Αντισεισμικός σχεδιασμός κατασκευών με μεθόδους αυτομάτου ελέγχου Δρ. Νίκος Πνευματικός 21 Δεκεμβρίου 2009 Αθήνα ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ Σχολή Πολιτικών.

Παρουσίαση με θέμα: "Αντισεισμικός σχεδιασμός κατασκευών με μεθόδους αυτομάτου ελέγχου Δρ. Νίκος Πνευματικός 21 Δεκεμβρίου 2009 Αθήνα ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ Σχολή Πολιτικών."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1

2 Αντισεισμικός σχεδιασμός κατασκευών με μεθόδους αυτομάτου ελέγχου Δρ. Νίκος Πνευματικός 21 Δεκεμβρίου 2009 Αθήνα ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ Σχολή Πολιτικών Μηχανικών

3 2 Ε.Μ.Π. Περιεχόμενα Αλγόριθμοι ελέγχου:Αλγόριθμοι ελέγχου: 1.Αλγόριθμος τοποθέτησης πόλων 2.Αλγόριθμος μορφής ολίσθησης 3.Αλγόριθμος μεταβλητής δυσκαμψίας Παθητικός, ενεργός, ημι-ενεργός και υβριδικός έλεγχος των κατασκευώνΠαθητικός, ενεργός, ημι-ενεργός και υβριδικός έλεγχος των κατασκευών Συσκευές ελέγχου-Παραδείγματα εφαρμογώνΣυσκευές ελέγχου-Παραδείγματα εφαρμογών Περιγραφή ελέγχου για κατασκευές που υπόκεινται σε δυναμικές διεγέρσειςΠεριγραφή ελέγχου για κατασκευές που υπόκεινται σε δυναμικές διεγέρσεις Πρακτικά θέματα εφαρμογής συστημάτων ελέγχουΠρακτικά θέματα εφαρμογής συστημάτων ελέγχου

4 3 Ε.Μ.Π. Έλεγχος των κατασκευών Συσκευές ελέγχου- Αλγόριθμοι ελέγχου Παθητικός έλεγχοςΠαθητικός έλεγχος Έλεγχος των κατασκευών ΑυτόματοςέλεγχοςΑυτόματος έλεγχος ΕνεργόςΥβριδικόςΗμι-ενεργός

5 4 Ε.Μ.Π. Περιγραφή ελεγχου για κτιριακές κατασκευες – Παθητικός ελεγχος Αποσβεστήρας συντονισμένης μαζας (ΤMD) Συσκευές παθητικού ελέγχου Αποσβεστήρες Σεισμική μόνωση, LRB Σεισμική μόνωση, FPS Θετικά αλλά και αρνητικά στοιχεία: Δεν δουλεύουν σε όλο το φάσμα συχνοτήτων, Σεισμοί κοντινού πεδίου υψίσυχνοι Εύκαμπτη κατασκευή για εφαρμογή αποσβεστήρων Δύσκαμπτη κατασκευή για εφαρμογή σεισμικής μόνωσης Δεν αλλάζουν τα χαρακτηριστικά τους από σεισμό σε σεισμό. Σεισμική μόνωση

6 5 Ε.Μ.Π. Περιγραφή ελεγχου για κτιριακές κατασκευες – Παθητικός ελεγχος Αποσβεστήρας συντονισμένης μαζας (ΤMD) Συσκευές παθητικού ελέγχου Αποσβεστήρες Σεισμική μόνωση, LRB Σεισμική μόνωση, FPS Θετικά αλλά και αρνητικά στοιχεία: Δεν δουλεύουν σε όλο το φάσμα συχνοτήτων, Σεισμοί κοντινού πεδίου υψίσυχνοι Εύκαμπτη κατασκευή για εφαρμογή αποσβεστήρων Δύσκαμπτη κατασκευή για εφαρμογή σεισμικής μόνωσης Δεν αλλάζουν τα χαρακτηριστικά τους από σεισμό σε σεισμό. Σεισμική μόνωση

7 6 Ε.Μ.Π. Στρατηγική αυτομάτου ελέγχου στις κατασκευές Νευρικό σύστημα Νεύρα Εγκέφαλος Μυς

8 7 Ε.Μ.Π. Περιγραφή ελεγχου για κτιριακές κατασκευες Αισθητήρες Υβριδικός Επενεργητής δύναμης Ενεργός Τένοντες AVSD MR DAMPERS Ημι ενεργός Ο έλεγχος στις κατασκευές είναι ένα διεπιστημονικό και πολυδιάστατο ερευνητικό πεδίο. Τι ελέγχουμε ; Σχετικές μετατοπίσεις και επιταχύνσεις ορόφων. Πως το καταφέρνουμε; Μέσω συσκευών οι οποίες λειτουργούν με βάση κάποιον αλγόριθμο. Υπολογιστής Διαχείριση δεδομένων Αλγόριθμος ελέγχου

9 8 Ε.Μ.Π. Περιγραφή ελεγχου για κτιριακές κατασκευες Αισθητήρες Υβριδικός Επενεργητής δύναμης Ενεργός Τένοντες AVSD MR DAMPERS Ημι ενεργός Υπολογιστής Διαχείριση δεδομένων Αλγόριθμος ελέγχου

10 9 Ε.Μ.Π. Περιγραφή ελεγχου για κτιριακές κατασκευες Αισθητήρες Επενεργητής δύναμης Τένοντες AVSD MR DAMPERS Υπολογιστής Διαχείριση δεδομένων Αλγόριθμος ελέγχου

11 10 Ε.Μ.Π. Περιγραφή ελεγχου για κτιριακές κατασκευες Αισθητήρες Υβριδικός Επενεργητής δύναμης Ενεργός Τένοντες AVSD MR DAMPERS Ημι ενεργός Υπολογιστής Διαχείριση δεδομένων Αλγόριθμος ελέγχου

12 11 Ε.Μ.Π. Περιγραφή ελεγχου για κτιριακές κατασκευες - Ενεργός ελεγχος Αποσβεστήρες ενεργής μαζας (AMD) Συσκευές ενεργού ελέγχου Ενεργοί τένοντες Αισθητήρες Επενεργητής δύναμης Τένοντες AVSD MR DAMPERS Υπολογιστής Διαχείριση δεδομένων Αλγόριθμος ελέγχου

13 12 Ε.Μ.Π. Περιγραφή ελεγχου για κτιριακές κατασκευες - Ενεργός ελεγχος Active mass damper at Kyobashi Seiwa Building, Tokio, 1989

14 13 Ε.Μ.Π. Περιγραφή ελεγχου για κτιριακές κατασκευες - Ενεργός ελεγχος Active mass damper at Kyobashi Seiwa Building, Tokio, 1989

15 14 Ε.Μ.Π. Περιγραφή ελεγχου για κτιριακές κατασκευες - Ενεργός ελεγχος Brain Active mass damper at Nanging communication tower, China, 1999

16 15 Ε.Μ.Π. Περιγραφή ελεγχου για κτιριακές κατασκευες - Ενεργός ελεγχος Brain Active mass damper at Applause Tower, Osaca, 1992

17 16 Ε.Μ.Π. Περιγραφή ελεγχου για κτιριακές κατασκευες, Ημι- ενεργός ελεγχος Συσκευές ημι-ενεργού ελέγχου Μαγνετορεολογικός/Ηλεκτρορεολογικός αποσβετήρας (MRD/ERD) Βισκοελαστικός αποσβεστήρας με ελεγχόμενη βαλβίδα Αποσβεστήρας τριβής με ελεγχόμενη εγκάρσια δύναμη Αποσβεστήρας υγρού με ελεγχόμενη αντλία Σύστημα μεταβλητής δυσκαμψίας AVS Αισθητήρες Ημι ενεργός Υπολογιστής Διαχείριση δεδομένων Αλγόριθμος ελέγχου AVSD MR DAMPERS AVSD MR DAMPERS

