2015لعام 13العدد سلسلة العلوم الهندسية مجلة بحوث جامعة حلب

1

االستجابة الزلزالية للمباني العالية أثير التحكم الشبه االيجابي علىت والتحكم الخطي بوساطة المخمدات الهيدروليكية المغنطيسية

*، يزن الغصين*****، تركي طبقهالة توفيق حسن هاليزن دمشق، جامعة الزلزاليةالمعهد العالي للبحوث والدراسات ، الزلزالية اإلنشائيةقسم الهندسة *

مركز الدراسات والبحوث العلمية** دمشق، جامعة المعهد العالي للبحوث والدراسات الزلزالية، اإلنشائية الهندسة ماجستير في***

الملخصللهههز زل الشهههديدل، وبهههالر م مهههن ةمقاومههه أبنيهههةالعهههالم طلبهههاي متزايهههداي لههه يشههههد

تخفيض المخاطر الزلزالية وكودات التصميم، زلنا نعهاني مهن الخسهائر أساليبتطور ثل المشافي وابنيه المصارف ...(.البشرية وا قتصادية خاصه في األبنية الهامة )م

Semiتههيتي طريقههه الههتحكم شههبه ا يجههابي با سههتجابة الديناميكيههة للمنشهه ت )

Active Control،من خالل وضع مخمدات يمكهن ( كحل ذكي ومتكيف لهذه المشكلةضهبطها ، يهتمتهمحهدده فهي البنهاو، وبالتهالي الهتحكم باسهتجاب أماكنفي التحكم بخواصها

لتحسهين األمثهلللتكيف مع الحمل الديناميكي الذي يخضع له المبن مما يجعلها الحهل لية(.استجابة المباني التي يمكن تحسين استجابتها بالعزل الزلزالي )كاألبنية العا

تقيم هذه المقالة أثر استخدام التحكم شهبه اإليجهابي له اسهتجابة األبنيهة التهي (، يههتم MR damperتتعههرض للههز زل باسههتخدام المخمههدات الهيدروليكيههة المغناطيسههية )

من خهالل التركيهز له . (Matlabالتحكم بها بوساطة نظريه التحكم الخطي وبرنامج )اي يمهههههثالن أبنيهههههة معياريهههههة لوبنيهههههة المتوسهههههطة و اليهههههة طابقههههه 20و 9أبنيهههههة معدنيهههههة مهههههن

تظههر النتهائج فا ليهه الهتحكم شهبه اإليجهابي فهي تحسهين اسهتجابة المبنه مهن ا رتفاع.أل لهه البنههاو وا نزيههاب النسههبي بههين الطوابههق ممهها يثبههت األ ظمههيخههالل تقليههل ا نتقههال

زلزالية ل األبنية العالية.أن التحكم شبه اإليجابي هو حل مهم لتخفيض المخاطر الالتحكم شبه اإليجابي، التحكم الخطي التربيعي الغوسي، ا ستجابة الزلزالية لوبنية الكلمات المفتاحية:

العالية، المخمدات الهيدروليكية المغنطيسية.

2015/ 3 /11 ورد البحث للمجلة بتاريخ 2015/ 7 / 2 قبل للنشر بتاريخ

. حسن ود. طبقا د. م. حسن، د. م. طبق، م. الغصين

2

:مقدمة -1

أولوية في جميع أنحاو العالم. حيث لمباني بما في ذلك قاطنيهاحماية اتعتبر يتراوب مستوى الحماية بين التشغيل المباشر وراحة القاطنين لوبنية الهامة )كالمشافي

إل البقاو ل قيد الحيال البشرية والمحافظة ل المبن مستقرا. كذلك والجسور ...( المحتوى المادي لهذه المباني )كمباني المصارف وابنيه البورصة والتيمين ...(.

يجب أن تكون المباني المدنية القائمة والمباني المستقبلية محمية بشكل كاف بما في ذلك الز زل والرياب واألمواج وحركة من مجمو ة متنو ة من األحداث،

ندما يضرب زلزال كبير و ، المرور. تعد الز زل من الكوارث الطبيعية الخطرل جداي منطقة آهلة بالسكان يمكن أن تكون النتائج كارثية مع أضرار واسعة بالمباني وشبكات

ئر الز زل فيه الذي ا تبرت خسا 2011النقل والخدمات األساسية. ونذكر هنا ام [1]. في ده بلدان األكبر تاريخياي

:البحثوهدف مبررات -2صممت المباني الحديثة لتبديد الطاقة أثناو وقوع الزلزال بتشوه ناصرها ويمكن الحد من استجابة المنش ت الزلزالية لوبنية من خالل زيادل متانة المنش ت او

ق ير ملية حيث أن كلفة زيادل حجم العناصر ائزيادل مطاو تها ولكن هذه الطر . في المقابل أن زيادل مرونة المنشي جداي اإلنشائية لمواجهة الز زل القوية الية

، لذلك كبيرل، وبالتالي أي ترقية زلزالية هو حل وسط اي ضرار أومطاو ته ينتج نها .(structural control)ظهر مفهوم التحكم با ستجابة

