In this study, the performances of a passive tuned mass damper (TMD) and a semi-active TMD (STMD) were evaluated in terms of seismic response control of elastic and inelastic structures under seismic loads. First, elastic displacement spectra were obtained for damped structures with a passive TMD and with a STMD proposed in this study. The displacement spectra confirmed that the STMD provided much better control performance than passive TMD and the STMD had less stroke requirement. Also, the robustness of the TMD was evaluated by off-tuning the frequency of the TMD to that of the structure. Finally, numerical analyses were conducted for an inelastic structure of hysteresis described by the Bouc-Wen model. The results indicated that the performance of the passive TMD whose design parameters were optimized for an elastic structure considerably deteriorated when the hysteretic portion of the structural responses increased, and that the STMD showed about 15-40% more response reduction than the TMD.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.17
no.4
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pp.123-132
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2017
A smart tuned mass damper (TMD) was developed to provide better control performance than a passive TMD for reduction of earthquake induced-responses. Because a passive TMD was developed decades ago, optimal design methods for structural parameters of a TMD, such as damping constant and stiffness, have been developed already. However, studies of optimal design method for structural parameters of a smart TMD were little performed to date. Therefore, parameter studies of structural properties of a smart TMD were conducted in this paper to develop optimal design method of a smart TMD under seismic excitation. A retractable-roof spatial structure was used as an example structure. Because dynamic characteristics of a retractable-roof spatial structure is changed based on opened or closed roof condition, control performance of smart TMD under off-tuning was investigated. Because mass ratio of TMD and smart TMD mainly affect control performance, variation of control performance due to mass ratio was investigated. Parameter studies of structural properties of a smart TMD was performed to find optimal damping constant and stiffness and it was compared with the results of optimal passive TMD design method. The design process developed in this study is expected to be used for preliminary design of a smart TMD for a retractable-roof spatial structure.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.11
no.2
s.54
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pp.47-56
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2007
In this study, tile performance of a passive tuned mass damper (TMD) and a semi-active tuned mass damper (STMD) was evaluated in terms of seismic response control of elastic and inelastic structures under seismic loads. First, elastic displacement spectra were obtained for the damped structures with a passive TMD, which was optimally designed using the frequency and damping ratio presented by previous study, and with a STMD proposed in this study. The displacement spectra confirm that STMD provides much better control performance than passive md with less stroke. Also, the robustness or the TMD was evaluated by off-tuning the frequency of the TMD to that of the structure. Finally, numerical analyses were conducted for an inelastic structure of which hysteresis was described by Bouc-Wen model and the results indicated that the performance of the passive TMD of which design parameters were optimized for a elastic structure considerably deteriorated when the hysteretic portion or the structural responses increased, while the STMD showed about 15-40% more response reduction than the TMD.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2007.04a
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pp.607-612
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2007
A conventional passive TMD is only effective when it is tuned properly. In many practical applications, inevitable off-tuning of a TMD occurs because the mass in a building floor could change by moving furnishings, people gathering, etc. When TMDs are off tuned, TMDs their effectiveness is sharply reduced. This paper discusses the application of MR-TMD, semi-active damper, for the reduction of floor vibrations due to machine and human movements. Here, the groundhook and skyhook algorithm are applied to a single degree of freedom system representative of building floors. And displacement and velocity base control method are applied to reduce t100r vibration. The performance of the STMD is compared to that of the equivalent passive TMD. Comparison of the results demonstrates the efficiency and robustness of STMD with respect to equivalent TMD.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.17
no.3
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pp.107-115
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2017
In this paper, a structural design method of a smart tuned mass damper (TMD) for a retractable-roof spatial structure under earthquake excitation was proposed. For this purpose, a retractable-roof spatial structure was simplified to a single degree of freedom (SDOF) model. Dynamic characteristics of a retractable-roof spatial structure is changed based on opened or closed roof condition. This condition was considered in the numerical simulation. A magnetorheological (MR) damper was used to compose a smart TMD and a displacement based ground-hook control algorithm was used to control the smart TMD. The control effectiveness of a smart TMD under harmonic and earthquake excitation were evaluated in comparison with a conventional passive TMD. The vibration control robustness of a smart TMD and a passive TMD were compared along with the variation of natural period of a simplified structure. Dynamic responses of a smart TMD and passive TMD under resonant harmonic excitation and earthquake load were compared by varying mass ratio of TMD to total mass of the simplified structure. The design procedure proposed in this study is expected to be used for preliminary design of a smart TMD for a retractable-roof spatial structure.
