Yapısal Kontrol Altında yapıya Giren Enerjinin İncelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, öncelikle aktif, pasif ve bu iki değişik kontrolun beraber kullanıldığı hibrid kontrol elemanlarının yapılarda kullanılması durumunda yapıda meydana gelen enerji dağılımları incelenmiş bu enerji dağılımları yorumlanmıştır. Kontol elemanları olarak yapıya taban izolasyonu, pasif kütle sönümleyicisi ve aktif kütle sönümleyicisi eklenmiştir. Bunlara ek olarak da klasik doğrusal optimal kontrolun temel elemanlarından kazanç matrisinden yararlanılarak yapılara eklenecek ek sönüm ve rijitliğin buluması için basit bir yöntem de geliştirilmiştir. Tam optimal rijitlik ve sönüm matrisleri direk olarak yapının sönüm ve rijitlik matrislerine eklenemeyeceği için yarıoptimal rijitlik ve sönüm parametrelerini elde etmek için çeşitli yaklaşık yöntemler önerilmiştir. Eklenecek pasif parametreler yarı optimal olarak bulunduğu için bu sistemler pasif sistem olarak tanımlanabilir dolayısıyla bu sistemin dinamik yüklere adapte olabilme imkanı yoktur. Çeşitli depremler etkisinde kontrolsüz yapı titreşimlerini azaltabilen bu yöntemin efektifliği deprem etkisine göre azalabilmektedir. Bu nedenle bu doktora tezi kapsamında ikinci olarak aktif kontrol uygulamalarında kullanılabilecek sismik enerji teriminin de göz önüne alındığı yeni bir aktif kontrol performans indeksi önerilmiştir. Tez kapsamında son olarak yarı aktif kontrol elemanlarından en yaygın kullanılan magnetorheological damperlerlerin sismik etki altındaki yapılarda kullanımı ile ilgili bazı incelemeler de yapılmıştır.

In the first part of this PhD thesis the energy distributions of actively or passively controlled multi storey shear structures are investigated. Nonlinear differential equation of the motion of the structure and the energy equations are derived for the uncontrolled and the controlled structure. As second part of the thesis, this study firstly proposes a simple passive approach which focuses on the question that how much damping and stiffness must be added to the structure for passive control. The required damping and stiffness parameters are obtained from the optimal control gain matrix by some representative simple methods since it is not possible to add the exact optimal damping and stiffness parameters to the structure in practice. Since the proposed approach is intrinsically passive and has no adaptive property against changing dynamic effects, this study secondly proposes a new performance index so that the optimal control policy is derived based on the minimization of the proposed index with the aid of the Lagrange multipliers method. The resulting closed-loop control algorithm does not need the future knowledge of earthquake and also does not require the solution of the nonlinear matrix Riccati equation. The performance of the proposed control is investigated for the example structures subjected to various seismic inputs and compared to those of the uncontrolled, the classical linear optimal control and the passive cases. It is shown by numerical simulation results that the proposed control is capable of suppressing the uncontrolled seismic structural vibrations and performs almost as well as the classical linear optimal control without increasing the absolute accelerations and outperforms the passive approach. In the last part of this study the feasibility and effectiveness of using magneto rheological mass dampers (MR-MD) in a 3 dimensional tier building is explored.