لدراسة أثر التحكم شبه اإليجابي ل ا ستجابة يهدف البحث هدف البحث: .(MR)مخمدات الهيدروليكية المغناطيسية الالزلزالية للمباني العالية بواسطة

[2]:المنشآتتحسين استجابة -3( structural control)منش ت لليعتبر مفهوم تحسين ا ستجابة الديناميكية

ن ا ساليب التقليدية من خالل إضافة تخميد وردود أفعال اضافية، مما يؤدي بديالي ، وبسبب أن هذا نوع يتفا ل مع [3] منش تللإل خفض في ا ستجابة الديناميكية

معطيات الهزل ا رضية واستجابة المنش ت فانه يعطي أفضل استجابة ممكنة.

2015لعام 13العدد سلسلة العلوم الهندسية مجلة بحوث جامعة حلب

3

[2]آت:أنواع التحكم باستجابة المنش -3-1 المنشآت: باستجابةالتحكم السلبي -3-1-1

بين انظمة األكثر انتشاراي ( Passive control)يعتبر نظام التحكم السلبي ويعتمد ل تبديد الطاقة بإضافة تخميد للمنشي و يحتاج ،التحكم باستجابة المنش ت

لمصدر خارجي للطاقة. يتم ضبط التخميد اإلضافي ليتوافق مع استجابة المنشي ي خطي أوتردداته، مما يجعله ير قادر ل ا ستجابة لتغيرات المنشي مع الزمن أو

في النمذجة والتنفيذ. تفتقر نظم التحكم السلبي للكفاول بسبب صعوبة الحصول ل استجابة دقيقة وموثوقة تتفق مع ا ستجابة الفعلية للمنشي.

التحكم اإليجابي باستجابة المنشآت: -3-1-2

الماضية بيساليب التحكم اإليجابي ةتزايد ا هتمام خالل العقود الثالث(Active control) .حيث لتخفيض أثر الز زل والرياب ل استجابة المنش ت

حساسات ،التحكم بالمنش ت (actuator)تطورت خاللها تصاميم مشغالت ومحركات ، ونظريات وسبل التحكم بهذه المحركات من خالل تغذيه (sensors)الحركة

،لزلزاليةالحساسات الراجعة مما يتيح مراقبة حركة ورد فعل المنشي أثناو األحداث االكهربائية أو ( actuator)وتخفيض أفضل ستجابة المنشي وذلك باستخدام المشغالت

الهيدروليكية لتطبيق ردود أفعال ل المنشي، وذلك بالمقارنة مع نظام التحكم السلبي ، والباقي إل إضافيةجزو من هذا التحسن إل توافر قول خارجية يعودالبسيط.

لها. وفقاي قب حركة المنشي وتعدل خواص األجهزل استخدام حساسات ترا :هما نياساسي سببينلنما ا همها كلفته العالية و أفشل هذا النظام لعدل أسباب ليس

يستطيع تيمينه يتطلب التحكم اإليجابي مورد خارجي كبير للطاقة السبب األول: يمكن ا تماد ل أنظمة التحكم اإليجابي. مولد محلي وهكذا

هو أن التحكم اإليجابي يضيف قوى جديده وبالتالي تنشي دل أسئلة :الثاني السبب ل الر م من الجهود الكبيرل التي بذلت في اتجاه و . النظام الديناميكيبشين استقرار

دم أثار التحكم، ولكن اتالتخفيف من حدل هذه المشكلة من خالل تطبيق نظري .مخاوف كبيرل تزال دون حل المدنيةاليقين في طبيعة نماذج الهندسة

. حسن ود. طبقا د. م. حسن، د. م. طبق، م. الغصين

4

التحكم شبه اإليجابي باستجابة المنشآت: -3-1-3

نشيت تقنية أخرى مهمة في السيطرل وتحسين المنشي تحتاج لطاقة منخفضة، هذه ،(Semi Active Control)وذات أداو الي هي أجهزل التحكم شبه اإليجابية

مثل أجهزل التحكم السلبي، ولكنها تمتاز األجهزل هي مبددات للطاقة )مخمدات(في الوقت الحقيقي الالزم لتحسين بخصائصها المتغيرل بسر ة و التي يمكن ضبطها

و ل الر م من محدودية هذه األجهزل فإنها تحمل ،ا ستجابة الديناميكية للمنش تالوقت قدرل ل مراقبة القول في كالبعضا من الخصائص الجذابة للنظم اإليجابية

ة بيماكن محددل من المنشي كما يمكنها تحسين صفات المخمدات المزرو ، الحقيقي .يكملهإل ا ستجابة وبالتالي تحسين المنشي ب اي استناد

الالزمة هي ةتشغيل أنظمة التحكم شبه اإليجابين الطاقة الوحيدل الالزمة لإل جهاز ضبط صفات المخمدات، و ادل ما ألجهزل ا ستشعار وحواسب السيطرل، وا

