Etedali, Sadegh;Tavakoli, Saeed;Sohrabi, Mohammad Reza
Earthquakes and Structures
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제10권5호
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pp.1067-1087
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2016
In this paper, a decoupled proportional-integral-derivative (PID) control approach for seismic control of smart structures is presented. First, the state space equation of a structure is transformed into modal coordinates and parameters of the modal PID control are separately designed in a reduced modal space. Then, the feedback gain matrix of the controller is obtained based on the contribution of modal responses to the structural responses. The performance of the controller is investigated to adjust control force of piezoelectric friction dampers (PFDs) in a benchmark base isolated building. In order to tune the modal feedback gain of the controller, a suitable trade-off among the conflicting objectives, i.e., the reduction of maximum modal base displacement and the maximum modal floor acceleration of the smart base isolated structure, as well as the maximum modal control force, is created using a multi-objective cuckoo search (MOCS) algorithm. In terms of reduction of maximum base displacement and story acceleration, numerical simulations show that the proposed method performs better than other reported controllers in the literature. Moreover, simulation results show that the PFDs are able to efficiently dissipate the input excitation energy and reduce the damage energy of the structure. Overall, the proposed control strategy provides a simple strategy to tune the control forces and reduces the number of sensors of the control system to the number of controlled stories.
The potential of using the roof water tanks as a mitigation measure to minimize the required separation gap and induced pounding forces due to collisions is investigated. The investigation is carried out using nonlinear dynamic analysis for two adjacent 3-story buildings with different dynamic characteristics under two real earthquake motions. For such analysis, nonlinear viscoelastic model is used to simulate forces due to impact. The sloshing force due to water movement is modelled in terms of width of the water tank and the instantaneous wave heights at the end wall. The effect of roof water tanks on the story's responses, separation gap, and magnitude and number of induced pounding forces are investigated. The influence of structural stiffness and storey mass are investigated as well. It is found that pounding causes instantaneous acceleration pulses in the colliding buildings, but the existence of roof water tanks eliminates such acceleration pulses. At the same time the water tanks effectively reduce the number of collisions as well as the magnitude of the induced impact forces. Moreover, buildings without constructed water tanks require wider separation gap to prevent pounding as compared to those with water tanks attached to top floor under seismic excitations.
Tiong, Patrick L.Y.;Adnan, Azlan;Rahman, Ahmad B.A.;Mirasa, Abdul K.
Earthquakes and Structures
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제7권6호
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pp.1141-1169
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2014
This study is aimed to investigate the seismic performance of low-rise precast wall system with base isolation. Three types of High Damping Rubber Bearing (HDRB) were designed to provide effective isolation period of 2.5 s for three different kinds of structure in terms of vertical loading. The real size HDRB was manufactured and tested to obtain the characteristic stiffness as well as damping ratio. In the vertical stiffness test, it was revealed that the HDRB was not an ideal selection to be used in isolating lightweight structure. Time history analysis using 33 real earthquake records classified with respective peak ground acceleration-to-velocity (a/v) ratio was performed for the remaining two types of HDRB with relatively higher vertical loading. HDRB was observed to show significant reduction in terms of base shear and floor acceleration demand in ground excitations having a/v ratio above $0.5g/ms^{-1}$, very much lower than the current classification of $0.8g/ms^{-1}$. In addition, this study also revealed that increasing the damping ratio of base isolation system did not guarantee better seismic performance particularly in isolation of lightweight structure or when the ground excitation was having lower a/v ratio.
화재방호계통 스프링클러 시스템의 경우 지진 발생 시 그리고 지진 발생 후에 유도되는 화재로부터 건물과 인명을 보호하고 에너지를 공급을 위한 필수 요소라 할 수 있다. 본연구의 주목적은 양방향 (x, y) 그리고 3축(x, y, z)방향의 지진의 영향을 받는 저층 건물에 설치된 복층구조 스프링클러 파이프라인의 거동과 내진성능을 평가 하고자 함이다. 결과적으로 건물의 비구조 요소인 스프링클러 파이프라인의 경우 각 층별로 다른 거동을 보이고 있으며, 또한 수직 방향의 지진의 경우 수평방향의 지진보다 파이프라인에 미치는 영향은 미미하다고 볼 수 있다.
This paper presents the damage assessment of a building structure by using a novel optical fiber accelerometer system. Especially, a sub-scaled building model is designed and manufactured to check up the feasibility of the optical fiber accelerometer for structural health monitoring. The novel accelerometer exploits the moir$\acute{e}$ fringe optical phenomenon and two pairs of optical fibers to measure the displacement with a high accuracy, and furthermore a pendulum to convert the displacement into acceleration. A prototype of optical fiber accelerometer system has been successfully developed that consists of a sensor head, a control unit and a signal processing unit. The building model is also designed as a 4-story building with a rectangular shape of $200{\times}300$ mm of edges. Each floor is connected to the next ones by 6 steel columns which are threaded rods. Basically, a random vibration test of the building model is done with a shaker and all of acceleration data is successfully measured at the assigned points by the optical fiber accelerometer. The experiments are repeated in the undamaged state and the damaged state. The comparison of dynamic parameters including the natural frequencies and the eigenvectors is successfully carried out. Finally, the optical fiber accelerometer is proven to be prospective to evaluate dynamic characteristics of a building structure for the damage assessment.
