ارزیابی عملکرد لرزه‌ای سیستم ترکیبی سری میراگر جرمی و ستون مایع
ارزیابی عملکرد لرزه‌ای سیستم ترکیبی سری میراگر جرمی و ستون مایع
در سال‌های اخیر به توسعه وسائل مؤثر در استهلاک انرژی لرزه‌ای در سازه‌ها اهمیت بیشتری داده شده است که پاسخ سازه اصلی را در ناحیه الاستیک نگه دارند. به این منظور، میراگرها برای کم کردن اثر نیروی زلزله به سازه‌ها استفاده می‌شوند. همچنین تکنولوژی‌هایی برای استهلاک انرژی لرزه‌ای با قرار دادن جرم کمکی توسعه پیدا کرده است. گروه مهمی از این سیستم‌ها، سیستم‌های کنترل غیر فعال‌اند که بدون نیاز به هیچ گونه منبع انرژی خارجی و فقط با استفاده از حرکت سازه، ارتعاشات لرزه‌ای را کاهش می‌دهند.
عملکرد سیستم‌های ترکیبی سری با سیستم تک میراگر ستون مایع مقایسه شده و همچنین کارایی سیستم‌های ترکیبی سری با افزایش ضریب افت هد بررسی شده است. نتایج حاکی از آن است که عملکرد سیستم ترکیبی سری وابسته به مشخصات زلزله‌های مختلف، فرق می‌کند و با افزایش نسبت جرمی جرم دوم و نیز با انتخاب نسبت فرکانسی بهینه بر اساس پاسخ‌ها، کارایی میراگر ترکیبی سری افزایش می‌یابد.
در این روش‌های کنترل، با شروع تحریک (مثلاً زلزله)، سیستم کنترلی به کار افتاده و عملکرد کنترلی خود (اعم از تغییر سختی، پریود، میرایی یا جرم) را در هنگام تحریک انجام می‌دهد که پس از خاتمه تحریک دوباره غیر فعال می‌شود. این گونه سیستم‌ها به دلیل ثابت بودن خواص دینامیکی از جمله سختی، میرایی، جرم (و در نتیجه فرکانس طبیعی)، به فرکانس و دامنه تحریک ورودی سازه حساس بوده و ممکن است موجب کاهش بازده آنها برای تحریک‌هایی مثل زلزله که لرزش ورودی به دقت قابل پیش بینی نیست، بشود. روش‌ها‌یی مانند ترکیب این سیستم‌ها به منظور کاهش این حساسیت ابداع و به کار گرفته شده است و هم اکنون در بسیاری از کشورها سازه‌های زیادی به روش غیرفعال کنترل ارتعاش می‌شوند.
سیستم‌ها به منظور کاهش این حساسیت ابداع و به کار گرفته شده است و هم اکنون در بسیاری از کشورها سازه‌های زیادی به روش غیرفعال کنترل ارتعاش می‌شوند. از بین سیستم‌های غیرفعال، میراگر جرمی تنظیم شده یک دستگاه جذب کننده انرژی غیرفعال متشکل از یک جرم، یک فنر و یک میراگر ویسکوز است که به سازه برای کاهش ارتعاش اضافه می‌شود.
از بین سیستم‌های غیرفعال، میراگر جرمی تنظیم شده یک دستگاه جذب کننده انرژی غیرفعال متشکل از یک جرم، یک فنر و یک میراگر ویسکوز است که به سازه برای کاهش ارتعاش اضافه می‌شود. میراگرهای جرمی تنظیم شده در کاهش پاسخ سازه‌ها تحت بار هارمونیک یا تحریک باد و زلزله مؤثر است. میراگرهای جرمی بر اساس مودهای اصلی (مود اول) سازه‌ها تنظیم می‌شوند. تنظیم دقیق و صحیح میراگر جرمی متناسب با سازه و زلزله یکی از مهمترین پارامترها در طراحی است که تنظیم نادرست، کارائی میراگر جرمی را کاهش می‌دهد.
با افزایش نسبت جرمی، نسبت فرکانسی کاهش و نسبت میرایی افزایش می‌یابد. همچنین در نسبت جرمی یکسان، با افزایش نسبت جرمی نسبت فرکانسی کاهش و نسبت میرایی افزایش می‌یابد.
میراگر ستون مایع تنظیم شده شامل یک لوله u یا v شکل با سطح مقطع ثابت است که در داخل این لوله سیال وجود دارد. انرژی ارتعاش از سازه
به سیال داخل میراگر ستون مایع تنظیم شده منتقل شده و به وسیله‌ی نیروی
بازگشتی ثقلی سیال و مکانیزم‌های افت هد هیدرودینامیکی مانند اصطکاک،
روزنه، زانویی مستهلک می‌شود. فرکانس پایه این میراگر تنها به طول ستون
مایع وابسته است، در حالی که میرایی از طریق جریان آب از روزنه‌ها ایجاد
می‌شود. برخلاف میراگرهای جرمی، پاسخ میراگرهای ستون مایع تنظیم شده به
واسطه روزنه‌ها و تأثیر میرایی غیرخطی در معادله حرکت سیال در لوله، غیرخطی
است.
میراگر ترکیبی ستون مایع می‌تواند برای مدت زمان طولانی، به طور قابل توجهی مؤثرتر از میراگر ستون مایع باشد در حالی که تنها مقدار کمی از تلاش کنترلی برای تنظیم روزنه نیاز است. تحت شرایط لرزه‌ای، میراگر ستون مایع ترکیبی با کنترل روزنه می‌تواند در میرایی سریع پاسخ دوم سازه مؤثر باشد. به علاوه، اگر سیستم کنترل فشار اضافه شود، پاسخ اولیه سازه نیز می‌تواند کاهش پیداکند.
نکته مهم در طراحی میراگر ستون مایع تنظیم شده، تنظیم دقیق فرکانس و ضریب افت هد است. هر چه ضریب افت هد بیشتر در نظر گرفته شود راندمان میراگر در کاهش پاسخ‌ها افزایش پیدا می‌کند. برای طراحی میراگرهای جرمی تنظیم شده، ابتدا نسبت جرمی انتخاب می‌شود. سپس مقادیر نسبت فرکانسی و میرایی با استفاده از روابط ارائه شده در پژوهش‌های گذشته تعیین شده سپس مقادیر سختی و میرایی میراگر جرمی تنظیم شده محاسبه می‌شود.
سیستم ترکیبی سری میراگر جرمی ستون مایع تنظیم شده در کاهش پاسخ‌های سازه مؤثرند. مهمترین پارامترها در طراحی میراگرهای جرمی و ستون مایع، تنظیم دقیق فرکانس متناسب با سازه و زلزله است. کارایی میراگر با تنظیم نامناسب یا غیر بهینه کاهش می‌یابد.
