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.21
no.2
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pp.95-103
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2017
In order to modeling seismic isolation system such as lead-rubber bearing (LRB), bilinear model is widely used by many researchers. In general, an actual force-displacement relationship for LRB has a smooth hysteretic shape. So, Bouc-Wen model with smooth hysteretic shape represents more accurately actual hysteretic shape than bilinear model. In this study, seismic responses for seismically isolated nuclear power plant (NPP) with LRB modelled by Bouc-Wen and bilinear models are compared with those of NPP without seismic isolation system. To evaluate effect of earthquake characteristics for seismic responses of NPP isolated by LRB, 5 different site class earthquakes distinguished by Geomatrix 3rd Letter Site Classification and artificially generated earthquakes corresponding to standard design spectrum by Reg. Guide 1.60 are used as input earthquakes. From the seismic response results of seismically isolated NPP, it can be observed that maximum displacements of seismic isolation modelled by Bouc-Wen model are larger than those by bilinear model. Seismic responses of NPP with LRB is significantly reduced than those without LRB. This reduction effect for seismic responses of NPP subjected to Site A (rock) earthquakes is larger than that to Site E (soft soil) earthquakes.
In this paper, the seismic analysis modeling technologies for sodium-cooled fast reactor (SFR) are presented with detailed descriptions for each structure, system and component (SSC) model. The complicated reactor system of pool type SFR, which is composed of the reactor vessel, internal structures, intermediate heat exchangers, primary pumps, core assemblies, and core support structures, is mathematically described with simple stick models which can represent fundamental frequencies of SSC. To do this, detailed finite element analyses were carried out to identify fundamental beam frequencies with consideration of fluid added mass effects caused by primary sodium coolant contained in the reactor vessel. The calculation of fluid added masses is performed by detailed finite element analyses using FAMD computer program and the results are discussed in terms of the ways to be considered in a seismic modeling. Based on the results of seismic time history analyses for both seismic isolation and non-isolation design, the functional requirements for relative deflections are discussed, and the design floor response spectra are proposed that can be used for subsystem seismic design.
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.
Performance of a prototype base isolated building located at Indian Institute of Technology, Guwahati (IITG) has been studied here. Two numbers of three storeyed single bay RCC framed prototype buildings were constructed for experimental purpose at IITG, one supported on conventional isolated footings and the other on a seismic isolation system, consisting of lead plug bearings. Force balance accelerometers and a 12 channel strong motion recorder have been used for recording building response during seismic events. Floor responses from these buildings show amplification for the conventional building while 60 to 70% reduction has been observed for the isolated building. Numerical models of both the buildings have been created in SAP2000 Nonlinear. Infill walls have been modeled as compression struts and have been incorporated into the 3D models using Gap elements. System identification of the recorded data has been carried out using Parametric State Space Modeling (N4SID) and the numerical models have been updated accordingly. The study demonstrates the effectiveness of base isolation systems in controlling seismic response of isolated buildings thereby leading to increased levels of seismic protection. The numerical models calibrated by relatively low level of earthquake shaking provides the starting point for modeling the non-linear response of the building when subjected to strong shaking.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.19
no.1
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pp.1-11
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2015
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.
Seismic isolation systems employ structural control that protect both buildings and vibration-sensitive contents from destructive effects of earthquakes. Structural control is divided into three main groups: passive, active, and semi-active. Among them, semi-active isolation systems, which can reduce floor displacements and accelerations concurrently, has gained importance in recent years since they don't require large power or pose stability problems like active ones. However, their seismic performance may vary depending on the variations that may be observed in the mechanical properties of semi-active devices and/or seismic isolators. Uncertainties relating to isolators can arise from variations in geometry, boundary conditions, material behavior, or temperature, or aging whereas those relating to semi-active control devices can be due to thermal changes, inefficiencies in calibrations, manufacturing errors, etc. For a more realistic evaluation of the seismic behavior of semi-active isolated buildings, such uncertainties must be taken into account. Here, the probabilistic behavior of semi-active isolated buildings under historical pulse-like near-fault earthquakes is evaluated in terms of their performance in preserving structural integrity and protecting vibration-sensitive contents considering aforementioned uncertainties via Monte-Carlo simulations of 3-story and 9-story semi-active isolated benchmark buildings. The results are presented in the form of fragility curves and probability of failure profiles.
Peng Liu;Xue Li;Yu Cheng;Xiaoyu Gao;Jinai Zhang;Yongbin Liu
International Journal of High-Rise Buildings
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v.12
no.3
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pp.251-262
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2023
In response to China's "Regulations on the Management of Earthquake Resistance of Building Constructions" on the provision of eight types of important buildings to maintain functional after fortified earthquakes occur, "Guidelines for Seismic Design of post-quake functional buildings (Draft for Review)" distinguishes Class I and Class II buildings, and gives the performance objectives and seismic verification requirements for design earthquakes and severe earthquakes respectively. In this paper, a hospital and a school building are selected as examples to design according to the requirements of fortification of Intensity 8 and 7 respectively. Two design strategies, the seismic isolation scheme and energy dissipation scheme, are considered which are evaluated through elastic-plastic dynamic time-history analysis to meet the requirement of post-quake functional buildings. The results show that the seismic isolation design can meet the requirements in the above cases, and the energy dissipation scheme is difficult to meet the requirements of the "Guidelines" on floor acceleration in some cases, for which the scheme shall be made valid through the seismic resilience assessment. The research in this paper can provide a reference for designers to choose schemes for post-quake functional buildings.
In this paper, the performance of under-foundation isolators against generally annoying train-induced vibrations was examined experimentally. The effect of foundation type on the efficacy of such isolators was investigated for the first time. To this end, laboratory models including a soil container, soil, building with three types of foundation (i.e., single, strip, and mat), and isolator layer were employed. Through various dynamic tests, the effects of foundation type, isolation frequency, and the dominant frequency of train load on the isolator's performance were studied. The results demonstrated that the vibration level in the unisolated building with the strip and mat foundation was, respectively, 29 and 38% lower than in the building with the single foundation. However, the efficacy of the isolator in the building with the single foundation was, respectively, 21 and 40% higher than in the building with the strip and mat foundation. Furthermore, a lower isolation frequency and a higher excitation frequency resulted in greater isolator efficacy. The best vibration suppression occurred when the excitation frequency was close to the floor's natural frequency.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.05a
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pp.505-508
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2004
단열완충재 제품간의 경량충원 저감성능 평가를 객관적이고 신속하게 판별하기 위하여 실험실용 시험장치를 개발하였다. EVA계열 및 EPPㆍEPS계열의 단열완충재들에 대한 경량충격원 시험에서 제품간의 성능비교가 가능하였으며, 동탄성계수 및 손실계수 측정과 병행함으로써 제품들간의 우열성을 보다 정밀하게 평가할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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