Динамічне моделювання та раціональне проектування будівель із демпферами сухого тертя за допомогою методів штучного ройового інтелекту

Abstract

UK: Постановка проблеми. Демпфери сухого тертя широко використовуються для захисту будівель від динамічних та сейсмічних навантажень. Їх перевагами є простота і надійність конструкції, низька вартість, зручність монтажу, а також високі дисипативні характеристики. Визначення місць розташування демпферів всередині будівлі є складним завданням, яке вимагає комплексного аналізу динамічних властивостей споруди і, як правило, не може бути вирішено в рамках стандартних методів проектування. Тому актуальною проблемою є розроблення нових методів розрахунку конструкцій з демпферами сухого тертя, що дозволяють знаходити оптимальні проектні рішення для мінімізації динамічних і сейсмічних впливів. Мета статті. Розвинути метод рою частинок для визначення місць раціонального розташування демпферів сухого тертя у багатоповерхових каркасних будинках для підвищення їх сейсмічної стійкості. Висновки. Розроблено аналітичну динамічну модель будинку із демпферами сухого тертя. Розроблено математичну модель сейсмічного навантаження. Досліджено нестаціонарні коливання будинку під дією сейсмічних навантажень. Одержано чисельні розв’язки нелінійних динамічних рівнянь за допомогою методу Рунге-Кутти. Визначено місця раціонального розташування демпферів сухого тертя, які забезпечують мінімальні прискорення та відносні перекоси поверхів. Одержані результати можуть використовуватись при розробленні проектів будівель і споруд із підвищеною стійкістю до сейсмічних і динамічних впливів.

EN: Formulation of the problem. Dry friction dampers are widely used for the protection of buildings from dynamic and seismic loads. Their advantages are the simplicity and reliability of the design, low costs, easy installation and maintenance, as well as high dissipative characteristics. Determining the location of friction dampers inside a building is a complex task that requires a comprehensive analysis of the dynamic properties of the structure and, as a rule, cannot be solved within the framework of standard design methods. Therefore, a crucial problem is the development of novel methods for calculating structures with dry friction dampers allowing finding optimal design solutions to minimize dynamic and seismic impacts. The purpose of the sudy. The method of particle swarm optimization is developed for the prediction of rational locations of friction dampers in multi-storey frame buildings to enhance their resistance to seismic loads. Conclusions. An analytical model describing the dynamic behavior of buildings with friction dampers is proposed. A mathematical model of seismic loads is developed. Non-stationary vibrations of a building under the seismic loads are investigated. The governing non-linear dynamical equations are integrated numerically by the Runge-Kutta method. The rational locations of friction dampers are determined ensuring the minimal inter-storey drifts and accelerations of the building. The obtained results can be used in the design of houses and structures with enhanced resistance to seismic and dynamic impacts.