دانلود,بررسی پاورپوینت پدیده‌های خطرناک طبیعی ومتدهای جلوگیری از آن در ساختمان,pptx
 
 
بخشی از مطلب 
 
 
سازه‌هاي كنترل شده فعال
برخي از اولين يادداشتهاي مربوط به يك سازه كنترل شده فعال در كارهاي زوك [2-1] ديده مي‌شوند كه در آن بعنوان سازه‌هاي پويا ياد شده است. زوك همچنين بيان نمود كه كنترل‌هاي فعالي كه جهت كاهش جابجايي سازه‌اي بكار مي‌روند از آن چيزي كه جابجايي سازه‌اي را پديد مي‌آورد مجزا مي‌باشند. سازه‌هاي پوياي توصيف شده بوسيله زوك پيشتر از او نيز بررسي شده بود. در واقع، زوك هر روش توليدي را كه قابليت تغيير فرم، شكل و ساختار جهت سازگار كردن سازه با تغييرات نيرويي و كاربري‌ها داشته باشد را ارائه و بيان نمود. براي مثال، يك سازه مي‌تواند در كارخانه بصورت فشرده و كامل ساخته شده و سپس به مكان موردنظر آورده شده و در مكان نصب، با بهره‌گيري از انرژي‌هاي خارجي و سيستم‌هاي كنترل تعريف شده بطور خودكار نصب و برپا ‌شود. بطور مشابه، مي‌تواند سازه‌هايي را تصور نمود كه بطور معكوس قابليت جمع شدگي و برچيده شدن خودكار را داشته يا بتوانند با بهره‌گيري از دستگاه‌هاي كنترل تغيير شكل داده و به اشكال سازه‌اي دلخواه تبديل شوند.
موضوع مورد بحث و بررسي در اين كتاب، مربوط به دسته اول كه بعنوان كنترل‌هاي فعال جهت كاهش جابجايي سازه بيان شد مي‌باشد. بر اساس كار زوك [3]، اولين كوشش‌ها در اين راستا در سال 1960 و هنگامي كه اوگن فري سينت از كابل‌هاي مهاربند پيش تنيده بعنوان دستگاه‌هاي كنترل جهت پايداري سازه‌هاي بلند استفاده نمود انجام شد. ليوزلين نيز بطور مستقل در 1965 ايده طراحي سازه‌هاي بلند با كابل‌هاي نصب شده در قاب سازه‌اي كه به جك‌هاي هيدروليكي در پي متصل شده‌اند را مطرح نمود. حسگرهاي اندازه‌گيري جابجايي در بالاترين طبقه سازه جاگذاري شده و سيگنال‌هاي فرستاده شده از اين حسگرها، تعيين كننده ميزان نيروي اعمالي توسط جك‌ها بود كه نظريه «سازه‌هاي هوشمند ديناميكي» را بر اساس قابليت انجام كنترل پاسخ فعال بهنگام رخداد زلزله‌هاي شديد مطرح نمودند. نوردل نيز استفاده از سيستم‌هاي فعال كه بتواند بهنگام اعمال نيروهاي حداكثر خارجي غيرمنتظره بصورت فعال وارد عمل شده و مقاومت كنند را پيشنهاد نمود. دو حالت از چنين سيستم‌هايي در اشكال (1-2) و (2-2) ترسيم شده‌اند. شكل (1-2) يك سيستم مهاربند قطري قابل جابجايي را نشان مي‌دهد. در حالت فعال، مهاربندي قطري مقاومت جانبي سازه را در برابر بارهاي غيرمنتظره افزايش مي‌دهند. همانطور كه ديده مي‌شود، مهاربندي‌هاي موردنظر بايد بصورت مستقيم فعال شود. مشابه مطلب بالا براي ستون‌ها، ديوارها يا خرپاها نيز قابل تعريف بوده و شكل (2-2) يك نمونه از اين مطلب مي‌باشد. ستون‌ها در حالت فعالشان، هر دو مقاومت جانبي و عمودي را افزايش داده‌اند.
 
شكل (1-2) سيستم مهاربندي مفصلي فعال
سير منظم از پژوهش‌ها در زمينه كنترل فعال تا 1972 شروع نشده بود. در اين سال يائو يك تئوري كنترل بسيار بر پاه مفهوم كنترل سازه‌اي را ارائه نمود.
 
شكل (2-2) ستون‌هاي متحرك
همانطور كه بوسيله يائو و بسياري از كارهاي پژوهشي بيان شده، يك سستم كنترل سازه‌اي داراي فرم ساختاري كه در شكل 3-2 نشان داده شده مي‌باشد. اين ساختار، شامل موارد زير است:
1) حسگرهايي كه در سازه جهت اندازه‌گيري ميزان تحريك خارجي يا مقدار پاسخ سازه‌اي و يا هر دو نصب مي‌شوند.
2) دستگاه‌هايي براي پردازش دانسته‌هاي اندازه‌گيري شده و محاسبه نيروهاي كنترل ضروري و موردنياز بر پايه يك الگوريتم كنترل مطلوب
3) عملگرها، كه معمولا با منابع انرژي خارجي كار كرده و نيروهاي اعمالي موردنياز را توليد مي‌كنند.
 