تكون هذه المتطلبات هي أقل من حيث الحجم من متطلبات تدفق الطاقة خالل .األجهزل

[4]:المخمد الهيدروليكي المغناطيسي -3-1-4

lord)صنع شركه (Magnetorheological: MR) مخمد( )لشكل ا يوضح

co.) ( 200باستطا ةkN) 1.47طوله هو ( 2.7متر، ويزن حوالي kN يتيح ،) (.mm 584الجهاز حركه بمقدار )

[2] لتحكم شبه االيجابيا تعريف :(1)الشكل

2015لعام 13العدد سلسلة العلوم الهندسية مجلة بحوث جامعة حلب

5

يحوي ذرات معدنيه هلكن سائل ةالتقليدي ات( المخمدMRيشبه مخمد )

يمكن ضبط حيث ركةغناطيسي بشكل سالسل تكبح الحترتصف ند تعرضها لحقل م ( ثانيه ليعطي قوه الكبح المطلوبة.1/1024هذا الجهاز في )

يجادا [4] في . تم مبيرأ( 2.5-0) بالمجال كهربائي تياريتم التحكم بالمخمد بوساطة بحيث تكون مدخالت النموذج اثناو التحليل بواسطة ماتالب. لالخطيامخمد للنموذج

الطوابق الناتجة من نموذج المبن السابق خطول بخطول اتهي انتقا ت وسر ومخرجاته القوى في مخمدات الطوابق بنفس الخطول.

القول المتولدل في المخمد بتغيير اإلشارل الكهربائية وا نتقال والسر ة ()الشكل يوضح .ضمن المخمد

[4] ( على شدة تيار مختلفةMRاستجابة مخمد ) (:3)الشكل

[4] ( الهيدروليكي المغناطيسيMR) مخمد(: 2)لشكل ا

. حسن ود. طبقا د. م. حسن، د. م. طبق، م. الغصين

6

:الخطي التحكم -4 [2]كتابة معادالت الحركة الديناميكية للنظام االنشائي مع المخمدات: -4-1

معاد ت الديناميك الحاكمة لحركة ل يعتمد حساب المتحكم بشكل أساسي ( مكون من الكتل uced modelحيث نستخدم نموذج مختصر للمبن ) المبن

( القوى )الشكل ، يبين المجمعة للطوابق في معادلة خطية تفاضلية من الدرجة الثانية تعرض لها الطوابق حيث نالحظ تولد رد الفعل في المخمد والتربيط الحامل له.تالتي

يمكن كتابه معادله الحركة للمبن بتجميع معاد ت الحركة لكل طابق من خالل المعادلة التفاضلية التالية:

𝑀 ∗ �� + 𝐶 ∗ �� + 𝐾 ∗ 𝑋 = Γ ∗ 𝐹 − 𝑀 ∗ Λ ∗ 𝑥�� [𝑋, X, X]المبن . وسر ات وتسار ات : أشعة انتقا ت

F.شعاع المدخالت المتحكم بها وهي القول في المخمدات : ��𝑔.مدخل التسارع ا رضي ير المتحكم به :

[M, K, C]. مصفوفة كتل وقساول وتخميد المبن :

[5] تحويل المعادالت من معادالت تفاضلية الى فضاء الحالة: -4-2

جراو تتطلب دراسة النظم في المجال الزمني معرفة المعاد ت التفاضلية وا عقدل نسبيا كالتكامالت. وقد دفعتنا صعوبة تطبيق هذه التقنيات إل ا نتقال مليات م

لكن دم سهولة استخدام هذه الطرائق في حالة النظم المتعددل . إل المجال الترددي ( وفي حالة النظم المعقدل د انا إل الحل األنسبMIMOالمدخالت والمخرجات )

(.state space model)وهو التمثيل في فضاو الحالة

[2] القوة المؤثرة على كل طابق :(4)الشكل

2015لعام 13العدد سلسلة العلوم الهندسية مجلة بحوث جامعة حلب

7

بفرض لدينا ا شعة التالية:𝑍 = [ 𝑋 , �� ], 𝑈 = [ 𝑥�� , 𝐹], 𝑌 = [𝑋 , �� , ��]

ليات وتحويالت بسيطة مبالتعويض في معادلة الحركة التفاضلية واجراو تصبح معاد ت الحركة بالشكل التالي:

�� = 𝐴 ∗ 𝑍 + 𝐵 ∗ 𝑈, 𝑌 = 𝐶 ∗ 𝑍 + 𝐷 ∗ 𝑈 )ألنه يعبر ن حالة حركة البناو في لحظة ( شعاع الحالةZtند و الشعاع )

( شعاع مدخالت Uمن انتقا ت وسر ات الطوابق، و )مكون وهو شعاع معينة()التسارع األرضي والقول المتولدل في المخمدات كقول مركزل في النظام الديناميكي

الحساسات الموز ة في رجات النظام الديناميكي ويعبر ن( شعاع مخY، و)الطوابق( .المبن

يتم ادل فصل المدخالت التي يتم التحكم بها )قوى المخمدات( ن المدخالت التي يتحكم بها )قوى التسارع الزلزالي( بالمعاد ت التالية:

�� = 𝐴 ∗ 𝑍 + 𝐵1 ∗ 𝐹 + 𝐸 ∗ 𝑥��

𝑌 = 𝐶 ∗ 𝑍 + 𝐷1 ∗ 𝑈 + 𝑊 ∗ 𝑥��

وتعبههههر ههههن خواصههههه مصههههفوفة الحالههههة للنظههههام الههههديناميكي( Aكمهههها نههههد و )( مصفوفة الدخل للنظام الديناميكي وتعبهر هن أثهر المهدخالت، Bالديناميكية الذاتية، )

(C )أثههههر شههههعاع الحالههههة لهههه مخرجههههات النظههههام الههههديناميكي (،) الرصههههد مصههههفوفة(D )( B1مصههههفوفة ا رجههههاع )أثههههر الههههدخل المباشههههر لهههه مخرجههههات النظههههام الههههديناميكي (،)

( D1لهههديناميكي وتعبهههر هههن أثهههر المهههدخالت المهههتحكم بهههها،)مصهههفوفة الهههدخل للنظهههام االمهتحكم بهه المباشهر له مخرجهات النظهام الهديناميكي(، مصفوفة ا رجهاع )أثهر الهدخل

(E(،)( مصههههفوفة الههههدخل للنظههههام الههههديناميكي )أثههههر المههههدخالت يههههر المههههتحكم بهههههاW )النظههههام المهههتحكم بههههه المباشههههر لههه مخرجههههات مصهههفوفة ا رجههههاع )أثهههر الههههدخل يههههر

الديناميكي (.

. حسن ود. طبقا د. م. حسن، د. م. طبق، م. الغصين

8

بواسطة معاد ت الخطي الديناميكي نظام الحركة لدينا كونتوبالتالي ينالحظ سهولة التعامل ، حيث(.Error! Reference source not found ،الحالة

( واجراو تكامل وحيد بدل تكاملين في المعاد ت y( والمخرجات )uمع المدخالت ) .السابقة

الحالة:مزايا التمثيل في فضاء -4-2-1ومنه يمكن )أي معادلته الديناميكية( يمكن الحصول ليه من توصيف النظام •

الحصول ل تفسير فيزيائي مباشر. يمثل بشكل منفصل تيثير الدخل وتيثير ا هتزاز الحر. • يصلح لونظمة الخطية و ير الخطية. •ير كمداخل إضافية )كالز زل أو ضجيج الحساسات( يمكن تمثيل ا ضطرابات •

متحكم بها.هناك خوارزميات تحكم متعددل تسمح بتصميم قوانين التحكم لونظمة الممثلة بهذا •

التمثيل في فضاو الحالة.( واألنظمة المتعددل المدخالت SISO) ذات مدخل ومخرج وحيد يصلح لونظمة •

( حيث يمكن تمثيل الترابط بعدد أصغري من المتحو ت.MIMOوالمخرجات ) لمتحكم:طريقة حساب ا -4-3

( ند جدائه بشعاع K)( النظام الديناميكي للمبن بإضافة متحكم )الشكل يوضح 𝐹المعادلة ) كما في( ينتج لدينا القوى المطلوبة من المخمدات Zالحالة ) = −𝐾 ∗

𝑍 المتحكم في معاد ت المبن :معادلة ( ند تعويض

لمعادالت فضاء الحالة: النظام الديناميكي (5)الشكل

2015لعام 13العدد سلسلة العلوم الهندسية مجلة بحوث جامعة حلب

9

�� = 𝐴 ∗ 𝑍 + 𝐵1 ∗ 𝐹, �� = (𝐴 − 𝐵1 ∗ 𝐾) ∗ 𝑍 det(𝑠0𝐼 ( جذور المعادلة𝑠0تد ) − 𝐴) = بيقطاب النظام الديناميكي للمبن 0

(System poles )( أو القيم الذاتيةEigen values ) ن أوالتي تحدد استجابة المبن و(s:جذور المعادلة )

det(𝑠𝐼 − (𝐴 − 𝐵1 ∗ 𝐾)) = 0

( Kهي أقطاب النظام الديناميكي الجديد للمبن مع التحكم حيث نالحظ بتغيير ) يمكن تغيير حلول هذه المعادلة لتعطي ا ستجابة المطلوبة من المبن .

وفق ( Kق لحساب المتحكم )ائ( دد من الطر Matlab control toolbox)يتيح الفقرات التالية.

