ارزیابی کنترل نیمه فعال میراگر جرمی تنظیم شونده فازی نوع دوم پل معلق گلدن‌گیت تحت ارتعاش‌های لرزه‌ای حوزه دور و نزدیک

خانی, محمدتقی; حسینی, میرحمید; حسینی لواسانی, سید حسین; جوادی, پاشا

doi:10.22034/jss.2026.587110.1045

ارزیابی کنترل نیمه فعال میراگر جرمی تنظیم شونده فازی نوع دوم پل معلق گلدن‌گیت تحت ارتعاش‌های لرزه‌ای حوزه دور و نزدیک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

محمدتقی خانی ¹

میرحمید حسینی ²

سید حسین حسینی لواسانی ³

پاشا جوادی ²

¹ دانشجوی دکتری رشته مهندسی عمران، دانشکده عمران معماری و هنر، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات

² استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشکده عمران معماری و هنر، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات

³ دانشیار گروه مهندسی عمران دانشگاه خوارزمی

10.22034/jss.2026.587110.1045

چکیده

زمینۀ پژوهش: یکی از روش‌های نوین بهره‌برداری پل‌های کابلی در حین زلزله و پس از آن، استفاده از کنترل فازی است.
روش پژوهش: در این پژوهش الگوریتم فازی نوع ۱ و ۲ برای کنترل ارتعاشات سازۀ پل معلق گلدن‌گیت به‌وسیلۀ میراگر جرمی تنظیمی مورد بررسی قرار گرفته است. پل به‌صورت سه‌بعدی در نرم‌افزار ABAQUS مدل‌سازی شده است. برای تغییر میرایی از الگوریتم منطق فازی موجود در نرم‌افزار MATLAB بهره گرفته و میراگر مورد نظر در حالت کنترل فعال در محیط سیمولینک نرم‌افزار MATLAB مدل‌سازی شده است. برای بهبود نتایج هر دو حالت کنترل فعال و غیرفعال، پارامترهای میرایی و فرکانس میراگر جرمی تنظیمی در حالت غیرفعال و پارامتر فرکانس در حالت فعال با استفاده از روش جست‌وجوی عددی، برای درصدهای جرمی مختلف بهینه‌سازی شده و درصد جرمی بهینه به‌منظور انجام تحلیل‌ها و مقایسۀ سیستم‌های کنترل انتخاب شده است. به همین منظور سیستم کنترل غیرفعال میراگر جرمی تنظیم‌شونده در نرم‌افزار ABAQUS مدل شده و پس از مدل‌سازی اجزای محدود سازۀ پل معلق گلدن‌گیت و پیاده‌سازی منطق فازی و تنظیم پارامترهای بهینۀ میراگر جرمی تنظیم‌شونده، تحلیل های تاریخچه زمانی تحت هفت رکورد حوزۀ نزدیک صورت گرفته است.
یافته‌ها: مدل‌سازی سه‌بعدی پل گلدن‌گیت به‌همراه میراگر جرمی در وسط دهانۀ پل نشان داد که در تمامی رکوردهای لرزه‌ای میزان تغییرمکان پل مجهز به میراگر جرمی کم‌تر از پل فاقد آن بوده است. همچنین تحت تأثیر امواج زلزله، اثر لرزه‌ای استراتژی‌های کنترل فازی A و B یکسان نیست؛ که نشان می‌دهد تابع کنترل فازی به ورودی وابسته است.
نتیجه‌گیری: نتایج نشانگر کارایی بالای سیستم کنترل فازی نوع ۲ یا (B) در کنترل تغییرمکان‌های لرزه‌ای بوده است. بر اساس کنترل پاسخ تغییرمکان کنترل فازی نوع ۲، حدود ۱۵ درصد بهتر از کنترل فازی نوع ۱ یا (A) بوده است. تغییرمکان‌های لرزه‌ای و جابه‌جایی ماندگار پل گلدن‌گیت با کنترل فازی نوع ۲ در حدود ۵۰ درصد کم‌تر از تغییرمکان‌های لرزه‌ای پل مذکور بدون هر گونه کنترل است.