18 17 Ε.Μ.Π. Περιγραφή ελεγχου για κτιριακές κατασκευες, Ημι- ενεργός ελεγχος MR damper at National Museum of Emerging Science and Innovation, Tokyo, 2002 Μέγιστη δύναμη ελέγχου 300kN Λειτουργία με μπαταρίες

19 18 Ε.Μ.Π. Περιγραφή ελεγχου για κτιριακές κατασκευες, Ημι- ενεργός ελεγχος Semi- active hydraulic damper at Kajima Shizuoka building, 2000, (Centralized control) Μέγιστη δύναμη ελέγχου 1000kN Ηλεκτρική Ισχύς για κάθε συσκευή: 70 watts Σημαντική μείωση της τέμνουσας βάσης και της σχετικής μετατόπισης ορόφων

20 19 Ε.Μ.Π. Περιγραφή ελεγχου για κτιριακές κατασκευες, Ημι- ενεργός ελεγχος Semi- active hydraulic damper at Kajima Shizuoka building, 2000, (Centralized control) Μέγιστη δύναμη ελέγχου 1000kN Ηλεκτρική Ισχύς για κάθε συσκευή: 70 watts Σημαντική μείωση της τέμνουσας βάσης και της σχετικής μετατόπισης ορόφων Semi- active hydraulic damper at Kajima Shizuoka, improved at 2004 by wireless sensors (decentralized control)

21 20 Ε.Μ.Π. Περιγραφή ελεγχου για κτιριακές κατασκευες, Ημι- ενεργός ελεγχος AVS at Kajima Research Lab., Tokio, 1990 Άνοιγμα και κλείσιμο της βαλβίδας σε 5 ms

22 21 Ε.Μ.Π. Περιγραφή ελεγχου για κτιριακές κατασκευες, Ημι- ενεργός ελεγχος MR fluid dampers at cable stayed Bridge on Dong Ting Lake, China, 2002 Μείωση των ταλαντώσεων εξαιτίας της διέγερσης από ανέμο και βροχή ταυτόχρονα

23 22 Ε.Μ.Π. Περιγραφή ελεγχου για κτιριακές κατασκευες Υβριδικός ελεγχος (Παθητικός + ημι-ενεργός έλεγχος) Συσκευές υβριδικού ελεγχου Υβριδική σεισμική μόνωση (σεισμική μόνωση +MRD) Υβριδικός αποσβεστήρας μάζας (TMD+AMD) Αισθητήρες Υπολογιστής Διαχείριση δεδομένων Αλγόριθμος ελέγχου

24 23 Ε.Μ.Π. Περιγραφή ελεγχου για κτιριακές κατασκευες -Υβριδικός ελεγχος Brain V-shaped HMD at Shinjuku Park Tower Japan 1994

25 24 Ε.Μ.Π. Περιγραφή ελεγχου για κτιριακές κατασκευες -Υβριδικός ελεγχος Brain Υβριδική σεισμική μόνωση, πειραματική δοκιμη απο το πανεπιστήμιο Notre Dame, Lord and Takenaka Corporations, 2002

26 25 Ε.Μ.Π. Περιγραφή ελεγχου για κτιριακές κατασκευες -Υβριδικός ελεγχος Brain Υβριδική σεισμική μόνωση, πειραματική δοκιμη απο το πανεπιστήμιο Notre Dame, Lord and Takenaka Corporations, 2002

27 26 Ε.Μ.Π. Περιγραφή ελεγχου για κτιριακές κατασκευες – Αλγόριθμοι ελέγχου LQR, LQG Pole Placement SMC On – Off control H 2 - H ∞ Fuzzy control Neural network control Stochastic control Bang- bang control ……. LQR, LQG Pole Placement SMC On – Off control H 2 - H ∞ Fuzzy control Neural network control Stochastic bang control Bang-Bang control …. Αισθητήρες Επενεργητής δύναμης Τένοντες AVSD MR Αποσβεστήρες Υπολογιστής Διαχείριση δεδομένων Αλγόριθμος ελέγχου

28 27 Ε.Μ.Π. Στρατηγική ελέγχου μέσω του αλγόριθμου τοποθέτησης πόλων FFT ή ανάλυση μικρο- κυματιδίων Αισθητήρες Τένοντες Επενεργητής AVSD MR DAMPERS Ενσύρματο ή ασύρματο δίκτυο παρακολούθησης ω1ω1 ωlωl ωhωh ω2ω2 ω3ω3 Re Im Ισοδύναμη Δύναμη ελέγχου F= Κ f X Αλγορ. Τοποθέτησης πόλων => Κ f Πόλοι ελεγχόμενης κατασκευής, λ c,i Υπολογιστής Διαχείριση δεδομένων Αλγόριθμος τοποθέτησης πόλων

29 28 Ε.Μ.Π. Διατύπωση εξισώσεων ελέγχου Μη ελεγχόμενη κατασκευή Ο αλγόριθμος τοποθέτησης πόλων υπολογίζει το μητρώο ανάδρασης K f αλλά απαιτεί οι ιδιοτιμές (πόλοι) της ελεγχόμενης κατασκευής να είναι γνωστές LQR, SMC, Pole Place, Fuzzy control, neural network control, bang- bang control, …….κτλ. Ελεγχόμενη κατασκευή

30 29 Ε.Μ.Π. Εξισώσεις ελέγχου στο χώρο κατάστασης Συνεχής και διακριτή περιγραφή

31 30 Ε.Μ.Π. Εύρεση μητρώου ανάδρασης, K f, με τον αλγόριθμο τοποθέτησης πόλων Χαμηλής τάξης σύστημαΧαμηλής τάξης σύστημα

32 31 Ε.Μ.Π. Εύρεση μητρώου ανάδρασης, K f, με τον αλγόριθμο τοποθέτησης πόλων Ackermann’s formulaAckermann’s formula

33 32 Ε.Μ.Π. Εύρεση μητρώου ανάδρασης, K f, με τον αλγόριθμο τοποθέτησης πόλων a i συντελεστές του χαρακτηριστικού πολυωνύμου |sI-A| Υψηλής τάξης σύστημαΥψηλής τάξης σύστημα

34 33 Ε.Μ.Π. Εύρεση μητρώου ανάδρασης, K f, με τον αλγόριθμο τοποθέτησης πόλων Το μετασχηματισμένο και το αρχικό έχουν ίδια χαρακτηριστική εξίσωση Ικανή και αναγκαία συνθήκη για την τοποθέτηση πόλων : Συνθήκη ελεγξιμότητας λ ci ;

35 34 Ε.Μ.Π. Περιγραφή της κατασκευής στο μιγαδικό επίπεδο ωiωiωiωi ζ i =Cosφ i λiλiλiλi ω ci ζ ci =Cosφ ci λ ci Re Im Εύρεση :Υπολογιστικά ή Ενόργανα Επιλογή με βάση τα χαρακτηριστικά του σεισμού

36 35 Ε.Μ.Π. Im Re ωqωq Περιγραφή της διέγερσης στο μιγαδικό επίπεδο Περιγραφή της διέγερσης στο μιγαδικό επίπεδο ω q1…. ω qi ap%ap%ap%ap% ω qi ω q1 ω q= ω ο ω2ω2 ω 1 ωpωp ωpωp ω1ω1 ω2ω2

