مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

طراحی بهینه میراگرهای جرمی تنظیم شونده با استفاده از روش‌های فراابتکاری

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری سازه، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه یزد، یزد، ایران
2 استادیار، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه علم و هنر، یزد، ایران
3 استادیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه یزد، یزد، ایران
10.22065/jsce.2026.581442.3978
چکیده
این تحقیق، روشی نوین برای طراحی بهینه میراگرهای جرمی تنظیم‌شونده (TMD) و میراگرهای جرمی تنظیم‌شونده چندگانه (MTMD) پیشنهاد می‌دهد که با استفاده از الگوریتم‌های فراابتکاری، پاسخ لرزه‌ای سازه‌ها را به حداقل می‌رساند. بهینه‌سازی انجام‌شده در این پژوهش مبتنی بر ترکیبی از دو الگوریتم جستجوی ممنوع و ازدحام ذرات است. این الگوریتم‌ها به صورت تک‌هدفه برای بهینه‌سازی پارامترهای یک میراگر جرمی و به صورت ترکیبی برای تنظیم چندین میراگر جرمی که به‌ صورت موازی در سیستم MTMD قرار گرفته‌اند، استفاده شده‌اند. این ترکیب امکان بررسی دقیق‌تر و مؤثرتر عملکرد میراگرها را فراهم می‌کند. این ابزارها با جذب انرژی ارتعاشی ناشی از زلزله، می‌توانند پاسخ دینامیکی سازه‌ها را بهبود بخشند. تنظیم دقیق پارامترهای این میراگرها، از جمله جرم، سختی و میرایی، تأثیر مستقیمی بر عملکرد آن‌ها دارد و به همین دلیل، بهینه‌سازی این پارامترها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. سازه مورد مطالعه، یک ساختمان 10 طبقه با رفتار خطیست که به عنوان یک مدل استاندارد برای ارزیابی عملکرد میراگرها انتخاب شده است. هدف اصلی این تحقیق، کاهش سه معیار عملکرد سازه، یعنی جابجایی بام، شتاب بام و دریفت طبقات است. برای شبیه‌سازی شرایط واقعی‌، از زلزله السنترو (1940) و زلزله کوبه (1995)، استفاده شده است. نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که در حالت بهینه‌سازی تک‌هدفه، میراگرهای TMD و MTMD در کاهش جابجایی طبقات عملکرد بسیار خوبی داشتند، اما توانایی آن‌ها در کاهش شتاب سازه به همان اندازه مؤثر نبود. این بدان معنا نبود که این میراگرها تأثیری بر شتاب نداشتند، بلکه کاهش شتاب در مقایسه با جابجایی و دریفت کمتر قابل‌توجه بود. با این حال، نتایج بهینه‌سازی انجام‌شده بر روی سازه 10 طبقه با در نظر گرفتن زلزله‌های مختلف نشان داد که الگوریتم‌های انتخاب‌شده قادر بوده‌اند با تنظیم دقیق پارامترهای میراگرها، کاهشی بین 15 تا 35 درصد را در توابع هدف ایجاد کنند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Optimal Design of Tuned Mass Dampers Using Metaheuristic Methods

نویسندگان English

Parham Ebrahimian 1
Mahdi Yazdian 2
Hamed Tajammolian 3
1 PhD Student,, Civil Engineering Department, Yazd University, Yazd, Iran
2 Assistant Professor, Engineering Department, Elmohonar University, Yazd, Iran.
3 Assistant Professor, Faculty of Civil Engineering, Yazd University, Yazd, Iran
چکیده English

This study proposes a novel approach for the optimal design of tuned mass dampers (TMDs) and multiple tuned mass dampers (MTMDs) to minimize the seismic response of structures. The optimization is performed using a hybrid combination of Tabu Search and Particle Swarm Optimization algorithms, applied within a single-objective framework. In this method, the algorithms are used individually to optimize the parameters of a single TMD and jointly to tune multiple dampers working in parallel within an MTMD system. This hybrid strategy enables a more precise and efficient evaluation of damper performance. Tuned mass dampers are effective devices that absorb vibration energy induced by earthquakes and enhance the dynamic response of buildings. Their performance strongly depends on the accurate tuning of key parameters mass, stiffness and damping making parameter optimization a crucial step in their design. The case study considers a 10-story linear building model as a benchmark for evaluating the performance of both TMD and MTMD systems. The optimization aims to reduce three main structural responses: roof displacement, roof acceleration, and inter story drift. To simulate realistic conditions, two earthquake records are used the 1940 El Centro and 1995 Kobe earthquakes. The results show that optimally tuned TMDs and MTMDs effectively reduce displacements and drifts, while their effect on acceleration reduction is comparatively smaller, though still beneficial. Overall, the proposed optimization method achieves a 15–35% reduction in the objective functions under different earthquake scenarios, demonstrating the capability of hybrid metaheuristic algorithms to enhance structural performance through well-tuned damper systems.

کلیدواژه‌ها English

Tuned Mass Damper (TMD)
Multiple Tuned Mass Damper (MTMD)
optimization
Tabu Search Algoritm
Particle Swarm Optimization

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 13 شهریور 1405

  • تاریخ دریافت 01 خرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 09 مرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 13 شهریور 1405