کلیدواژه‌ها

میراگر جرمی تنظیم‌شونده

منطق فازی

کنترل فازی

پل معلق

پل گلدن‌گیت

موضوعات

سازه‌های خاص فولادی (پل، برج انتقال نیرو و...)

عنوان مقاله English

Evaluation of Type-2 Fuzzy Semi-Active Tuned Mass Damper Control of the Golden Gate Suspension Bridge under Near-Field Seismic Vibrations

نویسندگان English

Mohammad Taghi Khani ¹

Mir Hamid Hosseini ²

Seyed Hossein Hosseini Lavasani ³

Pasha Javadi ²

¹ Ph.D. Candidate in Civil Engineering, Department of Civil Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad

² Assistant Professor, Department of Civil Engineering, SR.C., Islamic Azad University

³ Associate Professor at Department of Civil Engineering, Kharazmi University

چکیده English

Background: One innovative approach is the use of fuzzy control. With its robust logic, adaptability, and intelligence, fuzzy control offers promising prospects for application in the field of structural vibration control.
Methods: This study investigates Type-1 and Type-2 fuzzy algorithms for controlling the vibrations of the Golden Gate suspension bridge using a tuned mass damper (TMD). The bridge is modeled in 3D using ABAQUS software. A fuzzy logic algorithm implemented in MATLAB is utilized to adjust the damping, and the damper is modeled for active control within the MATLAB Simulink environment. To optimize performance for both active and passive control modes, the TMD's damping and frequency parameters (for the passive mode) and frequency parameter (for the active mode) are optimized across various mass ratios using a numerical search method; subsequently, the optimal mass ratio is selected for conducting analyses and comparing the control systems. To this end, a passive control system using a Tuned Mass Damper (TMD) was modeled in ABAQUS software. Following the finite element modeling of the Golden Gate suspension bridge, the implementation of fuzzy logic, and the optimization of TMD parameters, time-history analyses were conducted using seven near-field ground motion records.
Results: 3D modeling of the Golden Gate Bridge, incorporating a tuned mass damper at the mid-span, demonstrated that across all seismic records, the displacement of the bridge equipped with the damper was lower than that of the bridge without it. Furthermore, the seismic response under earthquake excitation differed between fuzzy control strategies A and B, indicating that the fuzzy control function is input-dependent.
Conclusion: The results demonstrate the high effectiveness of the Type-2 fuzzy control system (System B) in controlling seismic displacements. Based on displacement response control, System B (Type-2) outperformed System A (Type-1) by approximately 15 percent. Furthermore, seismic displacements and residual displacements of the Golden Gate Bridge under Type-2 fuzzy control (System B) were about fifty percent lower than those observed without any control system.

کلیدواژه‌ها English

Tuned Mass Damper

Fuzzy Logic

Fuzzy Control

Suspension Bridge

Golden Gate Bridge

[1] Soltani, H., Nouri, G., and Hosseini Lavasani, H. (2025), "Buffeting-Induced Fatigue in Suspension Bridges: Time-Domain Analysis with AI Techniques", International Journal of Fatigue, 203, pp.109280.

[2] Hosseini Lavasani, H., and Homami, P. (2025), "Seismic Control of High-Rise Buildings by Combining Fuzzy Logic and Higher-Order Fractional-Order Controllers Using an Optimized MR+TMD", Journal of Structural Design and Construction Practice, 30(4), pp.04025098.

[3] Hosseini Lavasani, H., Doroudi, R., and Mousavi Gavgani, A. (2025), "Optimization of Semi-Active Tuned Mass Damper Inerter for Enhanced Vibration Control of Jacket Platforms Using Multi-Objective Optimization Due to Environmental Load", Structures, 78, pp.109305.

[4] Hosseini Lavassani, S.H., Alizadeh, H., and Doroudi, R. (2025), "Seismic Control of Tower-Pile System of Suspension Bridges Considering Soil-Structure Interaction under Near-Field Ground Motions", Structural Engineering International, 35(4), pp.707-722.

[5] Mousavi Gavgani, A., Hosseini Lavasani, H., and Bekdaş, G. (2025), "Control of Nonlinear Offshore Platforms Using Semi-Active Tuned Mass Damper Inerter under Combined Wave and Wind Loads", Applied Ocean Research, 154, pp.104428.