37 36 Ε.Μ.Π. Im Re Επιλογή ιδιοτιμών (πόλων) ελεγχόμενου συστήματος Επιλογή ιδιοτιμών (πόλων) ελεγχόμενου συστήματος λcλcλcλc ω q1…. ω qi ap%ap%ap%ap% ω qi ω q1 λoλo ζοωοζοωο ωcωc λcλc λcλc λcλc λcλcλcλc Απαίτηση: Ισοδύναμες δυνάμεις παρεχόμενες από τις συσκευές ελέγχου

38 37 Ε.Μ.Π. ωlωl ωhωh Im Re Προτεινόμενος τρόπος επιλογής των πόλων Προτεινόμενος τρόπος επιλογής των πόλων ω1ω1 0 λc,2λc,2 λc,1λc,1 C B A λ ο,3 λ ο,2 λo,1λo,1 ω2ω2 ω1ω1 ω3ω3 ω2ω2 ω3ω3 ωs1ωs1 ωs2ωs2 ap%GFap%GF a p ; ω s, 1,2 or AB ; ζ c or BC ; Β΄ C΄C΄ A΄A΄ λ c,2 λc,3λc,3 A΄΄ C΄΄

39 38 Ε.Μ.Π. Προτεινόμενος τρόπος επιλογής των πόλων Προτεινόμενος τρόπος επιλογής των πόλων Επιλογή a p Επιλογή ω s,1,2 Επιλογή ζ c Επιλογή παραμέτρων

40 39 Ε.Μ.Π. Προτεινόμενος τρόπος επιλογής των πόλων Προτεινόμενος τρόπος επιλογής των πόλων f max[A g (f)] fifi a p max[A g (f)] IpIp Ag(f)Ag(f) f fifi max[A g (f)] a p max[A g (f)] IpIp Επιλογή a p a p max[A g (f)] IpIp fifi

41 40 Ε.Μ.Π. x= F max 0.5 0.7 1 1.2 ω i /ω ο ω s2 ω s1 0.5 0.7 1 1.2 ω i /ω ο 0. 4 0.2 ω s2 ω s1 Προτεινόμενος τρόπος επιλογής των πόλων Προτεινόμενος τρόπος επιλογής των πόλων Im Re ω s1 ω s2 λολο ω min U max ζ ωi ωi λοiλοi U max,i ωοωο Επιλογή ω s

42 41 Ε.Μ.Π. ξ ωi ωi λοiλοi Im Re ω s2 ω s1 λ o, ω ο ωqωq u max /u o,max ωiωi ωmin ωmin 1 x Προτεινόμενος τρόπος επιλογής των πόλων

43 42 Ε.Μ.Π. F max /F max,i ζcζc Προτεινόμενος τρόπος επιλογής των πόλων Προτεινόμενος τρόπος επιλογής των πόλων Im Re ω s2 ω s1 λολο ω min ζ ωi ωi λοiλοi ωοωο ζcζc Επιλογή ζ c xd=xd= U max U max,i

44 43 Ε.Μ.Π. Προτεινόμενος τρόπος επιλογής των πόλων Προτεινόμενος τρόπος επιλογής των πόλων Re Im u max /u o,max

45 44 Ε.Μ.Π. Προτεινόμενος τρόπος επιλογής των πόλων Προτεινόμενος τρόπος επιλογής των πόλων Re Im F max /F o,max

46 45 Ε.Μ.Π. Δυναμική ανάλυση ελέγχου (DCA) για τον αλγόριθμο τοποθέτησης πόλων Δυναμική ανάλυση ελέγχου (DCA) για τον αλγόριθμο τοποθέτησης πόλων Selection of poles.m FFT Επιλογή συχνοτήτων με βάση το a p και το Ι p Σχεδιασμός κύκλων σεισμού, μη ασφαλούς ζώνης, ω s, στο μιγαδικό επίπεδο Τοποθέτηση πόλων-ιδιοτιμών του αρχικού συστήματος στο μιγαδικό επίπεδο Επιλογή των πόλων του ελεγχόμενου συστήματος με βάση παρακάτω κανόνες:  Αν οι πόλοι είναι μέσα στη ζώνη μη ασφαλούς περιοχής τοποθέτησε τους έξω  Αν οι πόλοι είναι έξω από τις ζώνες ω s, άφησε τους εκεί προσωρινά  Για παραπέρα μείωση της απόκρισης υπολογισμός της ισοδ. απόσβεσης ζ c  Αν το σήμα πολύ μικρό δεν πραγματοποιείται έλεγχος Υπολογισμός νέων τιμών πόλων, pole_place_mdof_on_line.mdl Φόρτιση Σύστημα Απόκριση K fm Κορεσμός Χρονική καθυστέρηση Control on line.m M, C, K Καθορισμός συστήματος A, B στο χώρο κατάστασης T i, ω i, ξ i Ορισμος παραμέτρων: a p Ι p, x, x d Αριθμός τμημάτων σήματος Επιλογή σήματος Αρχικές συνθήκες Για το i τμήμα του σήματος: Υπολογισμός μητρώου ανάδρασης K fm =poles(A,B, λ c ) Δυναμική ανάλυση στο SIMULINK, Sim(pole_place_mdof_on_line) Αποθήκευση της απόκρισης και δυνάμεων ελέγχου Ενημέρωση αρχικών συνθηκών Επανάληψη για το επόμενο κομμάτι της διέγερσης

47 46 Ε.Μ.Π. Τεκμηρίωση - εφαρμογές Φορτίσεις ΟΝΟΜΑPGA (g) PGV (cm/s) ΜΕΓΕΘΟΣΑΠΟΣΤΑΣΗ (Km) ΣΤΑΘΜΟΣ ΣΥΝΙΣΤΩΣΑ Καλαμάτα. 12-9-19860.27323.66.24EW Αλκυονίδες, 24-2-19810.3024.46.732Trans Αίγιο, 15-6-19950.5448.16.218Ν150 Αθήνα, 7-9-19990.5332.36.912ΚΕΔΕ Κοζάνη, 17-5-19950.0361.25.370Γρεβενά Loma Prieta, 18-10-19890.2731.26.922Outer Harbor Wharf Imperial Valley, 15-10-19790.45112.546.627 El Centro USGS 5028 32 49 44N, 115 30 14W Mexico City, 19-9-19950.8938.7??? Kobe, 16-1-19950.8281.36.90.6KJMA Duzce, 11-12-19990.5383.551.598.2Duzce Ημιτονική φόρτιση Ημιτονική φόρτιση με δυο συχνότητες Παλμός Κλιμακοποιημένα στο 0.3g Περίοδος sec Επιτάχυνση m/sec 2

48 47 Ε.Μ.Π. Τεκμηρίωση - εφαρμογές Διεγέρσεις ΟΝΟΜΑPGA (g) PGV (cm/s) ΜΕΓΕΘΟΣΑΠΟΣΤΑΣΗ (Km) ΣΤΑΘΜΟΣ ΣΥΝΙΣΤΩΣΑ Καλαμάτα. 12-9-19860.27323.66.24EW Αλκυονίδες, 24-2-19810.3024.46.732Trans Αίγιο, 15-6-19950.5448.16.218Ν150 Αθήνα, 7-9-19990.5332.36.912ΚΕΔΕ Κοζάνη, 17-5-19950.0361.25.370Γρεβενά Loma Prieta, 18-10-19890.2731.26.922Outer Harbor Wharf Imperial Valley, 15-10-19790.45112.546.627 El Centro USGS 5028 32 49 44N, 115 30 14W Mexico City, 19-9-19950.8938.7??? Kobe, 16-1-19950.8281.36.90.6KJMA Duzce, 11-12-19990.5383.551.598.2Duzce Ημιτονική διέγερση Ημιτονική διέγερση με δυο συχνότητες Παλμός Βαθμονομημένα στο 0.3g

