Karami-Mohammadi, Reza;Mirtaheri, Masoud;Salkhordeh, Mojtaba;Mosaffa, Erfan;Mahdavi, Golsa;Hariri-Ardebili, Mohammad Amin
Structural Engineering and Mechanics
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제72권6호
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pp.785-796
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2019
Power transmission substations are susceptible to potential damage under seismic excitations. Two of the major seismic failure modes in substation supplies are: the breakage of brittle insulator, and conductor end fittings. This paper presents efficient isolation strategies for seismically strengthening of a two-item set of equipment including capacitive voltage transformer (CVT) adjacent to a Lightning Arrester (LA). Two different strategies are proposed, Case A: implementation of base isolation at the base of the CVT, while the LA is kept fixed-base, and Case B: implementation of base isolation at the base of the LA, while the CVT is kept fixed-base. Both CVT and LA are connected to each other using a cable during the dynamic excitation. The probabilistic seismic behavior is measured by Incremental Dynamic Analysis (IDA), and a series of appropriate damage states are proposed. Finally, the fragility curves are derived for both the systems. It is found that Friction Pendulum System (FPS) isolator has the potential of decreasing flexural stresses caused by intense ground motions. The research has shown that when the FPS is placed under LA, i.e. Case B (as oppose to Case A), the efficiency of the system is improved in terms of reducing the forces and stresses at the bottom of the porcelain. Several parametric studies are also performed to determine the optimum physical properties of the FPS.
Previous earthquakes show that, structural safety evaluations should include the evaluation of nonstructural components. Failure of nonstructural components can affect the operational capacity of critical facilities, such as hospitals and fire stations, which can cause an increase in number of deaths. Additionally, failure of nonstructural components may result in economic, architectural, and historical losses of community. Accelerations and random vibrations must be under the predefined limitations in structures with high technological equipment, data centers in this case. Failure of server equipment and anchored server racks are investigated in this study. A probabilistic study is completed for a low-rise rigid sample structure. The structure is investigated in two versions, (i) conventional fixed-based structure and (ii) with a base isolation system. Seismic hazard assessment is completed for the selected site. Monte Carlo simulations are generated with selected parameters. Uncertainties in both structural parameters and mechanical properties of isolation system are included in simulations. Anchorage failure and vibration failures are investigated. Different methods to generate fragility curves are used. The site-specific annual hazard curve is used to generate risk curves for two different structures. A risk matrix is proposed for the design of data centers. Results show that base isolation systems reduce the failure probability significantly in higher floors. It was also understood that, base isolation systems are highly sensitive to earthquake characteristics rather than variability in structural and mechanical properties, in terms of accelerations. Another outcome is that code-provided anchorage failure limitations are more vulnerable than the random vibration failure limitations of server equipment.
본 논문에서는 비선형 지진격리교량의 최적 설계 방법을 제시하였다. 최적설계를 위한 목적함수로는 교각과 지진격리장치의 파괴확률을 고려하였으며, 상충하는 두 목적함수를 동시에 최적화하는 다수의 해를 효율적으로 검색하고자 유전자 알고리즘에 기반한 다목적 최적화기법을 도입하였다. 또한, 최적화 과정에서 요구되는 다수의 비선형 시간이력해석을 수행하지 않고도 교량의 확률적 응답을 효율적으로 예측할 수 있는 추계학적 선형화 방법을 접목하였다. 제시하는 방법의 효율성을 검증하기 위한 수치 예로서 실제 교량인 남한강교를 고려하였고, 제안하는 방법과 기존 비선형 시간이력해석을 이용한 생애주기비용 기반 설계법을 각각 적용하여 내진성능을 비교하였다. 내진성능을 비교한 결과, 제시하는 방법이 기존의 비용에 기반한 최적설계보다 우수한 성능 및 경제성을 보임을 검증하였다. 또한, 다양한 지진하중에 대해서도 제안된 방법이 보다 개선된 성능을 보임을 확인하였다.
According to the characteristics of continuous beam bridges, the relative displacement is too large to collision or even girder falling under earthquakes. A device named Cable-sliding Modular Expansion Joints(CMEJs) that can control the relative displacement and avoid collision under different ground motions is proposed. Working principle and mechanical model is described. This paper design the CMEJs, establish the restoring force model, verify the force model of this device by the pseudo-static tests, and describe and analyze results of the tests, and then based on a triple continuous beam bridge that has different heights of piers, a 3D model with or without CMEJs were established under Conventional System (CS) and Seismic Isolation System (SIS). The results show that this device can control the relative displacement and avoid collisions. The combination of isolation technology and CMEJs can be more effective to achieve both functions, but it need to take measures to prevent girder falling due to the displacement between pier and beam under large earthquakes.