شكل (3-2) ساختار شماتيك كنترل فعال
زماني كه فقط از تغييرات اندازه‌گيري شده پاسخ سازه‌اي استفاده مي‌شود ساختار كنترل بعنوان يك كنترل حلقه – بسته شناخته شده بطوري كه پاسخ سازه‌اي بطور پيوسته‌اي نظاره شده و اين دانسته‌ها براي اصلاح مداوم نيروهاي كنترل بكار مي‌رود. يك كنترل حلقه- باز هنگامي كه نيروهاي كنترل تنها بر اساس تحريك خارجي تنظيم مي‌شوند تعريف مي‌شود. در حالتي كه دانسته‌ها در هر دو زمينه مقادير پاسخ‌ها و تحريك براي طراحي كنترل استفاده شوند، از تعريف كنترل حلقه باز- بسته در مقالات استفاده مي‌شود.
براي بررسي اثر استفاده از نيروهاي كنترل در يك سازه با شرايط ايده آل، سازه ساختماني مدل شده با يك سيستم n درجه آزاد جرم متمركز – فنر در نظر گرفته شود. معادله ماتريسي جابجايي سيستم را مي‌توان بصورت زير نوشت:
(1-2)     
كه C,M و K بترتيب ماتريس‌هاي جرم، ميرايي و سختي   بوده، x(t) بردار جابجايي n بعدي، f(t) يك بردار r بعدي كه تحريك خارجي يا بار اعمالي را نشان مي‌دهد و u(t) بردار نيروي كنترل m بعدي مي‌باشند. ماتريس E,D بترتيب داراي ابعاد   و   بوده و بعنوان ماتريس مكان‌هاي اعمال نيروي كنترل و تحريك‌هاي خارجي تعريف مي‌شوند.
فرض مي‌شود كه ساختار حلقه باز- بسته طوري بكار برده مي‌شود كه نيروي كنترل u(t) بعنوان يك تابع خطي از بردار جابجايي بدست آمده x(t) ، بردار سرعت  و تحريك f(t) قابل طراحي است. بردار نيروي كنترل از رابطه زير مي‌تواند بدست آيد:
(2-2)     
  و   بهره‌هاي كنترل مي‌باشند كه مي‌توانند وابسته به زمان نيز باشند.
با جايگذاري معادله (2-2) درون معادله (1-2) رابطه زير حاصل مي‌شود:
(3-2)     
با مقايسه معادله (3-2) و معادله (1-2) بدون وجود كنترل، ديده مي‌شود كه اثر كنترل حلقه – بسته بصورت اصلاح مشخصه‌هاي سازه‌اي (سختي و ميرايي) طوري كه سازه پاسخ مناسبتري به تحريك بيروني بدهد خود را نشان مي‌دهد. اثر مؤلفه حلقه – باز يك اصلاح (كاهش يا نمايش كامل) در تحريك بيروني مي‌باشد. برگزيدن ماتريس‌هاي بهره كنترل   و   نيز به الگوريتم كنترل انتخاب شده وابسته است.
ديده مي‌شود كه مفهوم كنترل فعال بسيار اثرگذار و مهيج مي‌باشد. از يكسو، مي‌توان با اصلاح ويژگي‌هاي سازه‌اي طوري رفتار كرد كه واكنش سازه به تحريك‌هاي بيروني بسيار بهتر و مطلوب‌تر باشد. در سوي ديگر، كاهش مستقيم تراز تحريك منتقله به سازه نيز با كنترل فعال ممكن مي‌گردد.
در گسترش مفهوم كنترل سازه‌اي فعال، يكي از اولين گام‌ها توسعه قوانين كنترل مناسب نظير آنچه در رابطه (2-2) ارائه گرديده مي‌باشد. برخي از الگوريتم‌هاي كنترل كاربردي رايج در حوزه ساختمان در گفتار سوم بحث و بررسي مي‌شوند. براي خوانندگاني كه در تئوري كنترل اطلاعات زيادي ندارند جالب است كه بدانند مفاهيم پايه‌اي كنترل فعال تازه و نو نبوده و اين مفاهيم جزء جدايي‌ناپذير مهندسي كنترل و برق در چند دهه اخير شده‌اند. همچنين اين علم بصورت شگف‌آوري در حوزه گسترده‌اي از مهندسي هوافضا و مكانيك كاربردي شده است. اخيرا، كنترل جابجايي سازه‌هاي فضايي بزرگ نيز يك موضوع تحقيقاتي جدي شده، ولي بهرحال، كنترل فعال سازه‌هاي مهندسي عمران، همانگونه كه در بالا نشان داده شد، يك موضوع مهم بوده و با وجود اينكه بسياري از پايه‌هاي نظري آن در تئوري كنترل مدرن ريشه دارد، همانطور كه ديده خواهد شد، كاربردش در سازه‌هاي مهندسي عمران در بسياري از شيوه‌ها تكين و يگانه بوده و ارائه‌كننده يك حوزه تحقيقاتي نوين مي‌باشد.