49 48 Ε.Μ.Π. Τεκμηρίωση - εφαρμογές Προσομοιώματα Ιδιοπερίοδοι : {0.45, 0.16, 0.12}sec Ιδιοσυχνότητες : {2.217, 6.212, 8.977}sec -1 Πόλοι : {-2.48  56.36 i, -1.093  39.0 i, -0.13  13.93 i} m i =1 t k i = 980 kN/m c i =1.407 kNs/m Ιδιοπερίοδος : 0.2s Ιδιοσυχνότητα : 5 sec -1 Λόγος αποσβ.: ζ=0.05 Πόλοι : n=-2±31.35i F F3F3 F2F2 F1F1 F3F3 F1F1 F3F3 F2F2 F1F1 F8F8 F6F6 F5F5 F4F4 F7F7 F3F3 F1F1 F8F8 F5F5 F7F7 F1F1 F8F8 F5F5 cs1 cs2cs3 m i =345.6 t k i = 6.8x10 5 kN/m c i =734 kNs/m Ιδιοπερίοδοι : { 0. 77, 0.26, 0.15, 0.12, 0.09, 0.08, 0.075, 0.07 } sec Ιδιοσυχνότητες f i : {1.29, 3.86, 6.29, 8.50, 10.43, 12.00, 13.16, 13.87 }sec -1 Πόλοι : {-4.10 ± 87.10 i, -3.69 ± 82.64i, -3.07 ± 75.36i, -2.31 ± 65.32i, -1.54 ± 53.44i, -0.84 ± 39.53i, -0.31 ± 24.27i, -0.03 ± 8.18i}

50 49 Ε.Μ.Π. Σεισμός Μονοβάθμιο Καλαμάτας Video

51 50 Ε.Μ.Π. Σεισμός Καλαμάτας, Μονοβάθμιο Time (s) Acceleration ( m / s 2 ) Time (s) Displacement ( m) Time (s) Force ( kN)

52 51 Ε.Μ.Π. Σεισμός Πολυβάθμιο Καλαμάτας Video Χρόνος (s) Μετακίνηση 3 ος ( m) Χρόνος (s) Επιτάχυνση 3 ος ( m / sec 2 ) Χρόνος (s) Δύναμη 3 ος ( kN)

53 52 Ε.Μ.Π. Τεκμηρίωση - εφαρμογές Αριθμητικά αποτελέσματα Αρμονική φόρτιση Μη ελεγχόμενο σύστημα Ελεγχόμενο σύστημα u 1 (mm)30.401.70 (m/sec 2 )30.195.06 F (kN)135.80 Σεισμός Καλαμάτας Μη ελεγχόμενο σύστημα Ελεγχόμενο σύστημα u 1 (mm)5.70.20 (m/sec 2 )4.932.99 F (kN)126 Σεισμός Καλαμάτας Μη ελεγχόμενο σύστημα Ελεγχόμενο σύστημα cs1cs2cs3 u 1 (mm)37.101.6010.5011.20 (m/sec 2 )9.392.904.814.85 F 1 (kN)2.6314.46 u 2 (mm)66.801.401.4017.8014.80 (m/sec 2 )14.562.926.415.06 F 2 (kN)3.59 u 3 (mm)83.401.8021.3018.80 (m/sec 2 )17.712.896.326.48 F 3 (kN)3.316.78

54 53 Ε.Μ.Π. Τεκμηρίωση - εφαρμογές Αριθμητικά αποτελέσματα pole place Αρμονική φόρτιση Μη ελεγχόμενο σύστημα Ελεγχόμενο σύστημα u 1 (mm)30.401.70 (m/sec 2 )30.195.06 F (kN)135.80 Σεισμός Καλαμάτας Μη ελεγχόμενο σύστημα Ελεγχόμενο σύστημα u 1 (mm)5.70.20 (m/sec 2 )4.932.99 F (kN)126 Σεισμός Καλαμάτας Μη ελεγχόμενο σύστημα Ελεγχόμενο σύστημα cs1cs2cs3 u 1 (mm)37.101.6010.5011.20 (m/sec 2 )9.392.904.814.85 F 1 (kN)2.6314.46 u 2 (mm)66.801.401.4017.8014.80 (m/sec 2 )14.562.926.415.06 F 2 (kN)3.59 u 3 (mm)83.401.8021.3018.80 (m/sec 2 )17.712.896.326.48 F 3 (kN)3.316.78 Οι σχετικές μετακινήσεις ορόφων μειώνονται από 65% έως 100 %Οι σχετικές μετακινήσεις ορόφων μειώνονται από 65% έως 100 % Οι απόλυτες επιταχύνσεις ορόφων μειώνονται από 45% έως και 95%Οι απόλυτες επιταχύνσεις ορόφων μειώνονται από 45% έως και 95% Γενικά ο έλεγχος τείνει να κάνει την κατασκευή να συμπεριφέρεται σαν στερεό σώμα. Όσο ο αριθμός των συσκευών μειώνεται σε σχέση με τους βαθμούς ελευθερίας, τόσο αυτή η κίνηση στερεού σώματος της κατασκευής διαφοροποιείται από τα παραπάνω αποτελέσματα χειροτερεύουνΓενικά ο έλεγχος τείνει να κάνει την κατασκευή να συμπεριφέρεται σαν στερεό σώμα. Όσο ο αριθμός των συσκευών μειώνεται σε σχέση με τους βαθμούς ελευθερίας, τόσο αυτή η κίνηση στερεού σώματος της κατασκευής διαφοροποιείται από τα παραπάνω αποτελέσματα χειροτερεύουν Είναι πιο αποτελεσματικό να χρησιμοποιούνται πολλές συσκευές ελέγχου, σε σχέση με τους βαθμούς ελευθερίας, έστω και μειωμένης δυνατότητας απόδοσης ισοδύναμης δύναμης ελέγχου, παρά λίγες με μεγαλύτερη δυνατότητα απόδοσης ισοδύναμης δύναμης ελέγχουΕίναι πιο αποτελεσματικό να χρησιμοποιούνται πολλές συσκευές ελέγχου, σε σχέση με τους βαθμούς ελευθερίας, έστω και μειωμένης δυνατότητας απόδοσης ισοδύναμης δύναμης ελέγχου, παρά λίγες με μεγαλύτερη δυνατότητα απόδοσης ισοδύναμης δύναμης ελέγχου Το εύρος της μη ασφαλούς περιοχής για το τριώροφο και το οκταώροφο κτήριο, πρέπει να διπλασιάζεταιΤο εύρος της μη ασφαλούς περιοχής για το τριώροφο και το οκταώροφο κτήριο, πρέπει να διπλασιάζεται

55 54 Ε.Μ.Π. FFT part of the earthquake signal Acceleration and the relative spectrum of Mexico earthquake 010002000300040005000600070008000900010000 -1.5 -0.5 0 0.5 1 1.5 00.250.50.7511.251.51.752 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 1/4 of signal 1/4 of signal 010002000300040005000600070008000900010000 -1.5 -0.5 0 0.5 1 1.5 00.250.50.7511.251.51.752 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 1/3 of signal 010002000300040005000600070008000900010000 -1.5 -0.5 0 0.5 1 1.5 00.250.50.7511.251.51.752 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 1/2 of signal 010002000300040005000600070008000900010000 -1.5 -0.5 0 0.5 1 1.5 00.250.50.7511.251.51.752 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Total signal

56 55 Ε.Μ.Π. Decision of the eigenfrequencies of the controlled system λ i : eigenvalues of A λ ci : eigenvalues of

