The study on the performance of the nonlinear friction tuned mass dampers (FTMD) for the mitigation of the seismic responses of the structures is a topic that still inspires the efforts of researchers. The present paper aims to carry out a numerical study on the optimum tuning of TMD and FTMD parameters using a multi-objective particle swarm optimization (MOPSO) algorithm including soil-structure interaction (SSI) effects for seismic applications. Considering a 3-story structure, the performances of the optimized TMD and FTMD are compared with the uncontrolled structure for three types of soils and the fixed base state. The simulation results indicate that, unlike TMDs, optimum tuning of FTMD parameters for a large preselected mass ratio may not provide a best and optimum design. For low mass ratios, optimal selection of friction coefficient has an important key to enhance the performance of FTMDs. Consequently, a free parameter search of all FTMD parameters provides a better performance in comparison with considering a preselected mass ratio for FTMD in the optimum design stage of the FTMD. Furthermore, the SSI significant effects on the optimum design of the TMD and FTMD. The simulation results also show that the FTMD provides a better performance in reducing the maximum top floor displacement and acceleration of the building in different soil types. Moreover, the performance of the TMD and FTMD decrease with increasing soil softness, so that ignoring the SSI effects in the design process may give an incorrect and unrealistic estimation of their performance.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.18
no.4
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pp.41-48
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2018
Recently, the concept of an outrigger damper system with a damper added to the existing outrigger system has been developed and applied for dynamic response control of high-rise buildings. However, the study on the structural characteristics and design method of Outrigger damper system is in the early stages. In this study, a 50 story high - rise building was designed and an outrigger damper system with viscoelastic damper was applied for wind response control. The time history analysis was performed by using the kaimal spectrum to create an artificial wind load for a total of 1,000 seconds at 0.1 second intervals. Analysis of the top horizontal maximum displacement response and acceleration response shows that outrigger damper systems are up to 28.33% and 49.26% more effective than conventional outrigger systems, respectively. Also, it is confirmed that the increase of damping ratio of dampers is effective for dynamic response control. However, since increasing the damping capacity increases the economic burden, it is necessary to select the appropriate stiffness and damping value of the outrigger damper system.
The semi-active impact damper (SAID) is proposed to improve the damping efficiency of traditional passive impact dampers. In order to investigate its damping mechanism and vibration control effects on realistic engineering structures, a 20-story nonlinear benchmark building is used as the main structure. The studies on system parameters, including the mass ratio, damping ratio, rigid coefficient, and the intensity of excitation are carried out, and their effects both on linear and nonlinear indexes are evaluated. The damping mechanism is herein further investigated and some suggestions for the design in high-rise buildings are also proposed. To validate the superiority of SAID, an optimal passive particle impact damper ($PID_{opt}$) is also investigated as a control group, in which the parameters of the SAID remain the same, and the optimal parameters of the $PID_{opt}$ are designed by differential evolution algorithm based on a reduced-order model. The numerical simulation shows that the SAID has better control effects than that of the optimized passive particle impact damper, not only for linear indexes (e.g., root mean square response), but also for nonlinear indexes (e.g., component energy consumption and hinge joint curvature).
Offshore drilling has become a key process for obtaining oil. Offshore platforms have many applications, including oil exploration and production, navigation, ship loading and unloading, and bridge and causeway support. However, vibration problems caused by severe environmental loads, such as ice, wave, wind, and seismic loads, threaten the functionality of platform facilities and the comfort of workers. These concerns may result in piping failures, unsatisfactory equipment reliability, and safety concerns. Therefore, the vibration control of offshore platforms is essential for assuring structural safety, equipment functionality, and human comfort. In this study, an optimal multiple tuned mass damper (MTMD) system was proposed to mitigate the excessive vibration of a three-dimensional offshore platform under ice and earthquake loadings. The MTMD system was designed to control the first few dominant coupled modes. The optimal placement and system parameters of the MTMD are determined based on controlled modal properties. Numerical simulation results show that the proposed MTMD system can effectively reduce the displacement and acceleration responses of the offshore platform, thus improving safety and serviceability. Moreover, this study proposes an optimal design procedure for the MTMD system to determine the optimal location, moving direction, and system parameters of each unit of the tuned mass damper.
Heo, Gwang Hee;Jeon, Seung Gon;Seo, Sang Gu;Kim, Dae Hyeok
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.23
no.2
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pp.141-147
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2019
This research focuses on developing the Smart material with Grease adopted as a base oil to overcome a particle deposition caused by the MR fluid consisting of a silicon, which maximizing the characteristics and advantage of the MR fluid. By adopting the SMG fluid to a shear damper, this paper aimed to evaluate the control performance of it according to the variation of intensity of electric current(0 A, 0.5 A, 1.0 A, 1.5 A, 2.0 A, 2.5 A) and frequency(0.5 Hz, 1 Hz, 2 Hz). Subsequently, the usability of the SMG damper was analyzed by comparing the dynamic model of it to that of the other types of dampers(Power(Involution) Model, Bingham Model). As a result, DR, the performance indicator of semi-active damper, shows approximately 5 in a condition of 2 Hz. Also while confirming the excellent performance like the Power and the Bingham model, it raises the possibility to exploit it as the semi-active damper.
