In this paper, we investigate a group building based power consumption scheduling to minimize the electricity cost. We consider the demand shift to reduce the peak load and suggest the compensation function reflecting the relationship between the change of the building demand and the occupants' comfort. Using that, the electricity cost minimization problem satisfied the convexity is formulated, and the optimal power consumption scheduling algorithm is proposed based on the iterative method. Extensive simulations show that the proposed algorithm achieves the group management gain compared to the individual building operation by increasing the degree of freedom for the operation.
The strength reduction factor spectrum is traditionally obtained from a single-degree-of-freedom (SDOF) system with a constant damping coefficient. However, according to the principle of Rayleigh damping, the damping coefficient matrix of a system changes with the stiffness matrix, and the damping coefficient of an equivalent SDOF system changes with the tangent stiffness coefficient. In view of that, this study proposes an equivalent SDOF system with an adaptive damping coefficient and derives a standardized reaction balance equation. By iteratively adjusting the strength reduction factor, the corresponding spectrum with an equivalent ductility factor is obtained. In addition, the ratio between the strength reduction factor that considers adaptive damping and the traditional strength reduction factor, denoted by η, is determined, and the η-μ-T relationship is obtained. Seismic records of Classes C, D, and E sites are selected as excitations. Moreover, a nonlinear response time-history analysis is performed to establish the relationship between the η and T values for the equivalent ductility factor μ. Further, by exploring the effects of the site class, ductility factor, second-order stiffness coefficient, and period T on the mean value of η, a simplified calculation equation of mean η is derived, and η is used as a modified value for the traditional strength reduction factor R spectrum.
This study aims to propose a performance-based design method of a novel passive base isolation system, BIO isolation system, which is inspired by an energy dissipation mechanism called 'sacrificial bonds and hidden length'. Fragility functions utilized in this study are derived, indicating the probability that a component, element, or system will be damaged as a function of a single predictive demand parameter. Based on PEER framework methodology for Performance-Based Earthquake Engineering (PBEE), a systematic design procedure using performance and fragility objectives is presented. Base displacement, superstructure absolute acceleration and story drift ratio are selected as engineering demand parameters. The new design method is then performed on a general two degree-of-freedom (2DOF) structure model and the optimal design under different seismic intensities is obtained through numerical analysis. Seismic performances of the biologically inspired (BIO) isolation system are compared with that of the linear isolation system. To further demonstrate the feasibility and effectiveness of this method, the BIO isolation system of a 4-storey reinforced concrete building is designed and investigated. The newly designed BIO isolators effectively decrease the superstructure responses and base displacement under selected earthquake excitations, showing good seismic performance.
The application of shape memory alloys (SMAs) to the seismic response reduction of civil engineering structures has attracted growing interest due to their self-centering feature and excellent fatigue performance. The loading rate dependence of SMAs raises a concern in the seismic analysis of SMA-based devices. However, the implementation of micromechanics-based strain-rate-dependent constitutive models in structural analysis software is rather complicated and computationally demanding. This paper investigates the feasibility of replacing complex rate-dependent models with rate-independent constitutive models for superelastic SMA elements in seismic time-history analysis. Three uniaxial constitutive models for superelastic SMAs, including one rate-dependent thermomechanical model and two rate-independent phenomenological models, are considered in this comparative study. The pros and cons of the three nonlinear constitutive models are also discussed. A parametric study of single-degree-of-freedom systems with different initial periods and strength reduction factors is conducted to examine the effect of the three constitutive models on seismic simulations. Additionally, nonlinear time-history analyses of a three-story prototype steel frame building with special SMA-based damping braces are performed. Two suites of seismic records that correspond to frequent and design basis earthquakes are used as base excitations in the seismic analyses of steel-braced frames. The results of this study show that the rate-independent constitutive models, with their parameters properly tuned to dynamic test data, are able to predict the seismic responses of structures with SMA-based seismic response modification devices.
The objective of this research is to develop a practical design and assessment approach of steel frames with steel slit walls (SSWs) that focuses on the damage-control behavior to enhance the structural resilience. The yielding sequence of SSWs and frame components is found to be a critical issue for the damage-control behavior and the design of systems. The design concept is validated by the full-scale experiments presented in this paper. Based on a modified energy-balance model, a procedure for designing and assessing the system motivated by the framework regarding the equilibrium of the energy demand and the energy capacity is proposed. The damage-control spectra constructed by strength reduction factors calculated from single-degree-of-freedom systems considering the post stiffness are addressed. A quantitative damage-control index to evaluate the system is also derived. The applicability of the proposed approach is validated by the evaluation of example structures with nonlinear dynamic analyses. The observations regarding the structural response and the prediction during selected ground motions demonstrate that the proposed approach can be applied to damage-control design and assessment of systems with satisfactory accuracy.