57 56 Ε.Μ.Π. Αλγόριθμος μορφής ολίσθησης, SMC Slotin, 1991 Utkin, 1992 Yang, Wu, Agrawal, Hsu, 1995 Yang, Wu, Li,1996 Cai, Huang, Sun, Wang, 1997 Wu, 1997 Yang, Kim, Agrawal 2000 Sarbjeet, Datta, 2000 Wang, Lee, 2002 Lee, Min, Lee, Chung, 2004

58 57 Ε.Μ.Π. Στρατηγική ελέγχου μέσω του αλγόριθμου μορφής ολίσθησης, SMC FFT ή ανάλυση μικρο- κυματιδίων Αισθητήρες Τένοντες Επενεργητής AVSD MR DAMPERS ω1ω1 ωlωl ωhωh ω2ω2 ω3ω3 Re Im Επιφάνεια ολίσθησης, S=PX Δύναμη ελέγχου F Αλγορ. Τοποθέτησης πόλων => P Ενσύρματο ή ασύρματο δίκτυο παρακολούθησης Υπολογιστής Διαχείριση δεδομένων Αλγόριθμος Μορφής Ολίσθησης

59 58 Ε.Μ.Π. Αλγόριθμος μορφής ολίσθησης Μη ελεγχόμενη κατασκευή Ελεγχόμενη κατασκευή Σχεδιασμός ευσταθούς επιφανείας ολίσθησης Υπολογισμός της δύναμης ελέγχου η οποία θα εξαναγκάσει το τροχιακό της φάσης του συστήματος να πάει στην επιφάνεια ολίσθησης και να παραμείνει εκεί στον μετέπειτα χρόνο

60 59 Ε.Μ.Π. Αλγόριθμος μορφής ολίσθησης Σχεδιασμός ευσταθούς επιφανείας ολίσθησης Βέλτιστος τετραγωνικός ρυθμιστής, LQR Αλγόριθμος τοποθέτησης πόλων Σχεδιασμός δύναμης ελέγχου,(Lyapunov, Απευθείας μέθοδος) u du/dt s=0 Κορεσμός δύναμης ελέγχου

61 60 Ε.Μ.Π. Theory of Sliding Mode Control Saturation control Stability of the controlled system Alternatively approach: Selection of poles Estimation the feedback matrix by pole place algorithm

62 61 Ε.Μ.Π. Δυναμική ανάλυση ελέγχου (DCA) για τον αλγόριθμο μορφής ολίσθησης, SMC Δυναμική ανάλυση ελέγχου (DCA) για τον αλγόριθμο μορφής ολίσθησης, SMC Selection of poles.m FFT Επιλογή συχνοτήτων Mε βάση το a p και το Ιp Σχεδιασμός κύκλων σεισμού, μη ασφαλούς ζώνης, ω s, στο μιγαδικό επίπεδο Τοποθέτηση πόλων-ιδιοτιμών του αρχικού συστήματος στο μιγαδικό επίπεδο Επιλογή των πόλων του ελεγχόμενου συστήματος με βάση παρακάτω κανόνες:  Αν οι πόλοι είναι μέσα στη ζώνη μη ασφαλούς περιοχής τοποθέτησε τους έξω  Αν οι πόλοι είναι έξω από τις ζώνες ω s άφησε τους εκεί προσωρινά  Για παραπέρα μείωση της απόκρισης υπολογισμός της ισοδ. απόσβεσης  Αν το σήμα πολύ μικρό δεν πραγματοποιείται έλεγχος Υπολογισμός νέων τιμών πόλων, λ c =α+βi. Control on line.m M, C, K Καθορισμός συστήματος A, B στο χώρο κατάστασης Ti, ω i, ξ i Καθορισμός παραμέτρων: a p Ι p, x, x d, No κομματιών σήματος Επιλογή σήματος Αρχικές συνθήκες Για το i th κομμάτι του σήματος: Υπολογισμός μητρώου επιφάνειας ολίσθησης P Δυναμική ανάλυση στο SIMULINK, Sim(SMC_mdof_on_line) Αποθήκευση της απόκρισης και δυνάμεων ελέγχου Ενημέρωση αρχικών συνθηκών Επανάληψη για το επόμενο κομμάτι της διέγερσης SMC_mdof_on_line.mdl

63 62 Ε.Μ.Π. Τεκμηρίωση – εφαρμογές, SMC Τεκμηρίωση – εφαρμογές, SMC Ίδιες φορτίσεις και προσομοιώματα Χρόνος (s) Μετακίνηση ( m) Επιτάχυνση ( m / sec 2 ) Χρόνος (s) Δύναμη ( kN) Χρόνος (s) Σεισμός Καλαμάτας, Μονοβάθμιο

64 63 Ε.Μ.Π. Τεκμηρίωση – εφαρμογές, SMC Αριθμητικά αποτελέσματα Αρμονική φόρτιση Μη ελεγχόμενο σύστημα Ελεγχόμενο σύστημα (Pole place) u 1 (mm)30.400.30 (1.70) (m/sec 2 )30.193.68 (5.06) F (kN)140 (135.80) Σεισμός Καλαμάτας Μη ελεγχόμενο σύστημα Ελεγχόμενο σύστημα (Pole place) u 1 (mm)5.70.80 (0.20) (m/sec 2 )4.933.11 (2.99) F (kN)163 (126) Σεισμός Καλαμάτας Μη ελεγχόμενο σύστημα Ελεγχόμενο σύστημα (Pole place) cs1cs2cs3 u 1 (mm)37.100.003 (1.60)4.40 (10.50)8.05 (11.20) (m/sec 2 )9.392.99 (2.90)2.92 (4.81)5.02 (4.85) F 1 (kN)3.00 (2.63)13.87 (14.46) u 2 (mm)66.800.003 (1.40)5.90 (17.80)10.10 (14.80) (m/sec 2 )14.562.99 (2.92)4.23 (6.41)4.31 (5.06) F 2 (kN)3.00 (3.59) u 3 (mm)83.400.003 (1.80)6.90 (21.30)13.70 (18.80) (m/sec 2 )17.712.99 (2.89)7.93 (6.32)5.75 (6.48) F 3 (kN)3.00 (3.31)6.10 (6.78)