[6] الخطي:ي طريقة المتحكم التربيع -4-4

( أحد Linear Quadratic_Regulator) يعتبر المتحكم التربيعي الخطي feedback)وهو متحكم بإرجاع الحالة (،Optimal Controlطرائق التحكم المثالي )

controller) . يصغر دالة ههذا المتحكم أحد المتحكمات المثالية ألنيعتبر (J) تتعلق

𝑍)بشعاع الحالة مضروباي بنفسه ∗ 𝑍𝑇 ( وبشعاع Q_مربع شعاع الحالة_ وبوزن ) ( Uالدخل ) ∗ 𝑈𝑇( مضروباي بنفسه وبوزن )R زيد التربيع ت( وهنا نالحظ أن ملية

λ)الخطي الخطي ندما يكون > λ( وتنقصه ندما يكون )1 < ( ومن هنا تيتي 1بق الخطي أكبر من واحد وهنا تيتي ي ( بحيثQ&Rأهمية أختيار الوزن المناسب )

. خبرل المصمم وطرق ا مثلة الرياضية كحل ختيار األوزان

𝐽(𝑋, 𝑈) = ∫ (𝑍 (𝑡) ∗ 𝑄 ∗ 𝑍𝑇(𝑡) + U (𝑡) ∗ 𝑅 ∗ 𝑈𝑇(𝑡)) ∗ 𝑑𝑡∞

0

النظام الديناميكي للمتحكم الخطي :(6)الشكل

. حسن ود. طبقا د. م. حسن، د. م. طبق، م. الغصين

10

(:Bang-Bang controllerمتحكم ) -4-5لكن (Fd) القول المطلوبة من المخمدات ة( السابقK) اتعطي المتحكمت

بسبب صعوبة معاد ت المخمد الهيدروليكي المغناطيسي يمكن تحويل القول لذلك نحن مباشرل من خالل توابع ومعاد ت المخمد، كهربائيأمر المطلوبة إلشارل

.(v( إل إشارل كهربائية )Fdبحاجه لمتحكم إضافي يترجم القول المطلوبة )

Bang-Bangيقوم متحكم )، حيث المتحكمهذا ( طريقه مل)الشكل يبين

controller )[7] ( بمقارنه القول المطلوبةFd( مع القول المتولدل في المخمد )Fmr )( ويقوم بتشغيل او إطفاو المخمد للحصول ل القول sec 1/1024في أجزاو الثانية )

لتشغيل بسر ة كبيرل تقترب القول المتولدل في نالحظ أنه بتكرار اإلطفاو وا المطلوبةالمخمد من القول المطلوبة من المخمد وبالتالي تحكمنا بالمخمد دون الرجوع لمعاد ته

( Bang onمن هنا ات اسم المتحكم الذي يقرر التشغيل في أجزاو من الزمن ) (.Bang offوا طفاو في أجزاو أخرى من الزمن )

:(التحليلية الدراسةطريقة البحث ) -5 نمذجة المنشأ مع التحكم: -5-1

(MATLAB Simulinkتمهت نمذجهة المنشهي مهع الهتحكم مهن خهالل برنهامج )النههوذج الرياضههي وارتبههاط ناصههر النمههوذج فههي (8)الشههكل يبههين ،[ 4كمهها فههي دراسههة ]

(MATLAB Simulink) مربهههع ، حيهههث يمثهههل كهههل(Block نصهههر مهههن ناصهههر ) .الية الربط بين هذه العناصرتمثل الخطوط و النموذج

[4] (Bang-Bang: متحكم )(7)الشكل

[4] ماتالب البناء على برنامج ج(: نموذ5)الشكل

2015لعام 13العدد سلسلة العلوم الهندسية مجلة بحوث جامعة حلب

11

نمذجة حركة البناو الالخطية وهو ل [3]( Spencerتمت استخدام برنامج )

برنامج حساب بطريقة العناصر المحدودل من خالل ادخال بيانات البناو )الثوابت( دخال المتغيرات )القوى في المخمدات الموز ة ل مصفوفة العقد والعناصر وا

bilinearثناوي الخطية )الطوابق والتسارع األرضي( وذلك من خالل تحليل خطي

hysteresis،) ،وتحليل (،) الشكل مبين فيال وبا تبار سلوك الفو ذ مرن لدن تماماي(Time History( خطول بخطول بتقطيع )1/10240sec وبنتيجة التحليل تم .)

ت الطابقية، السرع، والتسار ات( كما يبين البرنامج الحصول ل مخرجات )ا نتقا الحمولة موز ه أنتفترض الدراسة أماكن تطور اللدونة وتشكل المفاصل اللدنة.

كل طابق يشكل لوب صلب )ديافرام( يوزع القوى األفقية أن بانتظام ل كل طابق و وسوف تركز هذه الدراسة ل تحليل في المستوي ل ا طارين الجانبيين بتساو

(2D، إلطار في ا تجاه القصير من المبن ) نمذجة البرنامج ل ذلك لعدم إمكانية(3D).