Active vibration isolation systems need the following performance specifications which are different from those of existing positioning systems: usage of seismic sensors, strict suppression of phase lead/lag in signal processing for sensors and actuators, excellent control in low frequency range and so on. In consideration of such specifications, a 3-DOF precision stage for vibration isolation is designed and modeled based on the physical characteristics. Then the major parameters such as spring constants and damping coefficients are valued by the system identification method using empirical transfer function. Finite element analysis is used as a verification and simulation tool throughout this research. This paper lays the foundation for the future research on the control of the active vibration isolation system.
This paper presents the LRB-based hybrid base isolation systems employing additional active/semiactive control devices for seismic protection of cable-stayed bridges by examining the ASCE first generation benchmark problem for a cable-stayed bridge. In this study, ideal hydraulic actuators (HAs) and ideal magnetorheological dampers (MRDs) are considered as additional active and semiactive control devices, respectively. Numerical simulation results show that all the hybrid base isolation systems are effective in reducing the structural responses of the benchmark cable-stayed bridge under the historical earthquakes considered. The simulation results also demonstrate that the hybrid base isolation system employing semiactive MRBs is robust to the stiffness uncertainty of the structure, while the hybrid system with active HAs is not. Therefore, the LRB-based hybrid base isolation system employing MRDs could be more appropriate in real applications for full-scale civil infrastructures.
The earthquake-resistant structural systems have to ensure the sufficient stiffness and ductility for the stability. For those purposes, recently, the performance design concept to increase the degree of absorbed energy level of structures has been proposed. One practical way of the performance design in the spatial structures is to apply the isolation system to boundary parts of roof system and sub-structure to obtain the target performance. So, it is necessary to examine the characteristics of dynamic behavior of spatial structures governed by higher modes rather than lower modes different from the cases of high rise buildings. The objectives of this paper are to develop the equivalent model to simplify the analytical processes and to investigate the dynamic behavior of roof system according to the mass and the stiffness of sub-structures as a fundamental study of performance design for the spatial structures.
본 연구에서는 최상층면진시스템을 적용한 고층건물의 진동제어 가능성을 검토하여 보았다. 이를 위하여 20층 및 50층 건물을 예제구조물로 선택하였고 El Centro 남북방향 성분을 지진하중으로 사용하여 수치해석을 수행하였다. 그리고 인공풍하중을 사용하여 풍하중에 대한 예제구조물의 사용성을 검토하였다. 면진되는 상부층의 수를 변화시켜가면서 구조물의 응답을 평가함으로써 최적의 면진질량에 대해서 검토하였다. 또한 상부층면진시스템의 고유진동주기 변화에 따른 진동제어성능의 변화를 고정기초구조물과 비교하여 검토하였다. 해석결과 최상층면진시스템은 동조질량감쇠기로서 활용될 수 있으며 풍하중 및 지진하중에 대한 고층건물의 동적응답을 효과적으로 저감시킬 수 있었다.
Multiple level performance of seismically isolated elevated storage tank isolated with multi-phase friction pendulum bearing is investigated under totally 60 records developed for multiple level seismic hazard analysis (SLE, DBE and MCE). Mathematical formulations involving complex time history analysis have been proposed for analysis of typical storage tank by multi-phase friction pendulum bearing. Multi-phase friction pendulum bearing represent a new generation of adaptive friction isolation system to control super-structure demand in different hazard levels. This isolator incorporates four concave surfaces and three independent pendulum mechanisms. Pendulum stages can be set to address specific response criteria for moderate, severe and very severe events. The advantages of a Triple Pendulum Bearing for seismic isolation of elevated storage tanks are explored. To study seismic performance of isolated elevated storage tank with multi-phase friction pendulum, analytical simulations were performed with different friction coefficients, pendulum radii and slider displacement capacities.
In these days, The base isolation system is often used to improve the seismic capacity of the structures instead of conventional techniques of strengthening the structural members. The purpose of this study is to evaluate dynamic property evaluation of control equipment using lead Lead Rubber Bearing. In this study, a base isolation test of seismic monitoring control cabinet with LRB(lead rubber bearing) was performed. The cabinet will be installed on access floor in MCR(main control room) of nuclear power plant. Details and dynamic characteristics of the access floor were considered in the construction of testing specimen. N-S component of El Centre earthquake was used as seismic input motion. Acceleration response spectrums in the top of cabinets showed that the first mode frequency of cabinet with LRB(lead rubber bearing) was shifted to 7.5 Hz in compared with 18Hz of cabinet without LRB and the maximum peak acceleration was reduced in a degree of22 percent from 2.35 g to 1.84 g
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[게시일 2004년 10월 1일]
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