65 64 Ε.Μ.Π. Τεκμηρίωση – εφαρμογές, SMC Αριθμητικά αποτελέσματα Αρμονική φόρτιση Μη ελεγχόμενο σύστημα Ελεγχόμενο σύστημα (Pole place) u 1 (mm)30.400.30 (1.70) (m/sec 2 )30.193.68 (5.06) F (kN)140 (135.80) Σεισμός Καλαμάτας Μη ελεγχόμενο σύστημα Ελεγχόμενο σύστημα (Pole place) u 1 (mm)5.70.80 (0.20) (m/sec 2 )4.933.11 (2.99) F (kN)163 (126) Σεισμός Καλαμάτας Μη ελεγχόμενο σύστημα Ελεγχόμενο σύστημα (Pole place) cs1cs2cs3 u 1 (mm)37.100.003 (1.60)4.40 (10.50)8.05 (11.20) (m/sec 2 )9.392.99 (2.90)2.92 (4.81)5.02 (4.85) F 1 (kN)3.00 (2.63)13.87 (14.46) u 2 (mm)66.800.003 (1.40)5.90 (17.80)10.10 (14.80) (m/sec 2 )14.562.99 (2.92)4.23 (6.41)4.31 (5.06) F 2 (kN)3.00 (3.59) u 3 (mm)83.400.003 (1.80)6.90 (21.30)13.70 (18.80) (m/sec 2 )17.712.99 (2.89)7.93 (6.32)5.75 (6.48) F 3 (kN)3.00 (3.31)6.10 (6.78) Οι σχετικές μετακινήσεις ορόφων μειώνονται από 90% έως 100 %Οι σχετικές μετακινήσεις ορόφων μειώνονται από 90% έως 100 % Οι απόλυτες επιταχύνσεις ορόφων μειώνονται από 20% έως και 95%Οι απόλυτες επιταχύνσεις ορόφων μειώνονται από 20% έως και 95% Γενικά ο έλεγχος τείνει να κάνει την κατασκευή να συμπεριφέρεται σαν στερεό σώμα. Όσο ο αριθμός των συσκευών μειώνεται σε σχέση με τους βαθμούς ελευθερίας, τόσο αυτή η κίνηση στερεού σώματος της κατασκευής διαφοροποιείται και τα παραπάνω αποτελέσματα χειροτερεύουνΓενικά ο έλεγχος τείνει να κάνει την κατασκευή να συμπεριφέρεται σαν στερεό σώμα. Όσο ο αριθμός των συσκευών μειώνεται σε σχέση με τους βαθμούς ελευθερίας, τόσο αυτή η κίνηση στερεού σώματος της κατασκευής διαφοροποιείται και τα παραπάνω αποτελέσματα χειροτερεύουν Είναι πιο αποτελεσματικό να χρησιμοποιούνται πολλές συσκευές ελέγχου, σε σχέση με τους βαθμούς ελευθερίας, έστω και μειωμένης δυνατότητας απόδοσης ισοδύναμης δύναμης ελέγχου, παρά λίγες με μεγαλύτερη δυνατότητα απόδοσης ισοδύναμης δύναμης ελέγχουΕίναι πιο αποτελεσματικό να χρησιμοποιούνται πολλές συσκευές ελέγχου, σε σχέση με τους βαθμούς ελευθερίας, έστω και μειωμένης δυνατότητας απόδοσης ισοδύναμης δύναμης ελέγχου, παρά λίγες με μεγαλύτερη δυνατότητα απόδοσης ισοδύναμης δύναμης ελέγχου

66 65 Ε.Μ.Π. Προτεινόμενος αλγόριθμος μεταβλητής δυσκαμψίας Kobori, 1990 Kobori, Kamagata, 1992 Kobori, Takahashi, Nasu, Niwa, Ogasawara, 1993 Nemer, Lin, Osegueda, 1994 Loh, Ma,1994 Yamada, Kobori, 1995 Yang, Wu, Li, 1996 Nasu, Kobori, Niwa, Ogasawara, 2001

67 66 Ε.Μ.Π. Προτεινόμενος αλγόριθμος μεταβλητής δυσκαμψίας AgAg TcTc TiTi T Θεωρία μη συντονισμού αfαf

68 67 Ε.Μ.Π. Προτεινόμενος αλγόριθμος μεταβλητής δυσκαμψίας Φάση σχεδιασμού Τ 0 Ι, Τ 1 Ι, Τ 2 Ι,…, Τ ndof Ι f 0 Ι, f 1 Ι, f 2 Ι,…, f ndof Ι Τύπος Ι Τύπος ΙΙ α f, quake f L f h Τ 0 ΙI, Τ 1 ΙI, Τ 2 ΙI, …, Τ ndof ΙI f 0 ΙI, f 1 ΙI, f 2 ΙI, …, f ndof ΙI Προτεινόμενη σχέση για το σχεδιασμό δύσκαμπτου τύπου ΙΙ:

69 68 Ε.Μ.Π. Προτεινόμενος αλγόριθμος μεταβλητής δυσκαμψίας Φάση λειτουργίας ΝΑΙ ΟΧΙ Επιλογή τύπου II Επιλογή τύπου I

70 69 Ε.Μ.Π. Προτεινόμενος αλγόριθμος μεταβλητής δυσκαμψίας Φάση λειτουργίας Αποφυγή συντονισμού cfcf bfbf 3)3) afaf bfbf 4)4) afaf cfcf 5)5) bfbf afaf cfcf 6)6) bfbf afaf cfcf 2)2) bfbf afaf cfcf 7)7) bfbf afaf cfcf 1)1) bfbf afaf cfcf bfbf f 0 Ι, f 1 Ι, f 2 Ι,…, f ndof Ι cfcf f 0 ΙI, f 1 ΙI, f 2 ΙI,…, f ndof ΙI a f, quake f f L f h ΝΑΙ ΟΧΙ Επιλογή τύπου II Επιλογή τύπου I

71 70 Ε.Μ.Π. Harmonic load, SDOF Video Type II, 10 Hz Type I, 5Hz AVSD T1 = 5HzT2 = 10Hz

72 71 Ε.Μ.Π. Στρατηγική ελέγχου μέσω του αλγόριθμου μεταβλητής δυσκαμψίας FFT ή ανάλυση μικρο- κυματιδίων f1f1 flfl fhfh f2f2 f3f3 AVSD ΝΑΙ ΟΧΙ Επιλογή τύπου II Επιλογή τύπου I Υπολογιστής Διαχείριση δεδομένων Αλγόριθμος μεταβλητής δυσκαμψίας

73 72 Ε.Μ.Π. Δυναμική ανάλυση ελέγχου (DCA) για τον αλγόριθμο μεταβλητής δυσκαμψίας Δυναμική ανάλυση ελέγχου (DCA) για τον αλγόριθμο μεταβλητής δυσκαμψίας SIMULATION_AVS_MDOF_online Load Σύστημα Τύπος I Απόκριση Χρ. Καθυστέρηση Selection of stiffness.m FFT Επιλογή συχνοτήτων σήματος με βάση το a p και Ι p Εύρεση των συχνοτήτων f h και f L του τμήματος της φόρτισης Control on line.m M, C, K Καθορισμός συστήματος A, B στο χώρο κατάστασης Ti, ωi, ξi Καθορισμός παραμέτρων: a p Ι p Αριθμός τμημάτων σήματος Επιλογή σήματος Αρχικές συνθήκες Για το i th κομμάτι του σήματος: K=K I ή K=K II Δυναμική ανάλυση Sim( SIMULATION_AVS_MDOF_online ) Αποθήκευση της απόκρισης Ενημέρωση αρχικών συνθηκών Επανάληψη για το επόμενο κομμάτι της διέγερσης ΝΑΙ ΟΧΙ Επιλογή τύπου I Επιλογή τύπου II K=K I K=K II Σύστημα Τύπος II

74 73 Ε.Μ.Π. Αρμονική Μονοβάθμιο διέγερση Video Τύπος II Τυπος I AVSD

75 74 Ε.Μ.Π. Τεκμηρίωση – εφαρμογές Σεισμός Καλαμάτας, Μονοβάθμιο Χρόνος (s) Μετακίνηση ( m/sec 2 ) Τύπος Ι Τύπος ΙΙ Χρόνος (s) Επιτάχυνση ( m/sec 2 ) Τύπος Ι Τύπος ΙΙ

76 75 Ε.Μ.Π. Τεκμηρίωση – εφαρμογές Σεισμός Καλαμάτας, Μονοβάθμιο Χρόνος (s) Επιτάχυνση ( m/sec 2 ) Τύπος Ι Τύπος ΙΙ Χρόνος (s) Μετακίνηση ( m/sec 2 ) Τύπος Ι Τύπος ΙΙ Χρόνος (s) Επιτάχυνση ( m/sec 2 ) Τύπος Ι Τύπος ΙΙ

