Friction isolators are one of the most important types of bearings used to mitigate damages of earthquakes. The adaptive behavior of these isolators allows them to achieve multiple levels of performances and predictable seismic behavior during different earthquake hazard levels. There are three main types of friction isolators. The first generation with one sliding surface is known as Friction Pendulum System (FPS) isolators. The double concave friction pendulum (DCFP) with two sliding surfaces is an advanced form of FPS, and the third one, with fully adaptive behavior, is named as triple concave friction pendulum (TCFP). The current study has been conducted to investigate and compare seismic responses of these three types of isolators. The structure is idealized as a two-dimensional single degree of freedom (SDOF) resting on isolators. The coupled differential equations of motion are derived and solved using state space formulation. Seismic responses of isolated structures using each one of these isolators are investigated under seven near fault earthquake motions. The peak values of bearing displacement and base shear are studied employing the variation of essential parameters such as superstructure period, effective isolation period and effective damping of isolator. The results demonstrate a more efficient seismic behavior of TCFP isolator comparing to the other types of isolators. This efficiency depends on the selected effective isolation period as well as effective isolation damping. The investigation shows that increasing the effective isolation period or decreasing the effective isolation damping improves the seismic behavior of TCFP compared to the other isolators. The maximum difference in seismic responses, the base shear and the bearing displacement, for the TCFP isolator are calculated 26.8 and 13.4 percent less than the DCFP and FPS in effective isolation damping equal to10%, respectively.
Smart base isolation systems developed for structures in high seismic regions cannot be directly applied to structures in regions of low-to-moderate seismicity, such as Korea. Therefore, the problems that occur by applying the smart base isolation system for high seismic regions to the structures in regions of low-to-moderate seismicity have been investigated in this study. To this end, a five-story building is used as an example, and an MR damper and low damping elastomeric bearings were used to compose a smart base isolation system. Artificial earthquakes are simulated for ground motions in regions of high and low-to-moderate seismicity. Based on numerical simulation results, the MR damper capacity that can provide good control is quite different among regions of high and low-to-moderate seismicity. Moreover, it is noted that the properties of a smart base isolation system for the regions of low-to-moderate seismicity should be carefully designed because the base isolation effects of the smart base isolation system for high seismic regions deteriorate when it is applied to the structures in regions of low-to-moderate seismicity.
The current paper investigates the effect of the seismic pounding of neighboring buildings on the response of structures isolated by Triple Friction Pendulum Bearing (TFPB). To this end, a symmetric three-dimensional single story building is modeled for analysis with two specified levels of top deck and base deck, to capture the seismic response of the base isolators and building's roof. Linear elastic springs with different level of gaps are employed to calculate the impact between the buildings. Nonlinear Dynamic Time History Analyses (NDTHA) are conducted for seismic evaluation. Also, five different sizes with four different sets of friction coefficients are assumed for base isolators to cover a whole range of base isolation systems with various geometry configurations and fundamental period. The results are investigated in terms of base shear, buildings' drift and top deck acceleration of the superstructure. The results also indicate the profound effect of the stiffness of the adjacent buildings on the value of the impact they impose to the superstructure. Also, in situations of potential pounding, the increment of the fundamental period of the TFPB base isolator could intensify the impact force up to nearly five-fold.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2003.09a
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pp.505-512
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2003
As large structures such as highrise buildings and cable-stayed bridges become lighter and more flexible, the necessity of structural control for reducing excessive displacement and acceleration due to seismic excitation is increased. As a means to minimize seismic damages, various base isolation systems are adopted or considered for adoption. In this study, the seismic performance of M dampers are studied and compared with that of the NZ system as a base isolation system As the control algorithm of the MR damper, the clipped-optimal control(applied LQR method) is employed. A five-story building is modeled and the seismic performance of the two systems subjected to three different earthquakes is compared. The results show that the M damper system can provide superior protection than the NZ system for a wide range of ground motions.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2000.10a
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pp.167-175
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2000
