This paper deals with the damage assessment for isolators of base-isolated building systems considering the torsion-coupling (TC) effect by establishing damage indices. The damage indices can indicate the reduction in lateral stiffness of the isolator story as explicit formulas in terms of modal parameters. In addition, the damage location, expressed in terms of the estimated damage index and eccentricities before and after damage, is also presented. Numerical analysis shows that the proposed algorithms are applicable for general base-isolated multi-story TC buildings. A procedure from the analysis of seismic response to the implementation of damage indices is demonstrated by using a numerical case. A system identification technique is employed to extract modal parameters from seismic responses of a building. Results show that the proposed indices are capable of detecting the occurrence of damage and preliminarily estimating the location of damaged isolator.
The optimum damping and tuning frequency ratio of the tuned mass damper-inerter (TMDI) for the base-isolated structure is obtained using the numerical searching technique under stationary white-noise and filtered white-noise earthquake excitation. The minimization of the isolated structure's mean-square relative displacement and absolute acceleration, as well as the maximization of the energy dissipation index, were chosen as the criteria for optimality. Using a curve-fitting technique, explicit formulae for TMDI damping and tuning frequency for white-noise excitation are then derived. The proposed empirical expressions for TMDI parameters are found to have a negligible error, making them useful for the effective design of base-isolated structures. The effectiveness of TMDI and its optimum parameters are influenced by the soil condition and isolation frequency, according to the comparison made of the optimized parameters and response with different soil profiles. The effectiveness of an optimally designed TMDI in controlling the displacement and acceleration response of the flexible isolated structure under real and pulse-type earthquakes is also observed and found to be increased as the inertance mass ratio increases.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.9
no.4
s.44
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pp.55-66
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2005
The effectiveness of fuzzy supervisory control technique for the control of seismic responses of smart base isolation system is investigated in this study. To this end, first generation base isolated building benchmark problem is employed for the numerical simulation. The benchmark structure under consideration is an eight-story base isolated building having irregular plan and is equipped with low-damping elastometric bearings and magnetorheological (MR) dampers for seismic protection. Lower level fuzzy logic controllers (FLC) for far-fault or near-fault earthquakes are developed in order to effectively control base isolated building using multi-objective genetic algorithm. Four objectives, i.e. reduction of peak structural acceleration, peak base drift, RMS structural acceleration and RMS base drift, are used in multi-objective optimization process. When earthquakes are applied to benchmark building, each of low level FLCs provides different command voltage and supervisory fuzzy controller combines two command voltages io one based on fuzzy inference system in real time. Results from the numerical simulations demonstrate that base drift as well as superstructure responses can be effectively reduced using the proposed supervisory fuzzy control technique.
The scope of this study is the comparison between experimental results of tests performed on a base isolated building using helical wire rope isolators (WRs), and results of Nonlinear Response History Analyses (NRHAs) performed using SAP 2000, a commercial software for structural analysis. In the first stage of this research, WRs have been tested under shear deformation beyond their linear range of deformation, and analytical models have been derived to describe the nonlinear response of the bearings under different directions of loading. On the following stage, shaking table tests have been carried out on a 1/3 scale steel model isolated at the base by means of curved surface sliders (CSS) and WRs. The response of the structure under ground motion excitation has been compared to that obtained using numerical analyses in SAP 2000. The feasibility of modelling the nonlinear behavior of the tested isolation layer using multilinear link elements embedded in SAP 2000 is discussed in this paper, together with the advantages of using WRs as supplemental devices for CSSs base isolated structures.
As a practical and effective seismic resisting technology, the base isolation system has seen extensive applications in buildings and bridges. However, a few problems associated with conventional lead-rubber bearings have been identified after historical strong earthquakes, e.g., excessive permanent deformations of bearings and potential unseating of bridge decks. Recently the applications of shape memory alloys (SMA) have received growing interest in the area of seismic response mitigation. As a result, a variety of SMA-based base isolators have been developed. These novel isolators often lead to minimal permanent deformations due to the self-centering feature of SMA materials. However, a rational design approach is still missing because of the fact that conventional design method cannot be directly applied to these novel devices. In light of this limitation, a displacement-based design approach for highway bridges with SMA isolators is proposed in this paper. Nonlinear response spectra, derived from typical hysteretic models for SMA, are employed in the design procedure. SMA isolators and bridge piers are designed according to the prescribed performance objectives. A prototype reinforced concrete (RC) highway bridge is designed using the proposed design approach. Nonlinear dynamic analyses for different seismic intensity levels are carried out using a computer program called "OpenSees". The efficacy of the displacement-based design approach is validated by numerical simulations. Results indicate that a properly designed RC highway bridge with novel SMA isolators may achieve minor damage and minimal residual deformations under frequent and rare earthquakes. Nonlinear static analysis is also carried out to investigate the failure mechanism and the self-centering ability of the designed highway bridge.
