Although the horizontal component of an earthquake response can be significantly reduced through the use of conventional seismic isolators, the vertical component of excitation is still transmitted directly into the structure. Records from instrumented structures, and some recent tests and analyses have actually seen increases in vertical responses in base isolated structures under the combined effects of horizontal and vertical ground motions. This issue becomes a great concern to facilities such as a Nuclear Power Plants (NPP), with specialized equipment and machinery that is not only expensive, but critical to safe operation. As such, there is considerable interest worldwide in vertical and three-dimensional (3D) isolation systems. This paper examines several vertical and 3D isolation systems that have been proposed and their potential application to modern nuclear facilities. In particular, a series of case study analyses of a modern NPP model are performed to examine the benefits and challenges associated with 3D isolation compared with horizontal isolation. It was found that compared with the general horizontal isolators, isolators that have vertical frequencies of no more than 3 Hz can effectively reduce the vertical in-structure responses for the studied NPP model. Among the studied cases, the case that has a vertical isolation frequency of 3 Hz is the one that can keep the horizontal period of the isolators as the first period while having the most flexible vertical isolator properties. When the vertical frequency of isolators reduces to 1 Hz, the rocking effect is obvious and rocking restraining devices are necessary.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2005.04a
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pp.209-216
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2005
The controller that can control the smart base isolation system consisting of M damper and friction pendulum systems(FPS) is developed in this study. A fuzzy logic controller (FLC) is used to modulate the M damper force because the FLC has an inherent robustness and ability to handle non-linearities and uncertainties. A genetic algorithm (GA) is used for optimization of the FLC. When earthquake excitations are applied to the structures equipped with smart base isolation system, the relative displacement at the isolation level as well as the acceleration of the structure should be regulated under appropriate level. Thus, NSGA-II(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm) is employed in this study as a multi-objective genetic algorithm to meet more than two control objectives, simultaneously. NSGA-II is used to determine appropriate fuzzy control rules as well to adjust parameters of the membership functions. Effectiveness of the proposed method for optimal design of the FLC is judged based on computed responses to several historical earthquakes. It has been shown that the proposed method can efficiently find Pareto optimal sets that can reduce both structural acceleration and base drift from numerical studies.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.13
no.2
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pp.37-45
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2013
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.
Different types of gas reservoir such as Liquid Natural Gas (LNG) are among the strategic infrastructures, and have great importance for any government or their private owners. To keep the tank and its contents safe during earthquakes especially if the contents are of hazardous or flammable materials; using seismic protection systems such as base isolator can be considered as an effective solution. However, the major deficiency of this system can be the large deformation in the isolation level which may lead to the failure of bearing system. In this paper, as a solution, the efficacy of an optimally designed combined vibration control system, the combined laminated rubber isolator and rotational friction damper, is investigated to evaluate the enhancement of an existing metal tank response under both far- and near-field earthquakes. Responses like impulsive and convective accelerations, base shear, and sloshing height are studied herein. The probabilistic framework is used to consider the uncertainties in the structural modeling, as well as record-to-record variability. Due to the high calculation cost of probabilistic methods, a simplified structural model is used. By using the Mont-Carlo simulation approach, it is revealed that this combined isolation system is a highly reliable system which provides considerable enhancement in the performance of reservoir, not only leads to the reduction of probability of catastrophic failure of the tank but also decrease the reservoir damage during the earthquake. Moreover, the relative displacement of the isolation level is controlled very well by this combined system.
This paper deals with the damage assessment for isolators of base-isolated building systems considering the torsion-coupling (TC) effect by establishing damage indices. The damage indices can indicate the reduction in lateral stiffness of the isolator story as explicit formulas in terms of modal parameters. In addition, the damage location, expressed in terms of the estimated damage index and eccentricities before and after damage, is also presented. Numerical analysis shows that the proposed algorithms are applicable for general base-isolated multi-story TC buildings. A procedure from the analysis of seismic response to the implementation of damage indices is demonstrated by using a numerical case. A system identification technique is employed to extract modal parameters from seismic responses of a building. Results show that the proposed indices are capable of detecting the occurrence of damage and preliminarily estimating the location of damaged isolator.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.35
no.5
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pp.1025-1037
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2015
Flexible base isolation bearings that separate superstructure from ground have been widely used in the construction field because they make a significant contribution to increasing the fundamental period of the structure, thereby decreasing response acceleration transmitted into the superstructure. However, the established bearing devices installed to uphold the whole building give rise to some problems involved with failure and collapse due to lack of the capacity as modern structures are getting more massive and higher. Therefore, this study suggests new isolation bearings assembled with additional restrainers enabled to reinforcing and recentering, and then evaluates their performance to withstand the seismic load. The superelastic shape memory alloy (SMA) bars are installed into the conventional lead-rubber bearing (LRB) devices in order to provide recentering forces. These new systems are modeled as component spring models for the purpose of conducting nonlinear dynamic analyses with near fault ground motion data. The LRB devices with steel bars are also designed and analyzed to compare their responses with those of new systems. After numerical analyses, ultimate strength, maximum displacement, permanent deformation, and recentering ratio are compared to each model with an aim to investigate which base isolation models are superior. It can be shown that LRB models with superelastic SMA bars are superior to other models compared to each other in terms of seismic resistance and recentering effect.