Lalonde, Eric R.;Dai, Kaoshan;Bitsuamlak, Girma;Lu, Wensheng;Zhao, Zhi
Wind and Structures
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v.30
no.6
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pp.663-678
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2020
Robust semi-active vibration control of wind turbines using tuned mass dampers (TMDs) is a promising technique. This study investigates a 1.5 megawatt wind turbine controlled by eight different types of tuned mass damper systems of equal mass: a passive TMD, a semi-active varying-spring TMD, a semi-active varying-damper TMD, a semi-active varying-damper-and-spring TMD, as well as these four damper systems paired with an additional smaller passive TMD near the mid-point of the tower. The mechanism and controllers for each of these TMD systems are explained, such as employing magnetorheological dampers for the varying-damper TMD cases. The turbine is modelled as a lumped-mass 3D finite element model. The uncontrolled and controlled turbines are subjected to loading and operational cases including service wind loads on operational turbines, seismic loading with service wind on operational turbines, and high-intensity storm wind loads on parked turbines. The displacement and acceleration responses of the tower at the first and second mode shape maxima were used as the performance indicators. Ultimately, it was found that while all the semi-active TMD systems outperformed the passive systems, it was the semi-active varying-damper-and-spring system that was found to be the most effective overall - capable of controlling vibrations about as effectively with only half the mass as a passive TMD. It was also shown that by reducing the mass of the TMD and adding a second smaller TMD below, the vibrations near the mid-point could be greatly reduced at the cost of slightly increased vibrations at the tower top.
To control vertical and lateral compound vibration simultaneously using an integrated smart controller, passive tuned mass damper (TMD) and tuned liquid damper (TLD) are updated and combined to an adaptive-passive TMD-TLD (AP-TMD-TLD) system. As for the vertical AP-TMD part on top of the vertical spring, it can retune itself through varying the level of liquid in the tank to adjust its mass, while the lateral AP-TLD part at the bottom of the vertical spring can retune itself by changing the level of liquid. Further, for multimodal response control, the multiple AP-TMD-TLD (MAP-TMD-TLD) system is proposed as well. Each AP-TMD-TLD in the system can identify the structural vertical and lateral modal frequencies through the wavelet-transform (WT) based algorithm and retune its vertical and lateral natural frequencies both through adjusting the level of liquid in the AP-TMD and AP-TLD parts respectively. A cantilever cable-stayed landscape bridge which is sensitive to both human-induced and wind-induced vibrations is presented as a case study. For comparison, initial parameters of MAP-TMD-TLD are mistuned. Results show that the presented system can retune its vertical and lateral frequencies precisely, while the retuned system has a better bi-directional compound control effect than the mistuned system before the retuning operation and can improve the serviceability significantly.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.10
no.1
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pp.103-110
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2010
In this study, the possibility of seismic response control of semi-active tuned mass damper (TMD) for spatial structures has been investigated. To this end, an arch structure was used as an example structure because it has primary characteristics of spatial structures and it is a comparatively simple structure. A TMD and semi-active TMD were applied to the example arch structure and the seismic control performance of them were evaluated based on the numerical simulation. In order to regulate the damping force of the semi-active TMD, groundhook control algorithm, which is widely used for semi-active control, was used. El Centro (1940) and Northridge (1994) earthquakes and harmonic ground motion were used for performance evaluation of passive TMD and semi-active TMD. Based on the analytical results, the passive TMD could effectively reduce the seismic responses of the arch structure and it has been shown that the semi-active TMD more effectively decreased the dynamic responses of the arch structure compared to the passive TMD with respect to all the excitations used in this study.
Weber, Felix;Yalniz, Fatih;Kerner, Deniz;Huber, Peter
International Journal of High-Rise Buildings
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v.10
no.2
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pp.99-107
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2021
This research investigates the potential of Adaptive TMDs for tall building damping. The Adaptive TMD under consideration is based on real-time controlled hydraulic dampers generating purely dissipative control forces. The control approach is designed to enhance the Adaptive TMD efficiency for moderate wind loads with return periods below 50 years. The resulting enhanced TMD efficiency is used to reduce the pendulum mass by 15% compared to the passive TMD while still guaranteeing the acceleration limits of the one and ten year return period winds. Furthermore, the adaptive control approach is designed to disproportionally increase the controlled damping force at wind loads with return periods of 50 years and more in order to reduce the maximum relative motion of the Adaptive TMD with only 85% pendulum mass. Compared to the passive TMD with 100% pendulum mass the maximum relative motion is reduced by 20%. Both the pendulum mass reduction and the maximum relative motion reduction significantly reduce the foot print of the Adaptive TMD which is highly desirable from the economic point of view.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.12
no.1
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pp.99-108
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2012
Vibration control devices are classified into passive, semi-active and active device. TMD(Tuned Mass Damper) is one of the passive control device that is mainly used to reduce vibration level of building structure and bridge structure. In this study, the application of passive tuned mass damper(TMD) to seismic response control of dome structures has been investigated. Because star dome structure has primary characteristics of dome structures, star dome structure was used as an example dome structure that is subjected to horizontal or vertical seismic loads. From this numerical analysis, it is shown that seismic response are influenced by vibration modes and it is reasonable to install TMD to the dominant points of each mode. And it is found that the passive TMD could effectively reduce the seismic responses of dome structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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