In order to enhance the seismic performance of base-isolated structures on soft foundations, the hybrid system of base-isolated system (BIS) and shape memory alloy inerter (SMAI), referred to as BIS+SMAI, is for the first time here proposed. Considering the nonlinear hysteretic relationships of both the isolation layer and SMA, and soil-structure interaction (SSI), the equivalent linearized state space equation is established of the structure-BIS+SMAI system. The displacement variance based on the H2 norm is then formulated for the structure with BIS+SMAI. Employing the particle swarm optimization, the optimization design methodology of BIS+SMAI is presented in the frequency domain. The evolvement rules of BIS+SMAI in the effectiveness, robustness, SMA driving force, inertia force, stroke, and damping enhancement effect are revealed in the frequency domain through changing the inerter-mass ratio, structural height, aspect ratio, and relative stiffness ratio between the soil and structure. Meanwhile, the validation of BIS+SMAI is conducted using real earthquake records. Results demonstrate that BIS+SMAI can effectively reduce the isolation layer displacement. The inerter can significantly increase the hysteretic displacement of SMA and thus enhance its energy dissipation capacity, implying that BIS+SMAI has better effectiveness than BIS+SMA. Although BIS+SMAI and BIS+ tuned inerter damper (TID) have practically the same effectiveness, BIS+SMAI has the lower optimum damping, significantly smaller inertia force, and higher robustness to perturbations of the optimum parameters. Therefore, BIS+SMAI can be used as a more engineering realizable hybrid system for enhancing the performance of base-isolated structures in soft soil areas.
Seismic isolator system is one of the most widely used base isolation system in order to control the vibration of structure against earthquake excitation. The evaluation of vulcanization time in molding the rubber bearing is very important for both proper ability of isolator and efficiency of manufacture. This paper deals with experimental measurement of temperature of isolator with senor inside in it, and compared with the result of FEA in order to evaluate the vulcanization time. Properties of rubber bearing which is used in the FEA are obtained by controlling the specific heat of rubber. With the obtained properties of rubber, the isolator is analysed by FEA. As a result, an appropriate analytical vulcanization time is obtained. This time is regarded as an appropriate temperature, which is used to effective manufacture.
To prevent or limit the damage caused by earthquakes on existing buildings, several retrofitting techniques are possible. In this work, an ultra high performance concrete based on sand dune has been formulated for use in the reinforcement of a multifunctional tower in the city of Skikda in Algeria. Tests on the formulated ultra high performance concrete are performed to determine its characteristics. A nonlinear dynamic analysis, based on the "Pushover" method was conducted. The analysis allowed an optimization of the width of reinforced concrete walls used in seismic strengthening. Two types of concrete are studied, the ordinary concrete and the ultra high performance concrete. Both alternatives are compared with the reinforcement with carbon fibers and by base isolation retrofit design.
To investigate the seismic pounding response of long-span bridges with high-piers under strong ground motions, shaking table tests were performed on a 1/10-scaled bridge model consisting of three continuous spans with rigid frames and one simply-supported span. The seismic pounding responses of this bridge model under different earthquake excitations including the uniform excitation and the traveling wave excitations were experimentally studied. The influence of dampers to the seismic pounding effects at the expansion joints was analyzed through nonlinear dynamic analyses in this research. The seismic pounding effects obtained from numerical analyses of the bridge model are in favorable agreement with the experimental results. Seismic pounding effect of bridge superstructures is dependent on the structural dynamic properties of the adjacent spans and characteristics of ground motions. Moreover, supplemental damping can effectively mitigate pounding effects of the bridge superstructures, and reduce the base shear forces of the bridge piers.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.7
no.1
s.23
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pp.45-53
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2007
Recently, high-rise base isolated building structures with shear keys are often constructed in Japan which frequently occurs earthquakes. High-rise buildings are less damaged because those buildings have longer natural period than md or low rise buildings. The shear key is device that prevents the base isolators operating by the wind loads not by the earthquake loads. In case of big base shear force acts on the shear keys by earthquake, this device is broken and base isolator is operated. Therefore, seismic intensities play a role in acting on the shear keys. If wind loads are hither than the earthquake loads, the shear keys designed by wind loads are not operated in earthquakes. So, the requirements of shear keys in high-rise base isolated building structures must be examined in Korea with moderate seismic legions. In this study shear keys are applied with 5 and 15 stories base isolated building structures and investigated their dynamic responses to original and 1/2 scale downed El Centre NS(1940) ground motions. The results show that the yield shear forces of the shear keys affect significantly the dynamic behavior of base isolated building structures
The design of seismically isolated structures considering the stochastic nature of excitations, base isolators' design parameters, and superstructure properties requires robust reliability analysis methods to calculate the failure probability of the entire system. Here, by applying artificial neural networks, we proposed a robust technique to accelerate the estimation of failure probability of equipped isolated structures. A three-story isolated building with susceptible facilities is considered as the analytical model to evaluate our technique. First, we employed a sensitivity analysis method to identify the critical sources of uncertainty. Next, we calculated the probability of failure for a particular set of random variables, performing Monte Carlo simulations based on the dynamic nonlinear time-history analysis. Finally, using a set of designed neural networks as a surrogate model for the structural analysis, we assessed once again the probability of the failure. Comparing the obtained results demonstrates that the surrogate model can attain precise estimations of the probability of failure. Moreover, our proposed approach significantly increases the computational efficiency corresponding to the dynamic time-history analysis of the structure.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.30
no.2
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pp.95-102
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2017
The friction pendulum system(FPS) is a kind of seismic isolation devices for isolating structures from an earthquake. To analyze the effect of friction materials used in the friction pendulum system, fragility analysis of LNG tank with seismic isolation system was conducted. In this study, titanium dioxide($TiO_2$) nanoparticles were incorporated into polyvinylidene fluoride(PVDF) matrix to produce friction materials attached to the FPS. The base moment of the concrete outer tank and the acceleration of the structure were evaluated from different mixing ratios of constituents for the friction materials. The seismic fragility curves were developed based on two types of limit state. It is confirmed that evaluation of combined fragility curves with several limit states can be applied to select the optimum friction material satisfying the required performance of the FPS for various infrastructure.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.4A
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pp.303-309
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2011
Laminated rubber bearing is the most commonly used device for seismic base isolation of bridge structures. It is important to know performance and behavior characteristics of the laminated rubber bearings. The main evaluation factors of the rubber bearing are classified as compressive, shear and tensile behavior characteristics. The reference data of compressive and shear characteristics are rich, but the reference data of tensile characteristics is scarce. In this study, tensile test results of the rubber bearing with variation of shape factor and shear deformation are investigated for mechanical property. When tensile deformation in normal condition is increasing, tensile cycle behavior curve becomes non-linear and tensile breaking point is 300%. On the other hand, tensile breaking point is shear deformation condition is about 40%. Furthermore, when shape factor is lower, tensile breaking point is decrease. This results mean that tensile breaking point is decreased in triaxial tensile deformation because of cracks caused by internal void of the rubber bearings. This experimental data can be used as the reference data of tensile characteristics for designing seismic isolation of structures.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2002.09a
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pp.231-238
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2002
The AASHTO seismic base isolation design approach has been reviewed and modified to fit the nonlinear static analysis procedure for reinforced concrete structures in a simpler way. Such an adaptation may be possible for the fact that the reinforced concrete under development of damage due to earthquake loading keeps softening to result in period shifting toward longer side. The validity of the proposed approach was verified by applying it to the examples presented in the current state-of-the-practice approach.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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