In recent modern protective systems have been introduced to reduce the vulnerability of bridges to seismic events. These protective systems include base isolation devices of different types, damping devices and active control devices. The objective of this study is to analytically evaluate the efficiency of a seismic retrofit scheme using base isolation systems, such as lead rubber bearings and sliding isolators. In this study, a triaxial model was used, which is capable of accurately developing the behavior of sliding isolators including the influence of the changing vertical force and velocity on the friction coefficients. Seismic response analyses of the bridge before and after retrofit were carried out by using a three-dimensional nonlinear seismic analysis program, IDARC-BRIDGE. To evaluate the efficiency of a retrofit scheme using triaxial isolators, a comparative study of performances of above two base isolation systems was conducted, and the numerical results show that the triaxial isolation solution can effectively reduce the sheat forces at the piers for the vertical ground motion.
This study evaluates the performance of a coil spring-viscous damper system for the vibration and seismic isolation of an Emergency Diesel Generator (EDG) by measuring its operational vibration and seismic responses. The vibration performance of a coil spring-viscous damper system was evaluated by the vibration measurements for an identical EDG set with different base systems - one with an anchor bolt system and the other with a coil spring-viscous damper system. The seismic performance of the coil spring-viscous damper system was evaluated by seismic tests with a scaled model of a base-isolated EDG on a shaking table. The effects of EDG base isolation on the fragility curve and core damage frequency in a nuclear power plant were also investigated through a case study.
본 논문에서는 지진으로부터 구조물을 효과적으로 보호하기 위하여 MR 엘라스토머(MRE)를 이용한 새로운 형태의 스마트 기초격리 시스템을 제안하고, 이에 대한 내진성능을 파악하였다. MRE는 자성물질을 포함한 실리콘 혹은 고무로써 자기장에 의해 강성이 변하는 스마트 재료이다. 기초격리 시스템은 토목 및 건축분야에서 구조물의 내진성능 향상을 위해 가장 널리 쓰이는 장치로 지반과 구조물을 격리시켜 구조물에 가해지는 입력 하중을 감소시켜주는 장치이다. 기존 수동형태의 기초격리 장치는 다양한 입력하중에 대한 적응성이 부족하고 기초격리 장치에서의 과도한 변위 등의 단점이 있는 반면, 새로 제안한 시스템은 제어 가능한 강성범위가 넓어 이를 개선할 수 있다. MRE를 이용한 기초격리 장치의 성능을 확인하기 위하여 기초격리 장치를 도입한 단층 및 5층의 건물에 대해 다양한 역사지진 하중을 이용하여 수치해석을 수행하였다. 수치해석 결과, 제안된 시스템은 기존 수동형태의 시스템에 비해 구조물의 응답 및 기초격리장치의 변위를 감소시키는 데 탁월한 효과가 있음을 확인하였다.
Indonesia has had seismic codes for earthquake-resistant structures designs since 1970 and has been updated five times to the latest in 2019. In updating the Indonesian seismic codes, seismic hazard maps for design also update, and there are changes to the Peak Ground Acceleration (PGA). Indonesian seismic design uses the concept of building performance levels consisting of Immediate occupancy (IO), Life Safety (LS), and Collapse Prevention (CP). Related to this performance level, cases still found that buildings were damaged more than their performance targets after the earthquake. Based on the above issues, this study aims to analyze the performance of base isolation design on existing target buildings and analyze the seismic fragility for a case study in Indonesia. The target building is a prototype design 8-story medium-rise residential building using the reinforced concrete moment frame structure. Seismic fragility analysis uses Incremental Dynamic Analysis (IDA) with Nonlinear Time History Analysis (NLTHA) and eleven selected ground motions based on soil classification, magnitude, fault distance, and earthquake source mechanism. The comparison result of IDA shows a trend of significant performance improvement, with the same performance level target and risk category, the base isolation structure can be used at 1.46-3.20 times higher PGA than the fixed base structure. Then the fragility analysis results show that the fixed base structure has a safety margin of 30% and a base isolation structure of 62.5% from the PGA design. This result is useful for assessing existing buildings or considering a new building's performance.
A diagnostic rule-base design method for enhancing fault detection and isolation performance of multiple obsever based fault detection isolation schemes (FIDS) is presented. The diagnostic rule-base has a hierarchical framework to perform detection and isolation of faults of interest, and diagnosis of process faults. The decision unit comprises a rule base and a fuzzy inference engine and removes some difficulties of conventional decision unit which includes crisp logic with threshold values. Emphasis is placed on the design and evaluation methods of the diagnostic rult-base. The suggested scheme is applied to the FDIS design for a DC motor driven centrifugal pump system.
Tavakoli, Hamid R.;Naghavi, Fahime;Goltabar, Ali R.
