كنترل ارتعاشات افقي و قائم كابل دكل هاي انتقال قدرت با استفاده از ميراگرهاي جرمي تنظيم شونده بهينه

Horizontal and vertical Vibration control of the power transmission tower cable using optimal tuned mass dampers

يكي از شيوه هاي معمول كنترل غيرفعال سازه ها تحت اثر زمين لرزه بهره گيري از سيستم ميراگرهاي جرمي تنظيم شونده است. ميراگرهاي جرمي تنظيم شونده غالباً با اثرگذاري روي يك مود، كه معمولاً مود اول سازه است، سبب كاهش دامنه پاسخ ها مي گردند. ساختار اين ميراگرها متشكل از سه پارامتر اصلي يعني جرم، ميرايي و سختي مي باشند. از آنجا كه پارامترهاي ميراگرهاي جرمي تنظيم شونده در زمان ارتعاش ثابت مي باشند، تنظيم صحيح و بهينه آن ها بسيار حائز اهميت است. يافتن مقادير بهينه پارامترهاي ميراگر جرمي براي سازه هاي غيرخطي با استفاده از روش هاي عددي مستلزم انجام آناليزهاي ديناميكي غيرخطي متعددي مي باشد؛ در نتيجه حجم محاسبات لازم بسيار زياد مي باشد. مطالعات اخير انجام گرفته با تمركز بر روي كاربرد ميراگرهاي جرمي تنظيم شونده براي سازه هاي ساختماني مي باشد كه به طور عمده به تغييرمكان هاي جانبي در سازه ها توجه شده است؛ در اين تحقيق كاربرد ميراگرهاي جرمي تنظيم شونده و اثربخشي آن ها بر روي كابل هاي انتقال قدرت در هر دو جهت عرضي و قائم به طور همزمان مورد نظر بوده كه به منظور بررسي رفتار دكل به روش عددي و تحليلي، سازه دكل تلسكوپي فلزي در نرم افزار اجزاء محدود OpenSees مدل سازي شده است و براي كاهش حجم محاسبات به منظور يافتن مقادير بهينه پارامترهاي ميراگرهاي جرمي تنظيم شونده، از روش جستجوي عددي با هدف كمينه كردن تغييرمكان افقي وسط دهانه كابل استفاده شده است. نسبت جرمي بهينه ميراگرهاي تنظيم شونده به منظور كنترل ارتعاشات دكل به همراه كابل هاي انتقال قدرت برابر 0/5 درصد جرم سازه دكل انتخاب شده است. بر اساس تحليل هاي عددي انجام گرفته براي اين نسبت جرمي، ميزان كاهش بيشينه تغييرمكان افقي وسط دهانه كابل بين دكل ها توسط ميراگرهاي جرمي تنظيم شونده براي زلزله هاي اعمال شده در بيشينه شتاب هاي كمتر از g 0/5 تا حد 50 درصد كاهش يافته است

Tuned Mass Dampers, TMDs, often reduce the displacement response of structures by influencing their first mode of vibration. The structure of these dampers consists of three main parameters: mass, damping, and stiffness. Since the parameters of TMDs are constant during the vibrations, optimal tuning of these parameters is very important. Finding the optimal values of the key parameters for a TMD in nonlinear structures using numerical methods involves numerous nonlinear dynamic analyses; therefore, the computations would be time-consuming. Recent studies, carried out on the application of TMDs in building structures, have mainly focused on reducing the lateral displacements of building structures. However in this research, the application of TMDs and their effectiveness are investigated for cables of the power transmission tower in both lateral and vertical directions simultaneously. In order to numerically study the behavior of the power transmission tower, the structure of the telescopic steel tower is modeled in the OpenSEES software and to reduce the volume of computation, a numerical search method is used to find the optimal values for the parameters of the TMDs to minimize the lateral displacement in the middle of the cable span. The mass ratio of the TMDs is equal to 0.5% of the total mass of the structure. Using this mass ratio, numerical analyses of the system indicate that the maximum reduction of lateral displacement at the middle of the cable mitigated due to implementing TMDs is about 50% under the applied earthquakes with 0.5g maximum acceleration.