ผลกระทบของการเปลี่ยนรูปแบบอินอีลาสติกต่อสมรรถนะของมวลปน่วงปรับค่าแบบแอกทีฟ

Abstract

โครงสร้างทาวิศวกรรมจำนวนมากประสบปัญหาเกี่ยวกับการสั่นไหว เพื่อแก้ไขปัญหานี้ระบบควบคุมการสั่นไหวจึงได้ถูกนำมาใช้ซึ่งระบบนี้ได้มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ระบบมวลหน่วงปรับค่าแบบแอกทีฟ (Active tuned mass damper) เป็นระบบควบคุมหนึ่งซึ่งนำมาใช้ในโครงสร้าง การออกแบบระบบนี้จะสมมติว่าโครงสร้างมีพฤติกรรมอีลาสติก แม้ว่าโครงสร้างภายใต้แผ่นดินไหวที่รุนแรงจะมีความเสียหายและมีพฤติกรรมแบบอินอีลาสติกแล้วก็ตาม ดังนั้นการวิจัยนี้จึงศึกษาพฤติกรรมอินลีลาสติกของอาคารที่ติดตั้งมวลหน่วงปรับค่าแบบแอกทีฟและสมรรถนะในการควบคุมการสั่นไหวของมวลหน่วงปรับค่าแบบแอกทีฟ อาคารตัวอย่างเป็นโครงข้อแข็งที่มีความสูง 10 ชั้น ซึ่งออกแบบรับแรงแนวดิ่งและแรงลมจะถูกวิเคราะห์ภายใต้คลื่นแผ่นดินไหว El Centro(1940), SCT(1985) และ Northridge(1994) โดยติดตั้งมวลหน่วงปรับค่าแบบแพสสีฟ (Pasive tuned mass damper) หรือมวลหน่วงปรับค่าแบบแอกทีฟ (Active tuned mass damper) ที่ชั้นบนสุดของอาคารเพื่อลดการเปลี่ยนตำแหน่งและความเสียหายของอาคาร ประสิทธิภาพของระบบมวลหน่วงปรับค่าแบบแอกทีฟจะเปรียบเทียบกับระบบมวลหน่วงปรับค่าแบบแพสสีฟภายใต้คลื่นแผ่นดินไหวที่มีความเร่งที่พื้นดินสูงสุดต่างๆ กัน โปรแกรม IDARC V.5 จะถูกปรับปรุงเพื่อสามารถวิเคราะห์อาคารที่ติดตั้งระบบควบคุมการสั่นไหวที่ชั้นบนสุดของอาคารได้และใช้โปรแกรมดังกล่าววิเคราะห์แบบอินอีลาสติกกับอาคารตัวอย่าง ภายใต้แรงดันด้านข้างแบบสถิตอาคารตัวอย่างสามารถต้านทานแรงด้านข้างได้ 11.5% ของน้ำหนักอาคาร ที่การเปลี่ยนตำแหน่งชั้น 10 เท่ากับ 5.06% ของความสูงอาคาร ภายใต้แผ่นดินไหวขนาดเล็กและขนาดปานกลาง การวิเคราะห์พลวัตน์แบบอินอีลาสติกพบว่ามวลหน่วงปรับค่าแบบแอกทีฟมีประสิทธิภาพมากในการลดการเปลี่ยนตำแหน่งที่ชั้นบนสุดเมื่อเปรียบเทียบกับมวลหน่วงปรับค่าแบบแพสสีฟ แม้ว่าประสิทธิภาพนี้จะไม่ลดลงมากภายใต้แผ่นดินไหวที่รุนแรงแต่กลับพบว่าความเสียหายในอาคารที่ติดตั้งมวลหน่วงปรับค่าแบบแอกทีฟมีค่ามากกว่าอาคารที่ไม่ติดตั้งระบบควบคุมและอาคารที่ติดตั้งมวลหน่วงปรับค่าแบบแพสสีฟ สมรรถนะในการควบคุมการสั่นไหวที่ไม่พึงประสงค์เกิดมาจากการเปลี่ยนพฤติกรรมอย่างมากของอาคารและอัลกอริทึมในการควบคุมซึ่งไม่พิจารณาความเสียหายในการออกแบบนั่นเอง