Shape memory alloy (SMA)-based Superelasticity-assisted Slider (SSS) is proposed as an engineering solution to practically exploit the well-accepted advantages of both sliding isolation and SMA-based recentering. Self-centering capability in SSS is provided by austenitic SMA cables (or wire ropes), recently attracting a lot of interest and attention in earthquake engineering and seismic isolation. The cables are arranged in various novel and conventional configurations to make SSS versatile for aseismic design and retrofit of structures. All the configurations are detailed with thorough technical drawings. It is shown that SSS is applicable without the need for Isolation Units (IUs). IUs, at the same time, are devised for industrialized applications. The proof-of-concept study is carried out through the examination of mechanical behavior in all the alternative configurations. Force-displacement relations are determined. Isolation capabilities are predicted based on the decreases in seismic demands, estimated by the increases in effective periods and equivalent damping ratios. Restoring forces normalized relative to resisting forces are assessed as the criteria for self-centering capabilities. Lengths of SMA cables required in each configuration are calculated to assess the cost and practicality. Practical implementation is realized by setting up a small-scale IU. The effectiveness of SSS under seismic actions is evaluated using an innovative computer model and compared to those of well-known Isolation Systems (ISs) protecting a reference building. Comparisons show that SSS seems to be an effective IS and suitable for earthquake protection of both structural and non-structural elements. Further research aimed at additional validation of the system are outlined.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1997.04a
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pp.225-232
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1997
A study of effects of design parameters on the seismic responses of base isolated structure is performed to reduce the seismic responses using a linear tw0-degree of freedom system and a lumped-mass model of a nuclear power p;ant(NPP). From the simplified 2 DOF system the optimal isolation frequency being less than 1/10th of the fundamental frequency of superstructure is obtained, and the isolator damping minimizing the peak acceleration depends on superstructure frequency. From the time history analyses for lumped mass model of NPP the optimal damping is calculated as 40% in containment building and 65% in reactor internal structure. Similar results are obtained in 2 DOF system
This paper investigates the seismic response of a typical non-navigable continuous girder bridge isolated with friction sliding bearings of the Hong Kong-Zhuhai-Macao link projects in China. The effectiveness of the friction pendulum system (FPS) and accuracy of the numerical model were evaluated by a 1/20 scaled bridge model using shaking table tests. Based on the hysteretic properties of friction pendulum system (FPS), double concave friction pendulum (DCFP), and triple friction pendulum system (TFPS), seismic response analyses of isolated bridges with the three sliding-type bearings are systematically carried out considering soil-pile interaction under offshore soft clay conditions. The fast nonlinear analysis (FNA) method and response spectrum are employed to investigate the seismic response of isolated offshore bridge structures. The numerical results show that the implementation of the three sliding-type bearings effectively reduce the base shear and bending moment of the reinforced concrete pier, at the cost of increasing the absolute displacement of the bridge superstructure. Furthermore, the TFPS and DCFP bearings show better isolation effect than FPS bearing for the example continuous girder bridge.
Conventional lead-rubber bearings may be unstable in case of strong ground motions. To address this problem, this paper proposed a new concept of isolation device wherein shape memory alloy wires were incorporated in an elastomeric bearing. A three-span continuous steel bridge was used for seismic analyses to compare the performance of lead-rubber and proposed bearings. The proposed bearings showed almost the same performance as the lead-rubber bearings. In particular, the proposed bearings limited relative displacement effectively with strong ground motions and recovered its original undeformed shape.
In this paper, a new type of passive energy dissipating system similar to added damping and stiffness (ADAS) and triangular added damping and stiffness (TADAS) is proposed and implemented in the analytical model of a building with hybrid structural system in the structure's base which we call it; Telescopic column. The behavior and performance of a high rise R.C. structure equipped with this system is investigated and compared with conventional base isolation systems such as rubber isolator bearings and friction pendulum bearings. For this purpose a series of ground acceleration records of the San Fernando, Long Beach and Imperial Valley earthquakes are used as the disturbing ground motions in a series of numerical simulations. The nonlinear numerical modeling which includes both material and geometric nonlinearities were carried out by using SAP2000 program. Results show suitable behavior of structures equipped with telescopic columns in controlling the upper stories drifts and accelerations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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