77 76 Ε.Μ.Π. Τεκμηρίωση – εφαρμογές Αριθμητικά αποτελέσματα AVS Αρμονική φόρτιση Μη ελεγχόμενο σύστημα Ελεγχόμενο σύστημα (SMC) (Pole place) u 1 (mm)30.4020.00 (0.30) (1.70) (m/sec 2 )30.1937.20 (3.68) (5.06) K new =4K Σεισμός Καλαμάτας Μη ελεγχόμενο σύστημα Ελεγχόμενο σύστημα (SMC) (Pole place) u 1 (mm)5.70.58 (0.80) (0.20) (m/sec 2 )4.933.70 (3.11) (2.99) K new =6K Σεισμός Καλαμάτας Μη ελεγχόμενο σύστημα Ελεγχόμενο σύστημα (SMC) (Pole place) u 1 (mm)37.102.00 (0.003) (1.60) (m/sec 2 )9.393.69 (2.99) (2.90) u 2 (mm)66.803.70 (0.003) (1.40) (m/sec 2 )14.564.29 (2.99) (2.92) u 3 (mm)83.404.60 (0.003) (1.80) (m/sec 2 )17.714.62 (2.99) (2.89) K new =55K

78 77 Ε.Μ.Π. Συμπεράσματα, AVS Ο προτεινόμενος αλγόριθμος μεταβλητής δυσκαμψίας μειώνει τις μετακινήσεις του συστήματος, δεν είναι όμως τόσο αποτελεσματικός όσον αφορά στις επιταχύνσειςΟ προτεινόμενος αλγόριθμος μεταβλητής δυσκαμψίας μειώνει τις μετακινήσεις του συστήματος, δεν είναι όμως τόσο αποτελεσματικός όσον αφορά στις επιταχύνσεις Οι σχετικές μετακινήσεις ορόφων, μειώνονται από 60% έως 100 %. Εξαίρεση αποτελούν η παλμική και η ημιτονική διέγερση με δυο αρμονικές, όπου τα ποσοστά μείωσης είναι της τάξης των 32% έως 80%Οι σχετικές μετακινήσεις ορόφων, μειώνονται από 60% έως 100 %. Εξαίρεση αποτελούν η παλμική και η ημιτονική διέγερση με δυο αρμονικές, όπου τα ποσοστά μείωσης είναι της τάξης των 32% έως 80% Η απόλυτη επιτάχυνση ορόφων, μειώνεται από 25% έως και 75% για όλες τις φορτίσεις, εκτός της παλμικής και της ημιτονικής με δυο αρμονικές, όπου η επιτάχυνση δε μειώνεται συστηματικά, αλλά και σε ορισμένες περιπτώσεις αυξάνεταιΗ απόλυτη επιτάχυνση ορόφων, μειώνεται από 25% έως και 75% για όλες τις φορτίσεις, εκτός της παλμικής και της ημιτονικής με δυο αρμονικές, όπου η επιτάχυνση δε μειώνεται συστηματικά, αλλά και σε ορισμένες περιπτώσεις αυξάνεται Ο αλγόριθμος μεταβλητής δυσκαμψίας αντιμετωπίζει διεγέρσεις, οι οποίες είναι μη στάσιμα κύματα, δηλαδή κύματα που μεταβάλουν τα χαρακτηριστικά τους (μέση τιμή, συχνοτικό περιεχόμενο) κατά τη διάρκεια του χρόνουΟ αλγόριθμος μεταβλητής δυσκαμψίας αντιμετωπίζει διεγέρσεις, οι οποίες είναι μη στάσιμα κύματα, δηλαδή κύματα που μεταβάλουν τα χαρακτηριστικά τους (μέση τιμή, συχνοτικό περιεχόμενο) κατά τη διάρκεια του χρόνου Το σύστημα μεταβλητής δυσκαμψίας δεν εισάγει δυνάμεις στη κατασκευή και ως εκ τούτου δεν επηρεάζει δυσμενώς την κατασκευή σε περίπτωση αστοχίαςΤο σύστημα μεταβλητής δυσκαμψίας δεν εισάγει δυνάμεις στη κατασκευή και ως εκ τούτου δεν επηρεάζει δυσμενώς την κατασκευή σε περίπτωση αστοχίας Το σύστημα μεταβλητής δυσκαμψίας χρειάζεται ελάχιστη ενέργεια και χρόνο για να λειτουργήσει, αφού το μόνο που απαιτείται είναι να ανοίγει ή να κλείνει μια βαλβίδα και να επιτρέπεται ή όχι η σύνδεση των διαγώνιων στοιχείων με τη δοκό Το σύστημα μεταβλητής δυσκαμψίας χρειάζεται ελάχιστη ενέργεια και χρόνο για να λειτουργήσει, αφού το μόνο που απαιτείται είναι να ανοίγει ή να κλείνει μια βαλβίδα και να επιτρέπεται ή όχι η σύνδεση των διαγώνιων στοιχείων με τη δοκό Οι τιμές της δυσκαμψίας, που προκύπτουν για την διαστασιολόγηση του συστήματος των διαγώνιων συνδέσμων δυσκαμψίας, είναι πραγματοποιήσιμες και εφικτέςΟι τιμές της δυσκαμψίας, που προκύπτουν για την διαστασιολόγηση του συστήματος των διαγώνιων συνδέσμων δυσκαμψίας, είναι πραγματοποιήσιμες και εφικτές Η παραπάνω στρατηγική ελέγχου εντάσσεται και αυτή μέσα στη γενικότερη φιλοσοφία ελέγχου μη συντονισμού. Είναι βέβαια πιο ειδική περίπτωση σε σχέση με τον έλεγχο τοποθέτησης πόλων και τον αλγόριθμο μορφής ολίσθησης που αναπτύχθηκαν στα προηγούμενα κεφάλαια, αλλά και οι τρεις στρατηγικές ελέγχου έχουν ένα κοινό χαρακτηριστικό: ο έλεγχος στηρίζεται κάθε φορά στη μέτρηση και στην ανάλυση των χαρακτηριστικών (συχνοτικό περιεχόμενο) του συγκεκριμένου σεισμικού σήματος που διεγείρει την κατασκευή. Είναι δηλαδή στρατηγικές ελέγχου που προσαρμόζονται κάθε φορά στη συγκεκριμένη διέγερση και βοηθούν την κατασκευή όταν και όπως αυτή το έχει ανάγκηΗ παραπάνω στρατηγική ελέγχου εντάσσεται και αυτή μέσα στη γενικότερη φιλοσοφία ελέγχου μη συντονισμού. Είναι βέβαια πιο ειδική περίπτωση σε σχέση με τον έλεγχο τοποθέτησης πόλων και τον αλγόριθμο μορφής ολίσθησης που αναπτύχθηκαν στα προηγούμενα κεφάλαια, αλλά και οι τρεις στρατηγικές ελέγχου έχουν ένα κοινό χαρακτηριστικό: ο έλεγχος στηρίζεται κάθε φορά στη μέτρηση και στην ανάλυση των χαρακτηριστικών (συχνοτικό περιεχόμενο) του συγκεκριμένου σεισμικού σήματος που διεγείρει την κατασκευή. Είναι δηλαδή στρατηγικές ελέγχου που προσαρμόζονται κάθε φορά στη συγκεκριμένη διέγερση και βοηθούν την κατασκευή όταν και όπως αυτή το έχει ανάγκη

79 78 Ε.Μ.Π. Πρακτικά θέματα εφαρμογής συστημάτων ελέγχου Χρονική καθυστέρησηΧρονική καθυστέρηση Κορεσμός δύναμης ελέγχουΚορεσμός δύναμης ελέγχου Αλληλεπίδραση χρονικής καθυστέρησης και κορεσμού δύναμης ελέγχουΑλληλεπίδραση χρονικής καθυστέρησης και κορεσμού δύναμης ελέγχου

