Yapıların yarı-aktif MR damperler ile kontrolü = The control of structures with semi-active MR dampers

Abstract

Bu tez çalışması kapsamında, deprem etkisiyle oluşan yapısal titreşimlerin azaltılması ve yapıların sismik performansının arttırılmasının incelenmesi amacıyla 5-8 katlı çelik bina modellerine MR sönümleyici ilave etmek suretiyle yarı aktif kontrol uygulanmıştır. Uygulanan yarı aktif kontrol yöntemi MR damperin kuvvet kontrolü ve akım kontrolü olmak üzere iki aşamadan oluşmaktadır. MR damperin üreteceği referans kontrol kuvvetinin hesaplanması için literatürde yer alan PID, kayan kipli ve enerji tabanlı kontrolörler mevcut çalışmalardan farklı olarak ilk kez birlikte kullanılmış ve söz konusu algoritmaların işleyişi gerçek zamanlı ölçümlerle test edilmiştir. Bu algoritmalarla belirlenen kuvvete karşılık MR dampere beslenen akım değeri ise yapay sinir ağı modeli kullanılarak hesaplanmıştır. Bina modellerinin yarı aktif kontrollü sismik tepkileri MR damperin bina modellerine bağlı olduğu ancak herhangi bir akım uygulanmadığı kontrolsüz durumu ile kıyaslanarak pasif kontrol yöntemi de göz önünde bulundurulmuştur. Yarı aktif kontrol yöntemini daha pratik hale getirmek için problemin deneysel çözümünün yanı sıra simülasyon modelleri hazırlanarak sayısal doğrulaması da yapılmıştır. Ayrıca MR damperin bina içerisindeki yerleşimini değiştirmek suretiyle optimum damper yeri sayısal olarak tespit edilmeye çalışılmıştır. Çalışma sonucunda elde edilen verilere göre MR damper ile yarı aktif olarak kontrol edilen yapısal sistemlerin titreşim tepkileri önemli ölçüde azalmıştır. Kontrol kuvvetlerini üretmek için kullanılan algoritmalar yapısal sistemlerin göreli kat yer değiştirme, ivme ve özellikle taban kesme kuvveti değerlerinin azaltılmasında iyi bir performans sergilemiştir. Bununla birlikte kontrolör performansının yapısal sistemin frekansı ile yüksekliğine, sistemi harekete geçiren deprem uyarısına ve uygulanan kontrolörün çalışma prensibine göre değiştiği gösterilmiştir.

This thesis applied a semi-active control scheme to 5-8 story steel building models by adding an MR damper to the first floor. It aims to reduce the structural vibrations caused by earthquakes and increase the structures seismic performance. The applied semi-active control method consists of two stages: force control and current control of the MR damper. To calculate the reference control forces produced by MR damper PID, sliding mode and energy-based controllers, selected from the literature, were used simultaneously, unlike the existing studies. The functioning of the algorithms has been tested under real-time experiments. The current signal fed to the MR damper against the reference force determined by the controllers was calculated using artificial neural networks. The passive control method is also considered by using the uncontrolled state of the MR damper. Numerical verification was also done to make the semi-active control method more practical. In addition, the optimum damper placement has been tried to determine numerically by changing the location of the MR damper in the building. According to the data obtained from the study, the vibration responses of the semi-actively controlled structural systems with the MR damper have decreased significantly. The algorithms used to generate the control forces performed well in reducing the interstory drift, acceleration and especially base shear forces of the structural systems. However it has been shown that the performance of the controller varies according to the frequency and height of the structural system, earthquake forces and the working principle of the applied controller. The reduction rate varies according to the frequency and height of the structural design, the earthquake excitations and the applied controller working principle.