[6] Afshar, A., Nouri, G., and Hosseini Lavasani, H. (2024), "Feature Selection and Response Prediction on a Suspension Bridge Due to Wind Effect by Machine Learning", Structures, 71, pp.107945.

[7] Doroudi, R., Hosseini Lavasani, H., and Shahrouzi, M. (2024), "Damage Detection for Long-Span Bridges through Support Vector Machine, Wavelet Transform, and Multivariate Empirical Mode Decomposition", International Journal of Structural Engineering, 14(2), pp.164–185.

[8] Alizadeh, H., Lavasani, H.H., Gharehbaghi, V., Yang, T.T., and Farsangi, E.N. (2023), "Smart Control of Flutter of Suspension Bridges Using Optimized Passive Tuned Mass Damper", In Automation in Construction toward Resilience: Robotics, Smart Materials, and Intelligent Systems, CRC Press, pp.523-534.

[9] Hosseini Lavasani, H., Penelope, P., Kontoni, N., and Alizadeh, H. (2023), "Passive Control of Ultra-Span Twin-Box Girder Suspension Bridges under Vortex-Induced Vibration Using Tuned Mass Dampers: A Sensitivity Analysis", Buildings, 13(5), pp.1279.

[10] Mousavi Gavgani, A., and Hosseini Lavasani, H. (2024), "Vibration Mitigation of Offshore Structures Subjected to Wave and Wind Loads Using Optimum Semi-Active Tuned Mass Damper Inerter (TMDI)", Ocean Engineering, 297, pp.117110.

[11] Hosseini Lavasani, H., Alizadeh, H., and Gharehbaghi, V. (2022), "Flutter Control of Truss-Type Suspension Bridges with a Tuned Mass Damper Based on the Mass Polar Moment of Inertia’s Optimum Configuration", Engineering Structures, 268, pp.114774.

[12] Hosseini Lavasani, H., Ebadijalal, M., and Shahrouzi, M. (2022), "Interpretation of Simultaneously Optimized Fuzzy Controller and Active Tuned Mass Damper Parameters under Pulse-Type Ground Motions", Engineering Structures, 261, pp.114286.

[13] Alizadeh, H., and Hosseni Lavassani, S.H. (2021), "Flutter Control of Long Span Suspension Bridges in Time Domain using Optimized TMD", International Journal of Steel Structures, 21(2), pp.731-742.

[14] Lavasani, S.H.H., Alizadeh, H., Doroudi, R., and Homami, P. (2020), "Vibration Control of Suspension Bridge Due to Vertical Ground Motions" Advances in Structural Engineering, 23(12), pp.2626-2641.

[15] Takin, K., Doroudi, R., and Doroudi, S. (2021), "Vibration Control of Structure by Optimizing the Placement of Semi-Active Dampers and Fuzzy Logic Controllers" Australian Journal of Structural Engineering, 22(3), pp.222-235.

[16] Astaneh-Asl, A. (2017), "Preservation of Historical Bridges in USA: Golden Gate Bridge and the Albion River Bridge Cases", Preservation, 12, pp.15.

[17] Nakamura, Y., Der Kiureghian, A., and Liu, D. (1993), "Multiple Support Response Spectrum Analysis of the Golden Gate Bridge" Report No. UBC/EERC-93/05. Berkeley, CA: Earthquake Engineering Research Center, College of Engineering, University of California at Berkeley.

[18] American Society of Civil Engineers. (2023), Seismic evaluation and retrofit of existing buildings (ASCE/SEI 41-23). Reston, VA: American Society of Civil Engineers.

[19] Pacific Earthquake Engineering Research Center (PEER) (2026) PEER Ground Motion Database. University of California, Berkeley. Available at: PEER Ground Motion Database.

[20] American Society of Civil Engineers (2000), Prestandard and Commentary for the Seismic Rehabilitation of Buildings. FEMA 356. Prepared for the Federal Emergency Management Agency. Washington, DC: Federal Emergency Management Agency.

[21] Standard 2800 (2015), "Iranian Code of Practice for Seismic Resistant Design of Buildings (4th edition)", Road, Housing and Urban Development Research Center. (in Persian)