This study shows a fuzzy tuning scheme to fuzzy sliding mode controller (FSMC) for seismic isolation of earthquake-excited structures. The sliding surface can rotate in the phase plane in such a direction that the seismic isolation can be improved. Since ideal sliding mode control requires very fast switch on the input, which can not be provided by real actuators, some modifications to the conventional sliding-mode controller have been proposed based on fuzzy logic. A superior control performance has been obtained with FSMC to deal with problems of uncertainty, imprecision and time delay. Furthermore, using the fuzzy moving sliding surface, the excellent system response is obtained if comparing with the conventional sliding mode controller (SMC), as well as reducing chattering effect. For simulation validation of the proposed seismic response control, 16-floor tall building has been considered. Simulations for six different seismic events, Elcentro (1940), Hyogoken (1995), Northridge (1994), Takochi-oki (1968), the east-west acceleration component of D$\ddot{u}$zce and Bolu records of 1999 D$\ddot{u}$zce-Bolu earthquake in Turkey, have been performed for assessing the effectiveness of the proposed control approach. Then, the simulations have been presented with figures and tables. As a result, the performance of the proposed controller has been quite remarkable, compared with that of conventional SMC.
Many piping systems installed in the power plant are directly related to the safety and operation of the plant. Various dampers have been applied to the piping system to reduce the damage caused by earthquakes. In order to reduce the vibration of the piping system, this study developed a steel coil damper (SCD) with a straightforward structure but excellent damping performance. SCD reduces the vibration of the objective structure by hysteretic damping. The new SCD damper can be applied to high-temperature environments since it consists of steel members. The paper introduces a design method for the elastoplastic coil spring, which is the critical element of SCD. The practical applicability of the design procedure was validated by comparing the nonlinear force-displacement curves calculated by design equations with the results obtained from nonlinear finite element analysis and repeated loading test. It was found that the designed SCD's have a damping ratio higher than 25%. In addition, this study performed a set of seismic tests using a shaking table with an existing piping system to verify the vibration control capacity on the piping system by SCD. Test results prove that the SCD can effectively control the displacement vibration of the piping system up to 80%.
Recently, sliding mode control(SMC) method has been investigated for control of building structures under earthquake loadings. SMC keeps responses of a structure in sliding surface while the structure is stable. This control method uses both linear controller and nonlinear controller such as bang-bang controller. This paper presents vibration control of a structure using saturated sliding mode controller, whose maximum conrtol force is limited. The effectiveness of SMC method with controler saturation is investigated based on two performance evaluation criteria: root mean square(RMS) and maximum values of floor drifts and accelerations. Simulation results indicate that SMC method is effective in reduction of displacement and acceleration utilizing the saturated controller's capacity efficiently.
This article is all about using the MR damper with an external lever system for mitigation torsional and transitional lateral displacements by using of PID control algorithm. The torsional modes are so destructive and can be varied during an earthquake therefore, using a semi-active control system mostly recommended for them. In this paper the corner lateral displacement of each floor obtains and then it equivalents in a solid member and it connects to an MR damper, which relies to a rigid structure to reduce the response. An MR damper is a semi-active control system, which can absorb a lot of energy by injecting current to it. This amount of current is very low and needs low power supply, but it increases the amount of damper force, rather than inactive systems like viscous dampers. This paper will show the appropriate algorithm for current injection into MR damper when the eccentricity of the load is changed by using of Bouc-Wen and Bingham's methods and illustrates the coincidence of them.
Dan, Maki;Ishizawa, Yuji;Tanaka, Sho;Nakahara, Shuchi;Wakayama, Shizuka;Kohiyama, Masayuki
Earthquakes and Structures
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제8권4호
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pp.889-913
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2015
Structural vibration characteristics of a semi-active base-isolated building were investigated using seismic observation records including those of the 2011 Great East Japan earthquake (Tohoku earthquake). Three different types of analyses were conducted. First, we investigated the long-term changes in the natural frequencies and damping factors by using an ARX model and confirmed that the natural frequency of the superstructure decreased slightly after the main shock of the Tohoku earthquake. Second, we investigated short-term changes in the natural frequencies and damping factors during the main shock by using the N4SID method and observed different transition characteristics between the first and second modes. In the second mode, in which the superstructure response is most significant, the natural frequency changed depending on the response amplitude. In addition, at the beginning of the ground motion, the identified first natural frequency was high possibly as a result of sliding friction. Third, we compared the natural frequencies and damping factors between the conditions of a properly functional semi-active control system and a nonfunctional system, by using the records of the aftershocks of the Tohoku earthquake. However, we could not detect major differences because the response was probably influenced by sliding friction, which had a more significant effect on damping characteristics than did the semi-active dampers.
