A method is presented in this paper to analyze the dynamic response behavior of suspended building structures. The effect of semi-rigid connections that link suspended floors with their supporting structure on structural performance is investigated. The connections, like the restrains in non-structural suspended components, are designed as semi-rigid to avoid pounding and as energy dissipation components to reduce structural response. Parametric study is conducted to assess the dynamic characteristics of suspended building structures with varying connection stiffness and suspended mass ratios. Modal analysis is applied to identify the two distinct sets of vibration modes, pendulum and bearing, of a suspended building structure. The cumulative modal mass is discussed to ensure the accuracy in applying the method of response spectrum analysis by SRSS or CQC modal combination. Case studies indicate that a suspended building having semi-rigid connections and proper suspended mass ratios can avoid local pounding failure and reduce seismic response.
A new approach to conducting the vibration parameters identification algorithm is proposed. The approach employs the concept of modal amplitude ratio implemented in a mode shape estimation. The accuracy of the improved Ibrahim Time Domain identification algorithm in extracting structural modal parameters from free response functions has been studied using computer simulated data for 9 stations on the two-span continuous beam. Simulated responses from the lumped and distributed parameter system demonstrate that this algorithm produces excellent results, even in the 300% noise response.
The parameter modification of the initial FEM model to match it with the experimental results needs the modal information and the modal sensitivity matrix to the parameter change. There are two cases this methodology is ill-equip to deal with; the deficiency of the necessary modal information and the ill-conditioning of the sensitivity matrix. In this research, a novel concept of the feedback exciter that uses the summation of the white noise and the signals from the measurement sensors multiplied with feedback gains as the reference signal is proposed. There are 2 advantages using this external feedback excitation. First, we can use the change of the system response such as modal data by the active energy Path from the sensor to the exciter. This change of the system response can be additional clues to the system dynamics that we want to know. Secondly, the external energy Path alternates the offset of the Parameter change to the system response. That means the modal sensitivity of the parameters becomes different from the original sensitivities by the feedback excitation. Through the feedback loop, we can change the similar modal sensitivities of some updating parameters and consequently discriminate the parameters using the closed-loop modal data. To demonstrate the discrimination performance, the parameter estimation of an indeterminate structure by use of the feedback method is introduced.
Recently, identification of modal parameters using the response only data has attracted considerable attention particularly where the classic modal testing methods is difficult to conduct. One drawback of the response only data, also known as Operational Modal Analysis (OMA), is that only the unscaled mode shapes can be obtained which restricts the applications of OMA. The Mass change method is a usual way to scale the operational mode shapes. In this article a new method is proposed to optimize the additive mass for scaling of the unscaled mode shapes from OMA for which a priori knowledge of the Finite Element model of structure is required. It is shown that the total error of the scaled mode shapes is minimized using the proposed method. The method is validated using a numerical case study of a beam. Moreover, the experimental results of a clamped-clamped beam demonstrate the applicability of the method.
Fakhry, Mina F.;ElSayed, Mostafa M.;Mehanny, Sameh S.F.
Earthquakes and Structures
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제17권5호
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pp.477-487
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2019
Understanding the behavior of skew bridges under the action of earthquakes is quite challenging due to the combined transverse and longitudinal responses even under unidirectional hit. The main goal of this research is to assess the response of skew bridges when subjected to longitudinal and transversal earthquake loading. The effect of skew on the response considering two- and three- span bridges with skew angles varying from 0 to 60 degrees is illustrated. Various pier fixities (and hence stiffness) and cross-section shapes, as well as different abutment's bearing articulations, are also studied. Finite-element models are established for modal and seismic analyses. Around 900 models are analyzed under the action of the code design response spectrum. $Vis-{\grave{a}}-vis$ modal properties, the higher the skew angle, the less the fundamental period. In addition, it is found that bridges with skew angles less than 30 degrees can be treated as straight bridges for the purpose of calculating modal mass participation factors. Other monitored results are bearings' reactions at abutments, shear and torsion demand in piers, as well as deck longitudinal displacement. Unlike straight bridges, it has been typically noted that skew bridges experience non-negligible torsion and bi-directional pier base shears. In a complementary effort to assess the accuracy of the conducted response spectrum analysis, a series of time-history analyses are applied under seven actual earthquake records scaled to match the code design response spectrum and critical comparisons are performed.
