Dinamik etkiler altındaki yapılarda çoklu ayarlı kütle sönümleyicilerin optimum yerleşimi
Optimal placement of multiple tuned mass dampers in structures under dynamic excitations
Yazar: HÜSEYİN ÇETİN
Danışman: DOÇ. DR. ERSİN AYDIN
Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Pasif kontrol sistemlerinin bir sınıfı olan ayarlı kütle sönümleyicileri (TMD) özellikle yüksek yapılarda hem deprem hem de rüzgâr etkilerine karşı kullanılmaktadır. Bu çalışmada, deprem etkisi altındaki kayma çerçevesi olarak modellenen bina tipi yapı katlarına yerleştirilen çoklu ayarlı kütle sönümleyicilerin (MTMD) optimum tasarımı araştırılmıştır. Her bir kata bir adet olarak yerleştirilen çoklu ayarlı kütle sönümleyicilerin optimum parametrelerini bulmak amacıyla özgün bir yöntem geliştirilmiştir. MTMD'leri kapsayan yapı hareket denklemi türetilmiş ve bu denkleme Fourier Dönüşümü uygulanarak yapı davranışını tanımlayan denklemler frekans uzayında transfer fonksiyonları ile ifade edilmiştir. Dış etki rastgele titreşimler teorisi kullanılarak beyaz gürültü olarak kabul edilmiştir. Her bir kata bir adet olmak üzere yerleştirilen TMD'lerin kütle, rijitlik ve sönüm katsayıları tasarım değişkenleri olarak seçilmiş ve bu parametrelerin alt ve üst kısıtları da kullanılarak, transfer fonksiyonları ile ifade edilen farklı amaç fonksiyonları için optimum tasarımlar "Differential Evolution (DE)" algoritması ile bulunmuştur. Önerilen yöntem, tekli ve çoklu TMD'lerin tasarımında kullanılmış ve bulunan optimum tasarımların deprem performansı incelenmiştir. Nümerik sonuçlar göstermiştir ki, önerilen optimum TMD tasarım yöntemi tekli ve çoklu TMD'lerin tasarımında oldukça etkilidir.
Anahtar Sözcükler: Ayarlı Kütle Sönümleyiciler (TMD), Çoklu Ayarlı Kütle sönümleyiciler (MTMD), optimum tasarım, transfer fonksiyonu, pasif kontrol, deprem, titreşim kontrolü.

Abstract:
As a class of passive control systems, tuned mass dampers (TMD) are used against both earthquake and wind effects especially in high buildings. In this study, the optimum design of multiple tuned mass dampers (MTMD) placed in shear frames under earthquake effect was investigated. A new method has been developed in order to find the optimum parameters of MTMD placed on each floor. The equation of motion including multiple TMDs parameters was derived and the equations defining the structural behavior by applying Fourier Transform were expressed by transfer functions in frequency domain. The external disturbance was considered white noise using random vibrations theory. The mass, stiffness and damping coefficient of the TMDs placed on each floor were chosen as design variables and the optimum designs for different objective functions expressed by transfer functions using the upper and lower constraints of these parameters was found with "Differential Evolution (DE)" algorithm. The proposed method was used in the design of single and multiple TMDs and the seismic performance of the optimum designs was investigated. Numerical results have shown that the proposed optimal TMD design method is highly effective in the design of single and multiple TMDs.
Keywords: Tuned Mass Damper (TMD), Multiple Tuned Mass Damper (MTMD) location, transfer function, random vibration theory, passive control, earthquake vibration control