Mirtaheri, Masoud;Samani, Hamid Rahmani;Zandi, Amir Peyman
Earthquakes and Structures
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제12권5호
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pp.479-487
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2017
Frictional dampers are used in structural engineering as means of passive control. Meanwhile, frictional damper shave a disadvantage compared to viscous rivals since the slippage force must be exceeded to activate the device, and cannot be ideal full range of possible events. The concept of semi-active control is utilized to overcome this shortcoming. In this paper, a new semi-active frictional damper called Smart Adjustable Frictional (SAF) damper is introduced. SAF damper consists of hydraulic, electronic units and sensors which are all linked with an active control discipline. SAF acts as a smart damper which can adapt its slippage threshold during a dynamic excitation by measuring and controlling the structural response. The novelty of this damper is, while it controls the response of the structure in real time with acceptable time delay. The paper also reports on the results of a series of experiments which have been performed on SAF dampers to obtain their prescribed hysteretic behavior for various control algorithms. The results show that SAF can produce the desired slippage load of various algorithms in real time. Numerical models incorporating control simulations are also made to obtain the hysteretic response of the system which agrees closely with test results.
Conventional braces are often used to provide stiffness to structures; however due to buckling they cannot be used as seismic energy dissipating elements. In this study, a seismic energy dissipation device is proposed which is comprised of a bracing member and a steel hysteretic damper made of steel hexagonal plates. The hexagonal shaped designated fuse causes formation of plastic hinges under axial deformation of the brace. The main advantages of this damper compared to conventional metallic dampers and buckling-restrained braces are the stable and controlled energy dissipation capability with ease of manufacture. The mechanical behavior of the damper is formulated first and a design procedure is provided. Next, the theoretical formulation and the efficiency of the damper are verified using finite element (FE) analyses. An analytical model of the damper is established and its efficiency is further investigated by applying it to seismic retrofit of a case study structure. The seismic performance of the structure is evaluated before and after retrofit in terms of maximum interstory drift ratio, top story displacement, residual displacement, and energy dissipation of dampers. Overall, the median of maximum interstory drift ratios is reduced from 3.8% to 1.6% and the residual displacement decreased in the x-direction which corresponds to the predominant mode shape of the structure. The analysis results show that the developed damper can provide cost-effective seismic protection of structures.
In this research, the efficiency of a metallic energy dissipation device for seismic retrofit of an existing structure is evaluated by cyclic loading test. The proposed device, which is called multi-slit damper, is made of weak and strong slit dampers connected in series. Its energy dissipation mechanism consists of two stages: (i) yielding of the weak-slit damper under minor earthquakes; (ii) restraint of further deformations of the weak slit damper and activation of the strong slit damper under major earthquakes using a gap mechanism. A reinforced concrete (RC) frame with characteristics similar to soft-first-story structures is tested under cyclic loading before and after retrofit using the proposed device. The details of the experimental study are described and the test is simulated in an available commercial software to validate the analytical model of the damper. To further verify the applicability of the damper, it is applied to an analysis model of a 4-story structure with soft first story and its seismic performance is evaluated before and after retrofit. The experimental and analysis results show that the multi-slit damper is effective in controlling seismic response of structures.
The use of smart dampers to optimally control the response of structures is on the increase. To maximize the potential use of such damper systems, their accurate modeling and assessment of their performance is of vital interest. In this study, the performance of a controllable fluid dashpot damper, in terms of damper forces, damper dynamic range and damping force hysteretic loops, respectively, is studied mathematically. The study employs a damper Bingham-Maxwell (BingMax) model whose mathematical formulation is developed using a Fourier series technique. The technique treats this one-dimensional Navier-Stokes's momentum equation as a linear superposition of initial-boundary value problems (IBVPs): boundary conditions, viscous term, constant Direct Current (DC) induced fluid plug and fluid inertial term. To hold the formulation applicable, the DC current level to the damper is supplied as discrete constants. The formulation and subsequent simulation are validated with experimental results of a commercially available magneto rheological (MR) dashpot damper (Lord model No's RD-1005-3) subjected to a sinusoidal stroke motion using a 'SCHENK' material testing machine in the Materials Laboratory at the University of Technology, Sydney.
This study proposes a new concept of an axial damper using the combination of shape memory alloy (SMA), friction devices, and polyurethane springs. Although there are many kinds of dampers to limit the damages, large residual deformation may happen and it causes much repairing cost for restoring the structure to the initial position. Also in some of the dampers, a special technology for assembling and fabricating is needed. One of the most important advantages of this damper is the ability to remove all the residual deformation using SMA plates and simple assembling without any special technology to fabricate. In this paper, four different dampers (in presence or omission of friction devices and polyurethane springs) are investigated. All four cases are analyzed in ABAQUS platform under cyclic loadings. In addition, the SMA plates are replaced by steel ones in four cases, and the results are compared to the SMA dampers. The results show that the axial polyurethane friction (APF) damper could decrease the residual deformation effectively. Also, the damper capacity and dissipated energy could be improved. The analysis showed that APF damper is a good recentering damper with a large amount of energy dissipation and capacity, among others.