Fuzzy logic based control has recently been proposed for regulating the properties of magnetorheological (MR) dampers in an effort to reduce vibrations of structures subjected to seismic excitations. So far, most studies showing the effectiveness of these algorithms have focused on the use of a single MR damper. Because multiple dampers would be needed in practical applications, this study aims to evaluate the effects of multiple individually tuned fuzzy-controlled MR dampers in reducing responses of a multi-degree-of-freedom structure subjected to seismic motions. Two different fuzzy-control algorithms are considered, a traditional controller where all parameters are kept constant, and a gain-scheduling control strategy. Different damper placement configurations are also considered, as are different numbers of MR dampers. To determine the robustness of the fuzzy controllers developed to changes in ground excitation, the structure selected is subjected to different earthquake records. Responses analyzed include peak and root mean square displacements, accelerations, and interstory drifts. Results obtained with the fuzzy-based control schemes are compared to passive control strategies.
본 논문에서는 고속철도 교량-열차 상호작용 해석을 위한 단순 3 차원 상호작용 해석모델을 기반으로 하여 정식화한 부구조화 기법 적용 상호작용 해석모델을 제시한다. 부구조화 기법에서는 철도 교량의 상부 구조와 지지 구조를 각각 부구조로 모델링하고, 열차-교량 상호작용 해석을 효율적으로 수행할 수 있다. 열차 해석 모델로는 2차원 열차 모델을 사용하고, Lagrange 운동방정식을 적용하여 2차원 열차의 운동방정식을 유도한다. 부구조화 기법에서는 응축 방법을 사용하여 자유도(Degree of freedom)의 수를 줄일 수 있으므로 고유 값 및 고유 벡터 계산을 위한 소요 시간 및 비용과 후속 계산의 소요시간 및 비용이 줄어든다. 본 논문에서는 부구조화 기법으로 Guyan 감소 방법을 사용한다. 단순 3 차원 교량-열차 상호작용 해석과 Guyan 감소 방법을 결합하여 효율적이고 정확한 교량-열차 상호작용 해석을 수행할 수 있다.
한국지진공학회 1997년도 추계 학술발표회 논문집 Proceedings of EESK Conference-Fall 1997
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pp.193-200
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1997
Current seismic design code is based of the assumption that the designed structures would be behaved inelastically during a severe earthquake ground motion. For this reason, seismic design forces calculated by seismic codes are much lower than the forces generated by design earthquakes which makes structures responding elastically. Present procedures for calculating seismic design forces are based on the use of elastic spectra reduced by a strength reduction factors known as "response modificaion factor". Because these factors were determined empirically, it is difficult to know how much inelastic behaviors of the structures exhibit. In this study, base shear forces required to maintain target ductility ratio were first calculated from nonlinear dynamic analysis on the single degree of freedom system. And then, base shear foeces specified in seismic design code compare with above results. If the strength(base shear) required strength should be filled by overstrength and/or redundancy. Therefore, overstrength of moment resisting frame structure will be estimated from the results of static nonlinear analysis(push-over analysis).analysis).
Kim, Hoyong;Park, Yong-Kuk;Lee, Jae-Kon;Lee, Dong-Ryul;Kim, Gi-Dae
한국자동차공학회논문집
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제8권6호
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pp.142-155
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2000
A MIMO model reference control scheme incorporating the variable structure theory for a vehicle four wheel steering system(4WS) is proposed and evaluated for a class of continuous-time nonlinear dynamics with known or unknown uncertainties. The scheme employs an neural network to identify the plant systems, where the neural network estimates the nonlinear dynamics of the plant. By the Lyapunov direct method, the algorithm is proven to be globally stable, with tracking errors converging to the neighborhood of zero. The merits of this scheme is that the global system stability is guaranteed and it is not necessary to know the exact structure of the system. With the resulting identification model which contains the neural networks, it does not need higher degrees of freedom vehicle model than 3 degree of freedom model. Th proposed scheme is applied to the active four wheel system and shows the validity is used to investigate vehicle handing performances. In simulation of the J-turn maneuver, the reduction of yaw rate overshoot of a typical mid-size car improved by 30% compared to a two wheel steering system(2WS) case, resulting that the proposed scheme gives faster yaw rate response and smaller side angle than the 2WS case.
Recently, machine learning is widely used to solve optimization problems in various engineering fields. In this study, machine learning is applied to development of a control algorithm for a smart control device for reduction of seismic responses. For this purpose, Deep Q-network (DQN) out of reinforcement learning algorithms was employed to develop control algorithm. A single degree of freedom (SDOF) structure with a smart tuned mass damper (TMD) was used as an example structure. A smart TMD system was composed of MR (magnetorheological) damper instead of passive damper. Reward design of reinforcement learning mainly affects the control performance of the smart TMD. Various hyper-parameters were investigated to optimize the control performance of DQN-based control algorithm. Usually, decrease of the time step for numerical simulation is desirable to increase the accuracy of simulation results. However, the numerical simulation results presented that decrease of the time step for reward calculation might decrease the control performance of DQN-based control algorithm. Therefore, a proper time step for reward calculation should be selected in a DQN training process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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