Seismic analyses of structures can`t be performed without considering the effect of soil-structure interaction and seismic responses of a structure taking into account the stiffnesses of a foundation-soil system show a significant difference from those with a rigid base. However, current seismic analyses of apartment building structures were carried out assuming a rigid base and ignoring the characteristics of a foundation and the properties of the underlying soil. In this study, seismic analyses of apartment buildings of a particular wall-slab structural type were carried out comparing seismic response spectra of a flexible base with those of a rigid base and UBC-97. Wall-slab type low-rise or mid-height apartment buildings built on the deep soil layer showed a rigid body motion with the reduced seismic responses due to the base isolation effect, indicating that it is too safe but uneconomical to utilize the design spectra of UBC-97 for the seismic analysis of a wall-slab type apartment buildings due to the too conservative design.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.05a
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pp.700-703
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2004
The purpose of this study is to present the design methodology of base isolated buildings. To achieve the goal of this study, time-history analysis was performed with seismic performance level and recorded seismic data. From the analysis results of MDOF system, the maximum. displacement and base shear were evaluated as 25 cm and $4\%$ by the input level which is maximum velocity of 50 kine. By introducing hybrid isolation system, seismic energy can be concentrated consequently high seismic capacity of the total building is secured.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.5
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pp.107-115
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2014
In this study, we examined the seismic isolation effects due to the difference between the center of mass of the building and the center of stiffness of isolation layer. Because the base isolation technique is a technique that is highly dependent on the performance of seismic isolation devices installed on the seismic isolation layer, we have to examine the horizontal stiffness of seismic isolation devices after making them. If difference between the design stiffness and the actual stiffness of the seismic isolation device occurred, a big problem may be generated in the upper members on the seismic isolation layer. The analytical results show that the more eccentricity increases, the more maximum response acceleration, story shear and the member forces of the upper part of the structure increases, and the damage is expected to be in excess. Therefore, it is recommended that if possible, isolation devices have to be designed to coincide the center of mass of the building with the center of stiffness of isolation layer. If not after making isolation devices, they need to be relocated to prevent the eccentricity.
This paper illustrates an analytical investigation of the vibration parameters of buildings on sliding seismic isolation bearings with elastic limiters of the relative displacement. The installation scheme of sliding bearings and elastic limiters for the separate unit of a 4 storey hospital building with brick walls is designed. The analysis of the vibrations of the hospital building is conducted for harmonic base excitation.
Structural control through seismic isolation using elastomeric rubber bearing, which is also known as High Damping Rubber Bearing (HDRB), has seen an increase in use to provide protective from earthquake, especially for new buildings in earthquake zones. Besides, HDRB has also been used in structural rehabilitation of older yet significant buildings, such as museums and palaces. However, the present design approach applied in normal practice has often resulted in dissimilar HDRB dimension requirement between structural designers and bearing manufacturers mainly due to ineffective communication. Therefore, in order to ease the design process, most HDRB manufacturers have come up with catalogs that list all necessary and relevant product lines specifically for structural engineers to choose from. In fact, these catalogs contain physical dimension, compression property, shear characteristic, and most importantly, the total rubber thickness. Nonetheless, other complicated issues, such as the relationship between target isolation period and displacement demand (which determines the total rubber thickness), are omitted due to cul-de-sac fixing of these values in the catalogs. As such, this paper presents a formula, which is derived and extended from the present design approach, in order to offer a simple guideline for engineers to estimate the required HDRB size. This improved design formula successfully minimizes the discrepancies stumbled upon among structural designers, builders, and rubber bearing manufacturers in terms of variation order issue at the designing stage because manufacturer of isolator is always the last to be appointed in most projects.
Park, Young-Gee;Ha, Sung Hoon;Woo, Jae Kwan;Choi, Seung-Bok;Kim, Hyun
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2013.04a
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pp.401-406
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2013
This paper presents experimental evaluation of IRE (isolation roller bearing) seismic isolation device. From the combination of base isolation on the IRE system displacement response spectrum and acceleration response spectrum, the compressive strength and the coefficient of friction experiments. Also the IRE system is evaluated by environment test according to KS standards. Both the resonance and seismic experiments using a combination of the IRE and Natural Rubber Bearing (NRB) are performed in order to analyze the seismic isolation of the IRE system dynamic characteristics. For the given load and exciting frequency, the resonant frequency becomes lower, but the resonant magnification remains to be same. However, it is shown that when we consider the IRE only, the vibration on the table with the horizontal movement and the independent horizontal displacement due to the rolling motion of the plate and roller are significantly reduced. This result verifies that the proposed optimal design method of the IRE system is very effective.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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