. حسن ود. طبقا د. م. حسن، د. م. طبق، م. الغصين

12

( والمنشأ وحاسب التحكم: MRألية العمل المشترك بين مخمدات ) -5-2في كل طابق استطا ة المخمد (MRمخمد ) تستخدم هذه الدراسة

(28X200kN أي ما يعادل )أن المخمدات تعتمد طن قوه تخميد في كل طابق، 560 ل السرع في الطوابق لتوليد قول التخميد لذلك بد من وصل مخرجات البناو )السرع

.وا نتقا ت( بنموذج المخمد الرياضي الال خطيطوابق المبن ومهمتها قياس استجابة كلحساسات التسارع في تم توزيع

.(12كما في الشكل ) ( ال حاسب التحكمfeedbackالمبن والتغذية الراجعة ) بناء الدراسة:نموذج -5-3

المسهتخدم لههذه الدراسهة اي شهرين طابقهتسعة ومن من ينالمكون المبنيينيمثل انجلهس كاليفورنيها وبهالر م لوبنية العالية والمتوسطة ا رتفاع لمنطقة لوس اي نموذجي بناوي نه لم ينشي فانه يحقق شروط الكود األميركي لوبنية المرتفعة، ولكونه بنهاو معيهاري أ من

.أوسع لمقارنة نتائج هذه الدراسة فهو سوف يوفر أساساي SAC لدراسات

[3خطي ] فوالذ الالال سلوك: (9) الشكل

2015لعام 13العدد سلسلة العلوم الهندسية مجلة بحوث جامعة حلب

13

ابعاد المسقط األفقي ،طوابق 9من المبن األول ( 10يوضح الشكل )(45.73 ×45.73 m) من خمس فتحات في كال ا تجاهين شمال جنوب وشرق رب

يحتوي المبن ل ،(m 37.19) الكلي وارتفا ه (،m 9.15جميعها متساوية البعد )وارتفاع الطابق المتكرر (m 5.49)ابق حيث ارتفاع الطابق األول و ط تسعقبو و

(3.96 m.)

طوابق المعياري 9بناء : (10) الشكل

. حسن ود. طبقا د. م. حسن، د. م. طبق، م. الغصين

14

طوابق المعياري 20(: بناء 11الشكل )

2015لعام 13العدد سلسلة العلوم الهندسية مجلة بحوث جامعة حلب

15

طابقهاي ابعهاد المسهقط األفقهي 20المبن الثهاني مكهون مهن ( 11يوضح الشكل )(36.58×30.84 m) مههن خمههس فتحههات فههي ا تجههاه شههمال جنههوب وسههتة فتحههات فههي

،(m 80.77) الكلهي وارتفا هه(، m 6.10ا تجهاه شهرق ههرب جميعهها متسهاوية البعههد ) (m 5.49) حيهههث ارتفهههاع الطهههابق األول يحتهههوي المبنههه لههه قبهههوين و شهههرين طابقهههاي

داخليههمعدنيهة مهن إطهارات البنهاوان نظهام . يتكهون(m 3.96) وارتفهاع الطهابق المتكهرر (MRF) مقاومههة للعههزوممعدنيههة تقههاوم الحمههل الشههاقولي للمبنهه ومههن إطههارات خارجيههه

والجههههههههوائز ( fy=345MPa)حيههههههههث مقاومههههههههه األ مههههههههدل هههههههههي .تقههههههههاوم القههههههههوى األفقيههههههههة(fy=248MPa). (:Matlab control toolboxالمتحكم بوساطة ) -5-4

يعتمد ل نظرية (MATLABمن خالل ) خطي ديناميكي متحكم بناوتم (LQR في التحكم ضمن ) برنامج ماتالب وذلك باستخدام نموذج مختصر للبناو

.(lumped mass) من خالل تجميع الكتل في الطوابق الخطيالال خطيه يمكن ادخال معاد ت المخمد المخمد بسبب طبيعة معاد ت

في تصميم المتحكم الخطي حيث تم استبدال المخمد بالقول المتولدل فيه في معاد ت ها.المتحكم وبالتالي المتحكم يعطي القول المطلوبة لتحسين ا ستجابة واتجاه

التي )فالتر تعمل ل ترددات معينة( بعض الفالتر الترددية إضافةتم وتهمل حركته ضمن تعطي وزن إضافي ستجابة البناو والمخمد ل ترددات معينة

.()الشكل ، [8] وذلك لتحسين أداو المتحكم ترددات أخرى

نظام البناء من اجل كتابة المتحكم (:12)الشكل

. حسن ود. طبقا د. م. حسن، د. م. طبق، م. الغصين

16

يعتمد المتحكم في ألية مله ل تسار ات الطوابق كمدخالت المتحكم Bang-Bangومخرجاته هي القول المطلوبة من المخمد ويعتمد ل برنامج حق )

controller) يقوم بإ طاو المخمد اشارل تيار كهربائي لتحريض الحقل المغناطيسيلالزمة تراض وممانعة الحركة ا رضية المؤثرل المخمد وبالتالي لتوليد القول ا في

.(13، الشكل ) ل المنشي

( في ماتالب:2Dبرنامج حساب استجابة البناء الال خطية ) مدخالت -5-5

يسمح برنامج ماتالب بالنمذجة الخطية لمعاد ت الحركة الديناميكية والتحكم هذه المعاد ت يمكنها أن تعطي قيم قريبة من ا نتقا ت أنبها لكن من المعلوم

من استخدام والتسار ات في الطوابق في المجال الخطي فقط و بد اتوالسر معاد ت الحركة الالخطية خاصة أثناو الهزات القوية كهزل السنترو لذلك تم برمجه