Structural Control relies, with a great deal, on the ability of the control algorithm to identify the current state of the system, at any given point in time. When such algorithms are designed to perform in a smart manner, several smart technologies/devices are called upon to perform tasks that involve pattern recognition and control. Smart pattern recognition is proposed to replace/enhance traditional state identification techniques, which require the extensive manipulation of intricate mathematical equations. Smart pattern recognition techniques attempt to emulate the behavior of the human brain when performing abstract pattern identification. Since these techniques are largely heuristic in nature, it is reasonable to ensure their reliability under real life situations. In this paper, a neural network pattern recognition scheme is explored. The pattern identification of three structural systems is considered. The first is a single bay three-story frame. Both the second and the third models are variations on benchmark problems, previously published for control strategy evaluation purposes. A Neural Network was developed and trained to identify the deformed shape of structural systems under earthquake excitation. The network was trained, for each individual model system, then tested under the effect of a different set of earthquake records. The proposed smart pattern identification scheme is considered an integral component of a Smart Structural System. The Reliability assessment of such component represents an important stage in the evaluation of an overall reliability measure of Smart Structural Systems. Several studies are currently underway aiming at the identification of a reliability measure for such smart pattern recognition technique.
There are many types of seismic isolation devices that are being used today for structural control of earthquake response in buildings. The most commonly used are sliding bearings and elastomeric bearings, the latter with or without lead core. An alternative solution is the use of steel springs combined with viscoelastic fluid dampers, which is the case discussed in this paper. An analytical study of a three-story building supported on helical steel springs and viscoelastic fluid dampers, GERB Control System (GCS), subjected to near-fault earthquakes is presented. Several earthquakes records have been obtained by the acceleration network installed in the isolated building and in its non-isolated twin since they were finished. These experimental results are analysed and discussed. The aim is to show that the spring-based system can be an alternative for base isolation of small building located near active faults.
China is prone to earthquake disasters, and the higher seismic performance is required by many existing civil buildings. And seismic evaluation and retrofit are effective measures to mitigate seismic hazards. With the development of performance-based seismic design and diverse retrofit technology for buildings, advanced evaluation methods and retrofit strategies are in need. In this paper, we introduced the evolution of seismic performance objectives in China combined with performance-based seismic design. Accordingly, multi-phase evaluation methods and comprehensive seismic capacity assessment are introduced. For buildings with seismic deficiency or higher performance requirements, the retrofit technologies are categorized into three types: component strengthening, system optimization, and passive control. Both engineering property and social property for the retrofit methods are discussed. The traditional seismic retrofit methods usually are costly and disturbing, and for example in Beijing, seismic strengthening costs approx. 1000 RMB/m2 (for 160 USD/m2), for hospital building even more expensive as 5000 RMB/m2(for 790 USD/m2). So cost-efficient and little disturbance methods are promising techniques. In the end, some opinions about the retrofit strategy and schemes category are shared and wish to discuss the situation and future of seismic retrofit in China.
Multi-Axial Testing System (MATS) is a 6-DOF loading system located at National Center for Research on Earthquake Engineering (NCREE) in Taiwan for advanced seismic testing of structural components or sub-assemblages. MATS was designed and constructed for a large variety of structural testing, especially for the specimens that require to be subjected to vertical and longitudinal loading simultaneously, such as reinforced concrete columns and lead rubber bearings. Functionally, MATS consists of a high strength self-reacting frame, a rigid platen, and a large number of servo-hydraulic actuators. The high strength self-reacting frame is composed of two post-tensioned A-shape reinforced concrete frames interconnected by a steel-and-concrete composite cross beam and a reinforced concrete reacting base. The specimen can be anchored between the top cross beam and the bottom rigid platen within a 5-meter high and 3.25-meter wide clear space. In addition to the longitudinal horizontal actuators that can be installed for various configurations, a total number of 13 servo-hydraulic actuators are connected to the rigid platen. Degree-of-freedom control of the rigid platen can be achieved by driving these actuators commanded by a digital controller. The specification and information of MATS in detail are described in this paper, providing the users with a technical point of view on the design, application, and limitation of MATS. Finally, future potential application employing advanced experimental technology is also presented in this paper.
본 연구에서는 위의 어려움을 해결하기 위해, 스마트 수동제어 시스템을 제안하였다. 스마트 수동제어 시스템은 MR댐퍼와 EMI시스템으로 구성되며, EMI시스템은 영구자석과 솔레노이드 코일로 이루어진다. EMI시스템은 MR댐퍼의 왕복운동에너지를 전기에너지로 변환하므로, 스마트 수동제어 시스템은 외부 전원 없이 외부하중에 따라 댐퍼의 점성을 바꾸는 적응성을 갖는다. 따라서 간단하고 효율적인 장치로써, 대형토목구조물에 적용 가능하다. 이의 확인을 위해 예제를 통한 수치해석을 수행하였으며, 스마트 수동제어 시스템이 강진에 대해서는 기존의 반능동 제어 MR댐퍼 시스템 보다 우수한 성능을 보인다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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