본 논문은 축소 3층 건물의 최상층에 능동질량형 제어장치를 설치한 시스템에 관한 식별실향분석이다. OKID기법을 적용하여 진동대 및 제어장치의 가진 입력과 건물 및 제어장치의 응답인 출력관계를 분석하여 수학모델을 구하였다. 제어장치가 설치된 건물에 관한 입력은 진동대에 의한 지반가속도와 제어장치 모터의 구동신호이다 그리고 출력은 건물 각층과 제어장치의 가속도이다. 입출력 관계로 구하여진 수학모델을 바탕으로 제어장치의 최적설계를 수행하였으며 수치해석과 실험결과를 비교한바 서로 일치함을 확인할 수 있었다.
In order to perform a soil-isolation-structure interaction analysis of seismically isolated nuclear power plant (NPP) structures, the nonlinear behavior of a seismic isolation system may be converted to an equivalent linear model used in frequency domain analysis. Seismic responses for seismically isolated NPP containment structures subjected to a simple artificial acceleration history and different site class earthquakes are evaluated for the equivalent-linear and nonlinear models that have been applied to lead-rubber bearing (LRB) modeling. It can be observed that the maximum displacements of the equivalent linear model are larger than that of the nonlinear model. From the floor response spectrum analysis for the top of NPP containment structures, it can be observed that the spectral acceleration of an equivalent linear model at about 0.5 Hz frequency is about 2~3 times larger than that of a nonlinear model.
In this paper, the ride comfort from a computer simulation was compared to the experimental result. For measuring ride comfort of a passenger car, acceleration data was obtained from the floor and seat during highway running with different speeds. The measured acceleration components were multiplied by the proper weighting functions, and then summed together to calculate overall ride values. Testing several passenger cars, the ride comforts were compared. In order to investigate the effect of vibration signals on the steering wheel, an apparatus to measure the vibrations and weighting functions on the steering wheel were designed. The effect of the steering accelerations on the ride comfort were investigated and added for the overall ride comfort. For the computer simulations, Korean dummy models were developed based on the Hybrid III dummy models. For the Korean dummy scaling, the national anthropometric survey of Korean people was used. In order to compare and check the validity of the developed Korean dummy models, dynamic responses were compared to those of Hybrid III dummy models. The computer simulation using the MADYMO software was also compared to the experimental results.
The dynamic characterization of a three-story auxiliary building in a nuclear power plant (NPP) constructed with a monolithic reinforced concrete shear wall is investigated in this study. The shear wall is subjected to a joint-research, round-robin analysis organized by the Korea Atomic Energy Research Institute, South Korea, to predict seismic responses of that auxiliary building in NPP through a shake table test. Five different intensity measures of the base excitation are applied to the shaking table test to get the acceleration responses from the different building locations for one horizontal direction (front-back). Simultaneously to understand the global damage scenario of the structure, a frequency search test is conducted after each excitation. The primary motivation of this study is to develop a nonlinear numerical model considering the multi-layered shell element and compare it with the test result to validate through the modal parameter identification and floor responses. In addition, the acceleration amplification factor is evaluated to judge the dynamic behavior of the shear wall with the existing standard, thus providing theoretical support for engineering practice.
Khosraviani, Mohammad Javad;Bahar, Omid;Ghasemi, Seyed Hooman
Structural Engineering and Mechanics
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제77권2호
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pp.151-165
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2021
This paper aims to present a novelty damage detection method to identify damage locations by the simultaneous use of both the energy and displacement damage indices. Using this novelty method, the damaged location and even the damaged floor are accurately detected. As a first method, a combination of the instantaneous frequency energy index (EDI) and the structural acceleration responses are used. To evaluate the first method and also present a rapid assessment method, the Displacement Damage Index (DDI), which consists of the error reliability (β) and Normal Probability Density Function (NPDF) indices, are introduced. The innovation of this method is the simultaneous use of displacement-acceleration responses during one process, which is more effective in the rapid evaluation of damage patterns with velocity vectors. In order to evaluate the effectiveness of the proposed method, various damage scenarios of the ASCE benchmark problem, and the effects of measurement noise were studied numerically. Extensive analyses show that the rapid proposed method is capable of accurately detecting the location of sparse damages through the building. Finally, the proposed method was validated by experimental studies of a six-story steel building structure with single and multiple damage cases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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