لحساب [3] ( من قبل الباحث2Dبرنامج لحساب استجابة الال خطية لوبنية )خطية بحيث تتشكل المفاصل اللدنة في قد اتصال الجوائز الاستجابة المبن ال

.واأل مدل

: سجل زلزال السنترو (5)الشكل

لبناء المزود بالتحكم شبه االيجابينظام ا (:13)الشكل

2015لعام 13العدد سلسلة العلوم الهندسية مجلة بحوث جامعة حلب

17

السجل الزلزالي المستخدم في التحليل: -5-6(، بتسارع ا ظمي 14)الشكل تم تحليل البناو ل سجل زلزال السنترو،

(0.35g )ثانية أي حت توقف المبن ن 100ثانية تم التحليل لمدل 60السجل مدل وذلك ل ثالث مراحل:المتبقي هتزاز وذلك لحساب ا نتقال ا

بدون مخمدات. •ت بتيار أ ظمي تعمل طول الوقفي كل الطوابق (MR) بوجود مخمدات •

(Vmax=2.5A.) بتيار برنامج التحكموفق أوامر تعمل ( في كل الطوابق MR) بوجود مخمدات •

(.v = 0~2.5A)كهربائي يتراوب في المجال

:والمناقشة النتائج -6تم في هذا القسم استعراض نتائج التحليل لبنائي التسع طوابق والعشرين طابقاي واستنتاج اشكال توضيحية منسوبةي لقيم نتائج التحكم السلبي العظم كنقطة مقارنة

.أساسية يمكن استخدام نتائج المبن بدون تحكم ذلك لعالقتها األساسية بعدد

المخمدات وقدرتها بينما يمكن مقارنة نتائج التحكم الشبه اإليجابي والسلبي بسهولة لفة بين استراتيجيتي التحكم.بسبب دم وجود بارامترات مخت

االنتقال النسبي االعظمي: يخفض اإليجابيالتحكم شبه أوال:

النسبي يخفض التحكم شبه اإليجابي والتحكم السلبي التقليدي ا نتقال لمبن العشرين %45مقارنة مع البناو بدون تخميد بشكل واضح حوالي األ ظمي

ا ظمي في النسبي حيث بقي ا نتقال لمبن التسع طوابق %80طابقا وأكثر من ولم تتجاوز ا نتقال ا ظمي )الضعيف نسبياي بسبب ارتفا ه المختلف( الطابق األول

(.15الشكل ) (،0.02المحدد في الكود العربي السوري )

. حسن ود. طبقا د. م. حسن، د. م. طبق، م. الغصين

18

تظهر نسب (،16الشكل ) ،بمقارنة النتائج نسبةي لنتائج التحكم السلبيا ختالف بشكل أوضح حيث نالحظ انخفاض فا لية التحكم )السلبي وشبه ا يجابي( بإضافة مخمدات بزيادل دد الطوابق، كما نالحظ انخفاض أثر استخدام التحكم شبه

لمبن التسع طوابق ال زيادل %14ا يجابي بزيادل دد الطوابق من تخفيض لمبن العشرين طابقاي. %3ا نتقال النسبي

التحكم شبه اإليجابي يخفض االنتقال االعظمي:ثانيا:

ومبن العشرين طابق مبن التسع طوابق انتقا ت ( الشكل ) يبين المزود ظمي أل ل البناو مقسمه ل ا نتقال األ ستراتيجيات التحكم الثالثة

.مخمدات تعمل طول الوقتبال

: مقارنة االنتقال النسبي االعظمي(15)الشكل

االنزياح النسبي نسبة للتحكم السلبي (:16)الشكل

2015لعام 13العدد سلسلة العلوم الهندسية مجلة بحوث جامعة حلب

19

بالتحكم السلبي التسعة طوابق حيث انخفض ا نتقال ا ظمي أل ل بناو انخفض شبه اإليجابي ، اما ند استخدام التحكم من المبن بدون تحكم (%80بنسبه )

أما لمبن شرين طابقاي فقد . ن التحكم السلبي (%17)بنسبة ا نتقال العظمي ( ن التحكم %9( ن المبن بدون تحكم وبنسبة )%70)انخفض ا نتقال بنسبة

قليدي.السلبي الت

لبناء بالتحكم السلبيانسبه لالنتقال ومبنى العشرين طابق مبنى التسع طوابق ت: انتقاال)17الشكل )

التحكم شبه اإليجابي ال يحتاج قوى أكبر من التحكم السلبي:ثالثا: ذات طاقة أكبر من التحكم أو يحتاج التحكم شبه اإليجابي مخمدات أكثر

ونفس العدد ولم تستخدم قيمة تيار كهربائي السلبي فالتجربة استخدمت نفس المخمداتا ل بالر م من إمكانية ذلك بشرط بقاو قيمة القول في المخمد ضمن حدود قدرل تحمل

منع انكساره بعكس حيث وبوجود حاسب التحكم يمكن مراقبة القول في المخمد و الجهاز لتحكم السلبي.ا