80 79 Ε.Μ.Π. t d (sec) u max,td /u max Επιρροή της χρονικής καθυστέρησης Απόκριση - Χρονική καθυστέρηση Η επιρροή της χρονικής καθυστέρησης εξαρτάται τόσο από τη διέγερση όσο και από την κατασκευή T (sec) td (sec)

81 80 Ε.Μ.Π. Επιρροή της χρονικής καθυστέρησης Απόκριση - Χρονική καθυστέρηση, Πολυβάθμιο σύστημα u max /u max, uncontrolled t d (sec) u max /u max, uncontrolled t d (sec) Σεισμική διέγερση Ημιτονική διέγερση

82 81 Ε.Μ.Π. Επιρροή του κορεσμού της δύναμης ελέγχου Απόκριση – Κορεσμός δύναμης ελέγχου u max /u max, uncontrolled Σεισμική διέγερση Επίπεδα κορεσμού δύναμης ελέγχου (kN)

83 82 Ε.Μ.Π. Επιρροή του κορεσμού της δύναμης ελέγχου Απόκριση – Κορεσμός δύναμης ελέγχου Πολυβάθμιο σύστημα Ημιτονική διέγερση u max /u max, uncontrolled Επίπεδα κορεσμού δύναμης ελέγχου (kN) Σεισμική διέγερση u max /u max, uncontrolled Επίπεδα κορεσμού δύναμης ελέγχου (kN)

84 83 Ε.Μ.Π. Χρονική καθυστέρηση - κορεσμός δύναμης ελέγχου Απόκριση – Χρονική καθυστέρηση – Κορεσμός δύναμης ελέγχου Υπάρχουν τιμές χρονικής καθυστέρησης και κορεσμού δύναμης ελέγχου όπου η απόκριση παραμένει σε χαμηλό επίπεδο. Αυτές οι τιμές θα πρέπεί να συγκρίνονται με τις προδιαγραφές των συσκευών ελέγχου Ω F sat (kN) u max,con /u max t d (sec) F sat (kN) t d (sec) Ω

85 84 Ε.Μ.Π. Πρακτικά θέματα εφαρμογής συστημάτων ελέγχου Θέση των αισθητήρων στην κατασκευήΘέση των αισθητήρων στην κατασκευή Θέση των συσκευών ελέγχου στην κατασκευήΘέση των συσκευών ελέγχου στην κατασκευήΚαμπτικό-Διατμητικό

86 85 Ε.Μ.Π. Πρακτικά θέματα εφαρμογής συστημάτων ελέγχου Υπολογισμος των πραγματικών δυναμικών χαρακτηριστικών της κατασκευής.Υπολογισμος των πραγματικών δυναμικών χαρακτηριστικών της κατασκευής. (200% διαφορά της πραγματικής και της υπολογιστικής Ιδιοπεριόδου της κατασκευής ) Κόστος των συστημάτων ελέγχουΚόστος των συστημάτων ελέγχου 25% του συνολικού κόστους κατασκευής (Κόστος επισκευής 300 €/m 2 )

87 86 Ε.Μ.Π. Συμπεράσματα Φιλοσοφία ελέγχου των κατασκευών για την αντιμετώπιση σεισμικών διεγέρσεων στηρίζεται στη μέτρηση και στην ανάλυση των χαρακτηριστικών (συχνοτικό περιεχόμενο) του συγκεκριμένου σεισμικού σήματος που διεγείρει κάθε φορα την κατασκευή και με βάση αυτά τα χαρακτηριστικά επιλέγει τον τρόπο με το οποίο θα δουλέψουν οι συσκευές ελέγχου. Είναι δηλαδή μια μεθοδολογία που προσαρμόζεται κάθε φορά στη συγκεκριμένη διέγερση και βοηθά την κατασκευή όταν και όπως αυτή το έχει ανάγκη. Ο έλεγχος των κατασκευών αντιμετωπίζει διεγέρσεις, οι οποίες είναι μη στάσιμα κύματα (σεισμός), δηλαδή κύματα που μεταβάλουν τα χαρακτηριστικά τους (μέση τιμή, συχνοτικό περιεχόμενο) κατά τη διάρκεια του χρόνου επιβολής τους.

88 87 Ε.Μ.Π. Συμπεράσματα Οι σχετικές μετακινήσεις και οι απόλυτες επιταχύνσεις ορόφων μειώνονται και με τους τρεις αλγορίθμους. Αποτέλεσμα του ελέγχου των κατασκευών είναι να κρατά την κατασκευή στα ελαστικά της όρια ώστε να μην υπάρξει ανάγκη επισκευής.Οι σχετικές μετακινήσεις και οι απόλυτες επιταχύνσεις ορόφων μειώνονται και με τους τρεις αλγορίθμους. Αποτέλεσμα του ελέγχου των κατασκευών είναι να κρατά την κατασκευή στα ελαστικά της όρια ώστε να μην υπάρξει ανάγκη επισκευής. Η κατασκευή συμπεριφέρεται σαν στερεό σώμα.Η κατασκευή συμπεριφέρεται σαν στερεό σώμα. Είναι πιο αποτελεσματικό να χρησιμοποιούνται πολλές συσκευές ελέγχου, σε σχέση με τους βαθμούς ελευθερίας, έστω και μειωμένης δυνατότητας απόδοσης ισοδύναμης δύναμης ελέγχου, παρά λίγες με μεγαλύτερη δυνατότητα απόδοσης ισοδύναμης δύναμης ελέγχου.Είναι πιο αποτελεσματικό να χρησιμοποιούνται πολλές συσκευές ελέγχου, σε σχέση με τους βαθμούς ελευθερίας, έστω και μειωμένης δυνατότητας απόδοσης ισοδύναμης δύναμης ελέγχου, παρά λίγες με μεγαλύτερη δυνατότητα απόδοσης ισοδύναμης δύναμης ελέγχου. Το σύστημα μεταβλητής δυσκαμψίας δεν εισάγει δυνάμεις στη κατασκευή και ως εκ τούτου δεν επηρεάζει δυσμενώς την κατασκευή σε περίπτωση αστοχίας, χρειάζεται ελάχιστη ενέργεια και χρόνο για να λειτουργήσει.Το σύστημα μεταβλητής δυσκαμψίας δεν εισάγει δυνάμεις στη κατασκευή και ως εκ τούτου δεν επηρεάζει δυσμενώς την κατασκευή σε περίπτωση αστοχίας, χρειάζεται ελάχιστη ενέργεια και χρόνο για να λειτουργήσει.

89 88 Ε.Μ.Π. Συμπεράσματα O αντισεισμικός κανονισμός κατασκευών: ‘περιβάλλουσα’ σεισμών (φάσμα σχεδιασμού) Ικανοτικός έλεγχος κατευθύνει: Τις ζημίες σε συγκεκριμένα σημεία (δοκοί) Τον τρόπο αστοχίας (πλάστιμη) Ο έλεγχος των κατασκευών: Αναγνωρίζει τα χαρακτηριστικά ενός συγκεκριμένου σεισμού Ο αλγόριθμος ελέγχου κατευθύνει: Τον τρόπο λειτουργίας των συσκευών ελέγχου για να κρατήσει την κατασκευή στα ελαστικά της όρια Μπορεί να εφαρμοστεί συνεπικουρικά με τον υπάρχων αντισεισμικό κανονισμό. Είναι ακόμα σε ερευνητικό στάδιο και αξίζει να διερευνηθεί παραπέρα.

90 89 Ε.Μ.Π. Ευχαριστώ πολύ για την προσοχή σας