In this study, a method predicting the displacement responseof structures from the measured dynamic strain signal is proposed by using a mode decomposition technique. Dynamic loadings including wind and seismic loadings could be exerted to the bridge. In order to examine the bridge stability against these dynamic loadings, the prediction of displacement response is very important to evaluate bridge stability. Because it may be not easy for the displacement response to be acquired directly on site, an indirect method to predict the displacement response is needed. Thus, as an alternative for predicting the displacement response indirectly, the conversion of the measured strain signal into the displacement response is suggested, while the measured strain signal can be obtained using fiber optic Bragg-grating (FBG) sensors. To overcome such a problem, a mode decomposition technique was used in this study. The measured strain signal is decomposed into each modal component by using the empirical mode decomposition(EMD) as one of mode decomposition techniques. Then, the decomposed strain signals on each modal component are transformed into the modal displacement components. And the corresponding mode shapes can be also estimated by using the proper orthogonal decomposition(POD) from the measured strain signal. Thus, total displacement response could be predicted from combining the modal displacement components.
In this article, a novel structural modal parameters identification methodology is developed to determine the natural frequencies and damping ratios of civil structures based on the symplectic geometry mode decomposition (SGMD) approach. The SGMD approach is a new decomposition algorithm that can decompose the complex response signals with better decomposition performance and robustness. The novel method firstly decomposes the measured structural vibration response signals into individual mode components using the SGMD approach. The natural excitation technique (NExT) method is then used to obtain the free vibration response of each individual mode component. Finally, modal natural frequencies and damping ratios are identified using the direct interpolating (DI) method and a curve fitting function. The effectiveness of the proposed method is demonstrated based on numerical simulation and field measurement. The structural modal parameters are identified utilizing the simulated non-stationary responses of a frame structure and the field measured non-stationary responses of a supertall building during a typhoon. The results demonstrate that the developed method can identify the natural frequencies and damping ratios of civil structures efficiently and accurately.
An experimental modal analysis is the process to identify structure's dynamic characteristics such as resonant frequencies, damping values and mode shapes. An experimental model was made of stainless steel in the shape of a circular cylindrical shell and installed on the test bed with jigs. For investigating vibrational characteristics of the continuous circular cylindrical shell with intermediate supports, modal testing is performed by using impact hammer, accelerometer and 8-channel FFT analyzer. The frequency response function(FRF) measurements are also made on the experimental model within the frequency range from 0 to 4kHz. Modal parameters are identified from resonant peaks in the FRF's and animated deformation patterns associated with each of the resonances are shown on a computer screen. The experimental results are compared with analytical and FEA results.
A new simple relation for the estimation of modal correlation coefficients is presented. It is obtained from the decomposition of covariances of modal responses into background and resonant contributions, as it is commonly done for the variances. Thanks to appropriate assumptions, the modal correlation coefficients are estimated as weighted sums of two limit values, corresponding to the background and resonant responses respectively. The weighting coefficients are expressed as functions of the background-to-resonant ratios, which makes the proposed formulation convenient and easily accessible. The simplicity of the mathematical formulation facilitates the physical interpretation. It is for example proved that modal correlation coefficients can be non negligable even in case of well separated natural frequencies, which is sometimes unclear in the litterature. The new relation is mainly efficient in case of large finite element models. It is applied and validated on a finite element buffeting analysis of the Viaduct of Millau, the highest bridge deck ever built so far.
Resonance of railroad bridge can be broken out when natural frequency of the bridge coincides with exciting frequency of moving forces. In order to avoid aforementioned unpleasant response of the structure, exact determination of dynamic structural properties is important to understand dynamic behavior of the structure under moving train loads. In the present paper, a 25 meters long full scale IPC girder and 15m Precom girder models were fabricated as a test specimen and modal testing was carried out to evaluate modal parameters including natural frequencies and modal damping ratios. In the modal testing, a digitally controlled vibration exciter as well as an impact hammer is applied to obtain frequency response functions more exactly and the modal parameters are evaluated varying with structural status.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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