بررسي آزمايشگاهي عملكرد ميراگر جرمي كوك شده در سازه فولادي تحت زلزله هاي مقياس شده و تخمين پارامترهاي مودال ميراگر و سازه

Experimental Investigation on the Performance of Tuned Mass Damper Embedded on Steel Frame under earthquake excitation and Estimation of the Modal Parameters

در طول ساليان اخير كاربرد ميراگرهاي جرمي براي سازه هاي در برابر بارهاي محيطي يا لرزه اي افزايش پيدا كرده است. يك گام مهم در طراحي و كاربرد ميراگرهاي جرمي، تخمين پارامترهاي مودال است كه همواره با مشكلاتي همراه بوده است. در اين مقاله تلاش شده چارچوبي براي تخمين پارامترهاي مودال ميراگر جرمي؛ با تركيب مدلهاي آزمايشگاهي روي ميز لرزه و تكنيك آناليز مودال، به عنوان مثال روش تجزيه فركانسي؛ ارائه شود. براي اين منظور مطالعات آزمايشگاهي روي قاب پنج طبقه فولادي داراي ميراگرهاي جرمي با نسبت جرمي 0/01 و 0/1 كه در معرض تحريك دو زلزله مقياس شده كوبه (Kobe ) و ايمپريال ولي ( Imperial valley) قرار گرفته اند، صورت گرفته است. همچنين پاسخهاي سازه در حين زلزله با كمك سنسورهاي كه روي سازه نصب شده، ثبت شده و با كمك پاسخهاي به دست آمده، مشخصات ديناميكي سازه داراي ميراگر جرمي با كمك روش آناليز مودال آزمايشگاهي (Operational Modal Analysis ) تخمين زده مي شود. در اين مقاله از روش تجزيه فركانسي (Frequency Domain Decomposition ) براي تخمين پارامترهاي ديناميكي ميراگر استفاده شد. همچنين نسبت ميرايي به دست آمده از روش تجزيه فركانسي با مقادير روش كلاسيك عددي مقايسه گرديده و مشاهده شد كه روش مذكور توانايي مناسبي در برآورد پارامترهاي ديناميكي ميراگر دارد. اين مقاله همچنان نشان ميدهد كه تحريك سازه آزمايشگاهي روي ميز لرزه چنانچه همراه با تحليل مودال آزمايشگاهي باشد، ميتواند موفقيت زيادي در طراحي ميراگرهاي جرمي داشته باشد. همچنان محققان ميتوانند با دقت بالايي پاسخهاي سازه را در شرايط واقعي سازه و زلزله تخمين زده و در عين حال با صرف هزينه كم براي ساخت مدلهاي آزمايشگاهي ميراگر جرمي، ميتوان پارامترهاي بهينه ميراگر جرمي را به دست آورد.

Tuned mass dampers (TMDs) are being increasingly used for protection of structures against seismic and environmental loads. An important step in design and application of TMDs is the evaluation of TMD parameter which can cause be associated with serious difficulties. In this paper, we attempt to provide a framework to evaluate the modal parameters of TMDs using a combination of experimental test on shake table and a relatively recent modal analysis technique, namely Frequency Domain Decomposition (FDD). In order to achieve this, a series of test were conducted on a 5-storey steel frame was subjected to excitations from two scaled earthquakes (Imperial Valley and Kobe) ) while damped using two TMDs with mass ratios of 0.01 and 0.1.Mounted instrumentations recorded the structural response during the earthquakes and the recorded response was then used for an operational modal analysis (OMA) in order to estimate the dynamic characteristics of the TMDs. The FDD technique was used in this paper which was employed to estimate the parameters of TMDs. The damping ratios obtained from FDD method was compared with classical methods to verify its accuracy and capabilities in extraction of the modal parameters of TMDs. This paper shows that the use of shake table experiments coupled with the post-experiment modal analysis can be successfully used in TMD design and enables the researchers and practitioners to accurately estimate and test the response of the structures under relatively realistic conditions, which consequently allows low-cost testing of TMDs for optimum TMD selection.