کاهش بهینه پاسخ های لرزه ای سازه ها با استفاده از سیستمهای کنترل نیمه فعال و شبکه عصبی

روش های سنتی کاهش مضرات لرزه ای، بر اساس طراحی سازه ها با ظرفیت کافی برای جذب انرژی و مقاومت در برابر نیروهای لرزه ای وارده به سازه می باشد. کنترل سازه ها به عنوان یکی از روش های جدید در مهندسی عمران توجه محققان زیادی را جلب کرده است. کنترل نیمه فعال سازه ها که ترکیبی از دو روش کنترل فعال و غیر فعال می باشد نشان داده است که قابلیت های بالقوه ی زیادی در کاهش پاسخ های لرزه ای سازه ها دارد. میراگرهای mr بعنوان یکی از روش های کنترل نیمه فعال با ویژگی های منحصر بفرد از جایگاه ویژه ای در کنترل سازه ها برخوردارند. در این پژوهش مدل معکوس رفتار دینامیکی میراگر mr با استفاده از شبکه عصبی rbf بهینه شده بوسیله ی الگوریتم pso ایجاد شده است. این شبکه با دریافت مقدار نیروی کنترل بهینه که بر اساس پاسخ های لرزه ای سازه و با استفاده از الگوریتم کنترلی lqr تعیین می گردد، به تخمین ولتاژ بهینه ی ورودی به میراگر mr می پردازد. در بررسی های بعمل آمده از شبکه عصبی پیشنهادی بهینه و شبکه های عصبی rbf متداول مشخص گردید که شبکه ی پیشنهادی بهینه در فرآیند آموزش دارای خطای نسبتا بالاتری از شبکه عصبی rbf متداول می باشد، اما در فرآیند آزمون که شبکه عملیات پیش بینی داده های جدید را انجام می دهد شبکه ی عصبی پیشنهادی بهینه، خطاهای mae، mse و sse را نسبت به شبکه عصبی rbf متداول در بهترین حالت به میزان 56/13%، 76/38% و 39% و به طور میانگین 66/6 %، 83/36% و 02/37% بهبود بخشید. پس از ایجاد شبکه عصبی پیشنهادی بهینه، در محیط سیمولینک نرم افزار متلب، مدل کلی کنترل سازه ایجاد گردید. این مدل متشکل از 4 بخش اساسی: تحلیل و تعیین پاسخ-های لرزه ای سازه، تعیین نیروی کنترل بهینه، تخمین میزان ولتاژ بهینه بر اساس نیروی کنترل لازم بوسیله ی شبکه عصبی پیشنهادی و تولید نیروی کنترل لازم بوسیله ی میراگر mr بر اساس پاسخ های سازه و ولتاژ بهینه، می باشد. سپس با استفاده از مدل ایجاد شده به عنوان مثال اول یک قاب 2 بعدی 3 طبقه یک دهانه تحت 4 زلزله و چیدمان های متفاوت قرار گرفت و مشخص گردید در صورتی که چیدمان میراگرها به گونه ای باشد که اکثر میراگرها در طبقات فوقانی سازه توزیع گردند، سیستم کنترلی بیشترین تاثیر را در استهلاک نیروهای لرزه ای وارده به سازه دارد. در مثال دوم که یک قاب 2 بعدی 8 طبقه یک دهانه می باشد با استفاده از نتایج مثال قبل 6 میراگر به نحو مناسبی در طبقات سازه توزیع گردیدند و تاثیر مقادیر مختلف نسبت های میرایی ذاتی سازه بر روی سیستم کنترلی بررسی گردید. با مطالعه و بررسی نتایج بدست آمده از این مثال، مشخص گردید که با بالا رفتن نسبت میرایی ذاتی سازه ها، بیشتر نیروهای لرزه ای بوسیله ی اعضای سازه مستهلک می گردد و فرآیند کاهش پاسخ لرزه ای توسط سیستم کنترلی دچار یک سیر نزولی غیر خطی می-شود. همچنین مشخص گردید که هرچه میزان بیشینه ی شتاب زلزله ها ی وارده به سازه بیشتر باشد، به نیروی کنترل بزرگتری برای استهلاک نیروهای لرزه ای نیاز می باشد. که با افزایش نسبت میرایی ذاتی سازه، نیروی کنترل لازم بصورت غیر خطی کاهش می یابد.