في مخمدات مبن التسع طوابق لقوى المتولدل ل ةمقارن( ) الشكليبين الطوابق العشرين مبن القول المتولدل في مخمدات ا يجابي، و شبهبالتحكمين السلبي و

في الطابق جابي المتولدل في مخمدات التحكم شبه ا ياأل ظمية القول أنحيث نالحظ قل من القول المتولدل في أاألرضي تساوي القوى للتحكم السلبي لمبن التسع طوابق، و

.في مبن العشرين طابق مخمدات التحكم السلبي

. حسن ود. طبقا د. م. حسن، د. م. طبق، م. الغصين

20

بين التحكم السلبي والتحكم شبه االيجابي (1000KNالقوة في المخمدات ) ة: مقارن) 18) الشكل

والتوصيات: االستنتاجات -7

نتائج ن التحكم ضئيل ن فارقبواسطة التحكم الخطي التحكم اإليجابي يعطي -1سلبي بالتوزيع التقليدي للمخمدات وذلك لعدم قدرل المتحكم الخطي ل تمثيل جميع ال

خواص البناو والمخمدات وانما تقريب خطي لها.ضمن أصغر للطابق العلوي بنسبة تتراوب أ ظميةالحصول ل انتقا ت تم -2

( شبه اإليجابي.LQG)المتحكم فضلبوذلك من التحكم السلبي (%17~ 9) المجال

لمبن التسع طوابق بنسبة للطابق األرضي انزياب نسبي أقلالحصول ل تم -3( شبه اإليجابي لكن نسبة LQG)المتحكم فضلبوذلك من التحكم السلبي (14%)

( في مبن العشرين طابق.%3) أ ل

قوى تخميد أكبر من إل يخفض التحكم شبه اإليجابي ا نتقا ت دون الحاجة -4 .التحكم السلبي التقليدي من هنا تيتي أهمية التحكم شبه اإليجابي

تنخفض فا لية استراتيجية التحكم شبه اإليجابي والتحكم السلبي معاي مقارنةي -5ذلك بانخفاض األثر الزلزالي باستجابة المبن دون تحكم بزيادل دد الطوابق ويعلل

ل األبنية المرتفعة وبالتالي انخفاض أثر استراتيجية التحكم.

تنخفض فا لية التحكم شبه اإليجابي مقارنة بالتحكم السلبي بزيادل دد الطوابق -6 ويعلل ذلك بصعوبة التحكم بعدد درجات الحرية األكبر وازدياد تعقد المسيلة.

2015لعام 13العدد سلسلة العلوم الهندسية مجلة بحوث جامعة حلب

21

يوصي البحث بما يلي:درس البحث التوزيع التقليدي للمخمدات ل كل الطوابق و يتيح هذا التوزيع •

الحصول ل فروق كبيرل مع التحكم السلبي التقليدي ويمكن بتوزيع مختلف يمكن الحصول ل نتائج أفضل لذا يوصي البحث بدراسة توزيع مختلف حيث

الحصول ل نتائج فعاله في تحسين ا ستجابة الديناميكية للتحكم شبه اإليجابي للبناو بتوزيع مختلف للمخمدات.

كما يوصي ببحث أثر استخدام معاد ت المخمد الالخطية في بنية المتحكم من • خالل نظريات التحكم الالخطية او نظريات الذكاو الصنعي.

الل ربط المتحكم بيحد بحث أثر استجابة األبنية ذات الال خطية األ قد من خ • .(… ANSYS, ABAQUS)التحليل بالعناصر المحدودل مثل برامج

المراجع: -8

1. Mulligan, K.J., Experimental and analytical studies of semi-active

and passive structural control of buildings. 2007.

2. Cheng, F.Y., H. Jiang, and K. Lou, Smart structures: innovative

systems for seismic response control. 2010: CRC Press.

3. Dyke, S .and B. Spencer Jr. A comparison of semi-active control

strategies for the MR damper. in Intelligent Information Systems,

1997. IIS'97. Proceedings. 1997. IEEE.

4. Christenson, R., B. Bass, and Y.Z. Lin, NEES Payload–August 6-

7, 2007: Experimental Verification of Semiactive Control using

Large-Scale Magneto-Rheological (MR) Fluid Dampers. 2007. 5. Gawronski, W.K., Advanced structural dynamics and active

control of structures. Vol. 1. 2004: Springer.

6. Ogata, K. and Y. Yang, Modern control engineering. 19 07 .

7. Dyke, S.J., Acceleration feedback control strategies for active and

semi-active control systems: modeling, algorithm development,

and experimental verification. 1996, University of Notre Dame.

تحسهههين ا سهههتجابة الزلزاليهههة - 2015، تركهههي طبيييق هالهههة،حسييين يهههزن، الغصيييين. 8المخمهههدات الهيدروليكيهههة المغنطيسهههية للمبهههاني المعدنيهههة المنخفضهههة ا رتفهههاع باسهههتعمال

.مجلة جامعة دمشق للعلوم الهندسية. (∞Hومتحكم )