Gil, Heungbae;Park, Sun Kyu;Han, Kyoung Bong;Yoon, Wan Seok
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.24
no.4
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pp.157-167
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2020
In this study, a field bridge test was conducted to find the dynamic properties of cable supported bridges with resilient-friction base isolation systems (R-FBI). Various ambient vibration tests were performed to estimate dynamic properties of a test bridge using trucks in a non-transportation state before opening of the bridge and by ordinary traffic loadings about one year later after opening of the bridge. The dynamic properties found from the results of the tests were compared with an analysis model. From the result of the ambient vibration tests of the cable supported bridge with R-FBI, it was confirmed that the dynamic properties were sensitive to the stiffness of the R-FBI in the bridge, and the seismic analysis model of the test bridge using the effective stiffness of the R-FBI was insufficient for reflecting the dynamic behavior of the bridge. In the case of cable supported bridges, the seismic design must follow the "Korean Highway Bridge Design Code (Limit State Design) for Cable supported bridges." Therefore, in order to reflect the actual behavior characteristics of the R-FBI installed on cable-supported bridges, an improved seismic design procedure should be proposed.
In this paper, the seismic analysis and the modeling techniques have been introduced for aseismic performances assessment, when seismic isolation bearings are applied on a real bridge. Nonlinear time-history analysis is carried out using finite element analysis program. In this study, EI Centro earthquake(1940, N00W), Mexico earthquake(1985, N90W), and earthquake simulation from modified SIMQKE are used as earthquake ground excitations. The seismic response of seismically isolated bridge is compared with that of a bridge using conventional Pot Bearings, after obtaining the displacements of the deck, the deformations of the piers, shear forces and moments of the bottoms of the piers. The analytical analysis results show that seismic isolation bearing, especially seismic isolation bearings with sliding mechanism, could reduce earthquake forces.
Seismic isolation systems are essentially designed to preserve structural safety, prevent occupants injury and properties damage. An active saturated LMI-based control design is proposed to attenuate seismic disturbances in base-isolated structures under saturation actuators. Using a mathematical model of an eight-storied building structure, an active control algorithm is designed. Performance evaluation of the controller is carried out in a simplified model version of a benchmark building system, which is recognized as a state-of-the-art model for numerical experiments of structures under seismic perturbations. Experimental results show that the proposed algorithm is robust with respect to model and seismic perturbations. Finally, the performance indices show that the proposed controller behaves satisfactorily and with a reasonable control effort.
A feasibility study on the seismic design of nuclear reactor buildings with application of a seismic isolation system is introduced. After the Hyogo-ken Nanbu earthquake in Japan of 1995, seismic isolation technologies have been widely employed for commercial buildings. Having become a mature technology, seismic isolation systems can be applied to NPP facilities in areas of high seismicity. Two reactor buildings are discussed, representing the PWR and BWR buildings in Japan, and the application of seismic isolation systems is discussed. The isolation system employing rubber bearings with a lead plug positioned (LRB) is examined. Through a series of seismic response analyses using the so-named standard design earthquake motions covering the design basis earthquake motions obtained for NPP sites in Japan, the responses of the seismic isolated reactor buildings are evaluated. It is revealed that for the building structures examined herein: (1) the responses of both isolated buildings and isolating LRBs fulfill the specified design criteria; (2) the responses obtained for the isolating LRBs first reach the ultimate condition when intensity of motion is 2.0 to 2.5 times as large as that of the design-basis; and (3) the responses of isolated reactor building fall below the range of the prescribed criteria.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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