Earthquakes and Structures
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제9권3호
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pp.639-656
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2015
Seismic isolation devices are commonly used to mitigate damages caused by seismic responses of structures. More damages are created due to progressive collapse in structures. Therefore, evaluating the impact of the isolation systems to enhance progressive collapse-resisting capacity is very important. In this study, the effect of lead rubber bearing isolation system to increase the resistance of structures against progressive collapse was evaluated. Concrete moment resisting frames were used in both the fixed and base-isolated model structures. Then, progressive collapse-resisting capacity of frames was investigated using the push down nonlinear static analysis under gravity loads that specified in GSA guideline. Nonlinear dynamic analysis was performed to consider dynamic effects column removal under earthquake. The results of the push down analysis are highly dependent on location of removal column and floor number of buildings. Also, seismic isolation system does not play an effective role in increasing the progressive collapse-resisting capacities of structures under gravity loads. Base isolation helps to localize failures and prevented from spreading it to intact span under seismic loads.
Islam, A.B.M. Saiful;Jumaat, Mohd Zamin;Ahmmad, Rasel;Darain, Kh. Mahfuz ud
Earthquakes and Structures
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제9권3호
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pp.603-623
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2015
The scale and nature of the recent earthquakes in the world and the related earthquake disaster index coerce the concerned community to become anxious about it. Therefore, it is crucial that seismic lateral load effect will be appropriately considered in structural design. Application of seismic isolation system stands as a consistent alternative against this hazard. The objective of the study is to evaluate the structural and economic feasibility of reinforced concrete (RC) buildings with base isolation located in medium risk seismic region. Linear and nonlinear dynamic analyses as well as linear static analysis under site-specific bi-directional seismic excitation have been carried out for both fixed based (FB) and base isolated (BI) buildings in the present study. The superstructure and base of buildings are modeled in a 3D finite element model by consistent mass approach having six degrees of freedom at each node. The floor slabs are simulated as rigid diaphragms. Lead rubber bearing (LRB) and High damping rubber bearing (HDRB) are used as isolation device. Change of structural behaviors and savings in construction costing are evaluated. The study shows that for low to medium rise buildings, isolators can reduce muscular amount of base shears, base moments and floor accelerations for building at soft to medium stiff soil. Allowable higher horizontal displacement induces structural flexibility. Though incorporating isolator increases the outlay, overall structural cost may be reduced. The application of base isolation system confirms a potential to be used as a viable solution in economic building design.
한국지진공학회 2001년도 추계 학술발표회 논문집 Proceedings of EESK Conference-Fall 2001
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pp.339-347
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2001
A probabilistic optimum design method of the base isolation system consisting of linear spring, viscous damper and frictional element is presented. For the probabilistic approach, the base excitation is assumed to be a stationary Gaussian filtered random process. For optimum design, the objective function and constraints are derived based on the stochastic responses of the system. As a numerical example, the optimum design problem of a three-story base isolated shear type structure is formulated and solved by the sequential quadratic programming method. As a result, the effects of variation of design variables such as parameters of the base isolation system and the mass of base on the objective function and constraints are investigated and the optimum parameters of the base isolation system under study are derived.
An aircraft impact (AI) on a nuclear power plant (NPP) is considered to be a beyond-design-basis event that draws considerable attention in the nuclear field. As some NPPs have already adopted the seismic isolation technology, and there are relevant standards to guide the application of this technology in future NPPs, a new challenge is that nuclear power engineers have to determine a reasonable method for performing AI analysis of base-isolated NPPs. Hence, dynamic influences of the seismic isolation on the vibration and structural damage characteristics of the base-isolated CPR1000 containment are studied under various aircraft loads. Unlike the seismic case, the impact energy of AI is directly impacting on the superstructure. Under the coupled influence of the seismic isolation and the various AI load, the flexible isolation layer weakens the constraint function of the foundation on the superstructure, the results show that the seismic isolation bearings will produce a large horizontal deformation if the AI load is large enough, the acceleration response at the base-mat will also be significantly affected by the different horizontal stiffness of the isolation bearing. These concerns require consideration during the design of the seismic isolation system.
There has been an increasing demand for introducing a base isolation system to secure the seismic safety of a nuclear power plant. However, the design criteria and the safety assessment methodology of a base isolated nuclear facility are still being developed. A performance based design concept for the base isolation system needs to be added to the general seismic design procedures. For the base isolation system, the displacement responses of isolators excited by the extended design basis earthquake are important as well as the design displacement. The possible displacement response by the extended design basis earthquake should be limited less than the failure displacement of the isolator. The failure of isolators were investigated by an experimental test to define the ultimate strain level of rubber bearings. The uncertainty analysis, considering the variations of the mechanical properties of isolators and input ground motions, was performed to estimate the probabilistic distribution of the isolator displacement. The relationship of the displacement response by each ground motion level was compared in view of a period elongation and a reduction of damping. Finally, several examples of isolator parameters are calculated and the considerations for an acceptable isolation design is discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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