توزيع بهينه ي ميراگر ويسكوز در طراحي بر اساس جابجايي مستقيم سازه هاي كنترل شده

Optimal distribution of viscous dampers(VDs) in direct displacement-based design (DDBD) of controlled structures

در اين مقاله جهت افزايش كارايي طراحي بر اساس جابجايي مستقيم سازه‌هاي مجهز شده به ميراگر ويسكوز، روشي براي تعيين توزيع بهينه ميراگر ويسكوز پيشنهاد شده است. اين روش مبتني بر تعريف يك مسئله‌ي بهينه‌سازي براي تامين ميرايي ويسكوز معادل مورد نياز با حداقل مجموع ضريب ميرايي ميراگرهاي ويسكوز است و براي حل آن از الگوريتم ژنتيك توزيع شده (DGA) استفاده شده است. براي آناليز عددي و توضيح روش پيشنهادي، سه قاب فلزي 2، 5 و20 طبقه‌ي مجهز شده به ميراگر ويسكوز خطي و طراحي شده بر اساس روش جابجايي مستقيم در نظر گرفته شده و به توزيع بهينه ميراگر ويسكوز پرداخته شده است. سازه‌هاي كنترل شده در دو حالت توزيع بهينه و يكنواخت ميراگرها تحت ده ركورد مصنوعي سازگار با طيف طراحي قرار گرفته و با استفاده از تحليل ديناميكي تاريخچه زماني به ارزيابي پاسخ سازه‌ها پرداخته شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه براي تامين ميرايي ويسكوز معادل يكسان در دو حالت توزيع بهينه و يكنواخت ميراگرها، استفاده از توزيع بهينه باعث كاهش قابل توجهي در مجموع ضريب ميرايي ميراگرها (تا 30 درصد) و مجموع حداكثر نيروي ميراگرها (تا 24 درصد) و در نتيجه هزينه‌ي تامين سيستم كنترل مي‌شود. همچنين ارزيابي عملكرد سازه‌هاي كنترل شده تحت زلزله‌هاي مصنوعي نشان مي‌دهد كه استفاده از توزيع بهينه ميراگر عليرغم كاهش در هزينه‌ي سيستم كنترل عملكرد مشابهي با حالت توزيع يكنواخت داشته است.

In this paper to increase the efficiency of direct displacement based design (DDBD) in designing structures equipped with viscous dampers (VDs), a method has been proposed to determine optimal distribution of VDs. The proposed method has been based on defining an optimization problem which minimizes the sum of damper coefficients to achieve the required equivalent viscous damper. To solve the optimization problem the distributed genetic algorithm (DGA) has been applied. To illustrate the method, three 2, 5 and 20 story steel frames equipped with linear VDs and designed using DDBD, have been considered and optimal placement of VDs has been determined. The controlled structures using uniform distribution (UD) and optimal distribution (OD) of VDs subjected to ten artificial earthquakes compatible with design spectrum and nonlinear time history analysis has been conducted. Results show that to achieve the same equivalent viscous damping for both uniform and optimal distributed VDs distribution, using OD has reduced significantly the sum of dampers coefficient (up to 30%) as well as the maximum damping force(up to 24%). Also evaluating the performance of controlled structures under different artificial records has shown that using OD has led to less control system cost while both distributions has similar performance.