14] Hashemi S. and Zahrai S.M. "Semi-active fuzzy control of nine-story nonlinear structure with series combination of TMD and MR dampers", Modares Civil Engineering Journal, 2019, Vol.19, No.2, pp.209-222, In Persian.
[15] Ohtori Y., Christenson R. E., Spencer B. F., and Dyke S. J., "Benchmark control problems for seismically excited nonlinear buildings", Journal of engineering mechanics, 2004, Vol.130, no.4, pp.366-385.
[16] Ok S.Y, Kim D.S, Park K.S, and Koh H.M, "Semi-active fuzzy control of cable-stayed bridges using magneto-rheological dampers", Engineering structures, 2007, Vol.29, No.5, pp.776-788.
[17] Abdeddaim M., Ounis A., Djedoui N., and Shrimali M.K., "Reduction of pounding between buildings using fuzzy controller", 2016, pp.985-1005.