Stay cables, such as used in cable-stayed bridges, are prone to vibration due to their low inherent damping characteristics. Recently some studies have shown that active and semiactive control system using MR damper can potentially achieve both higher performance levels than passive control system and adaptability with few of the detractions. However, a control system including a power supply, controller, and sensors is required to maximize the performance of the MR damper and this complicated control system is not effective to most of large civil structures. This paper proposes a smart complex damping system which consists of toggle system and MR dampers by introducing electromagnetic induction(EMI) system as an external power source to MR damper. The performance of the proposed damping device has been compared with that of the passive-type control systems employing a MR damper, a linear viscous damper, and EMI system.
Reduction of microvibration is regarded as important in high-technology facilities with high precision equipments. In this paper, smart control technology is used to improve the microvibration control performance. Mr damper is used to make a smart base isolation system amd fuzzy logic control algorithm is employed to appropriately control the MR damper. In order to develop optimal fuzzy control algorithm, a multi-objective genetic algorithm is used in this study. As an excitation, a train-induced ground acceleration is used for time history analysis and three-story example building structure is employed. Microvibration control performance of passive and smart base isolation systems have been investigated in this study. Numerical simulation results show that the multi-objective genetic algorithm can provide optimal fuzzy logic controllers for smart base isolation system and the smart control system can effectively reduce microvibration of a high-technology facility subjected to train-induced excitation.
The non-linear behaviour of electrorheological (ER) and magnetorheological (MR) dampers makes it difficult to design effective control strategies, and as a consequence a wide range of control systems have been proposed in the literature. These previous studies have not always compared the performance to equivalent passive systems, alternative control designs, or idealised active systems. As a result it is often impossible to compare the performance of different smart damper control strategies. This article provides some insight into the relative performance of two MR damper control strategies: on/off control and feedback linearisation. The performance of both strategies is benchmarked against ideal passive, semi-active and fully active damping. The study relies upon a previously developed model of an MR damper, which in this work is validated experimentally under closed-loop conditions with a broadband mechanical excitation. Two vibration isolation case studies are investigated: a single-degree-of-freedom mass-isolator, and a two-degree-of-freedom system that represents a vehicle suspension system. In both cases, a variety of broadband mechanical excitations are used and the results analysed in the frequency domain. It is shown that although on/off control is more straightforward to implement, its performance is worse than the feedback linearisation strategy, and can be extremely sensitive to the excitation conditions.
본 연구에서는 위의 어려움을 해결하기 위해, 스마트 수동제어 시스템을 제안하였다. 스마트 수동제어 시스템은 MR댐퍼와 EMI시스템으로 구성되며, EMI시스템은 영구자석과 솔레노이드 코일로 이루어진다. EMI시스템은 MR댐퍼의 왕복운동에너지를 전기에너지로 변환하므로, 스마트 수동제어 시스템은 외부 전원 없이 외부하중에 따라 댐퍼의 점성을 바꾸는 적응성을 갖는다. 따라서 간단하고 효율적인 장치로써, 대형토목구조물에 적용 가능하다. 이의 확인을 위해 예제를 통한 수치해석을 수행하였으며, 스마트 수동제어 시스템이 강진에 대해서는 기존의 반능동 제어 MR댐퍼 시스템 보다 우수한 성능을 보인다.
In this study, the feasibility and applicability of a friction damper with a vertical installation scheme are investigated. This device is composed of a steel section and two friction hinges at both ends which dissipate seismic energy. Due to its small width and vertical installation scheme, the proposed damper can minimize the interference with architectural functions. To evaluate the performance of the proposed damper, its mechanical behavior is theoretically evaluated and the required formulas for the yield strength and elastic stiffness are derived. The theoretical formulas are verified by establishing the analytical model of the damper in the SAP2000 software and comparing their results. To further investigate the performance of the developed damper, the provided analytical model is applied to a 4-story reinforced concrete (RC) structure and its performance is evaluated before and after retrofit under the Maximum Considered Earthquake (MCE) hazard level. The seismic performance is thoroughly evaluated in terms of maximum interstory drift ratio, displacement time history, residual displacement, and energy dissipation. The results show that the proposed damper can be efficiently used to protect the structure against seismic loads.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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