Heo, Gwang Hee;Jeon, Seung Gon;Seo, Sang Gu;Kim, Dae Hyeok
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.23
no.4
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pp.211-219
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2019
In this study, SMG(Smart Material with Grease) was developed, which was improved the precipitation minute particle in grease during long term standstill. Also, small-sized cylinder damper equipped with an electromagnet in a piston was developed for using a performance evaluation of the damper with SMG and the dynamic load test, and damping force using Power model and Bingham model was derived in order to compare to the result of that of the damper. The data obtained from the dynamic load test were analyzed and plotted, and then a dynamic range was calculated to evaluate the usability of the damper with SMG. The performance of the damper with SMG was compared to the damping forse derived from the Power and Bingham model. The result of this evaluation shown that the usability of SMG damper was demonstrated by this test as a semi-active controlling equipment of small-sized damper.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.23
no.1
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pp.1-8
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2019
In this study, the effectiveness of a multi-action hybrid damper (MHD) composed of lead rubber bearing (LRB) and friction pad was verified in terms of seismic performance improvement of a frame structure. The LRB and the friction elements are connected in series, so the LRB governs the intial small deformation and the friction determines large deformation behavior. Cyclic loading tests were conducted by using a half scale steel frame structure with the MHD, and the results indicated that the structure became to have the stable trilinear hysteresis with large initial stiffness and first yielding due to the LRB, and the second yielding due to the friction. The MHD could significantly increase the energy dissipation capacity of the structure and the hysteresis curves obtained by tests were almost identical to the analytically estimated ones.
Domizio, Martin N.;Ambrosini, Daniel;Curadelli, Oscar
Smart Structures and Systems
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v.24
no.4
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pp.447-457
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2019
The use of Tuned mass dampers (TMD) has proved to be effective in reducing the effects of vibrations caused by wind loads and far-field seismic action. However, its effectiveness in controlling the dynamic response of structures under near-fault earthquakes is still under discussion. In this case, the uncertainty about the TMD performance arises from the short significant duration of near-fault ground motions. In this work, the TMD effectiveness for increasing the safety margin against collapse of structures subjected to near-fault earthquakes is investigated. In order to evaluate the TMD performance in the proposed scenario, the nonlinear dynamic response of two reinforced concrete (RC) frames was analyzed. TMDs with different mass values were added to these structures, and a set of near-fault records with frequency content close to the fundamental frequency of the structure was employed. Through a series of nonlinear dynamic analysis, the minimum amplitude of each seismic record that causes the structural collapse was found. By comparing this value, called collapse acceleration, for the case of the structures with and without TMD, the benefit produced by the addition of the control device was established.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.6
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pp.351-358
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2020
This paper presents a tuned mass damper (TMD) utilizing a parametric design technique to reduce the dynamic responses to seismic loads of retractable large spatial structures. An artificial intelligence algorithm was developed to automatically search for the installation position of the damping device. This enables confirming the dynamic response of the structure in real time while finding the optimum position for the damping device. Further, the optimum mass of the damping device is determined from among several alternatives, and a design that can be effectively applied to both open and closed conditions of the roof is obtained.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.34
no.1
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pp.33-39
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2018
This study performed experimental validation of the hysteretic steel slit damper's basic and dependent characteristics, which should be considered for the design. The basic characteristic of the steel slit damper is used for determining design properties of non-linear analysis, such as yielding strength, yielding displacement, elastic stiffness and post-yielding stiffness. In order to evaluate dependent characteristics of the hysteretic steel slit damper, repeated deformation capacity with respect to the displacement, velocity and aspect ratio of the damper was evaluated. In this study, steel slit damper, which is widely used in Korea, was considered. The slit dampers with 55kN and 240kN of yielding strength were produced and tested. It was concluded that the slit damper's hysteresis behavior was affected by the dependent characteristics: displacement, velocity and aspect ratio. In other words, the steel slit damper's behavior was stable within limit displacement, and aspect ratio of the strut affected repeated deformation capacity of the damper subjected to large deformation. In addition, it was observed that the repeated deformation capacity abruptly decreased at the high speed range (${\geq}60mm/sec$). Furthermore, the experimental results were evaluated with the criterion of the damping device specified in ASCE7-10.
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