In order to improve the seismic resilience of coupled wall structure, coupling beam with fuse has been developed to reduce the post-earthquake damage. However, the fuses often have a build-up I-shaped section and are relatively heavy to be replaced. Moreover, the fuse and the beam segments are usually connected by bolts and it is time-consuming to replace the damaged fuse. For reducing the repair time and cost, a novel quickly replaceable coupling beam with buckling-restrained energy dissipaters is developed. The fuse of the proposed coupling beam consists of two chord members and bar-typed energy dissipaters placed at the corners of the fuse. In this way, the weight of the energy dissipater can be greatly reduced. The energy dissipaters and the chords are connected with hinge and it is convenient to take down the damaged energy dissipater. The influence of ratio of the length of coupling beam to the length of fuse on the seismic performance of the structure is also studied. The seismic performance of the coupled wall system with the proposed coupling beam is compared with the system with reinforced concrete coupling beams. Results indicated that the weight and post-earthquake repair cost of the proposed fuse can be reduced compared with the typical I-shaped fuse. With the increase of the ratio of the beam length to the fuse length, the interstory drift of the structure is reduced while the residual fuse chord rotation is increased.
Seismic excitations may impart a significant amount of energy into structures. Modern structural design attitudes tend to absorb some part of this energy through special dissipaters instead of heavy plastic deformations on the structural members. Different types of dissipater have been generated and utilized in various types of structures in last few decades. The expected earthquake damage is mainly concentrated on these devices and they may be replaced after earthquakes. In this study, a low-cost device called energy dissipative steel cushion (EDSC) made of flat mild steel was developed and tested in the Structural and Earthquake Engineering Laboratory (STEELab) of Istanbul Technical University (ITU). The monotonic and cyclic tests of EDSC were performed in transversal and longitudinal directions discretely. Very large deformation capability and stable hysteretic behavior are some response properties observed from the tests. Load vs. displacement relations, hysteretic energy dissipation properties as well as the closed form equations to predict the behavior parameters are presented in this paper.
This paper highlights the role of innovative vibration control system based on two promising properties in a parallel configuration. Hybrid device consists of two main components; recentering wires of shape memory alloy (SMA) and steel pipe section as an energy dissipater element. This approach concentrates damage in the steel pipe and prevents the main structural members from yielding. By regulation of the main adjustable design parameter, an optimum performance of the device is obtained. The effectiveness of the device in passive control of structures is evaluated through nonlinear time history analyses of a five-story steel frame with and without the hybrid device. Comparing the results proves that the hybrid device has a considerable potential to mitigate the residual drift ratio, peak absolute acceleration and peak interstory drift of the structure.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.12
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pp.453-458
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2016
While the design of weirs requires a scour-considered strategy, research on the analysis of the effectiveness of hydraulic energy dissipaters and design criteria are scarce due to the limited experimental facilities and restraint in the experiment conduction period. The study analyzed the scour dissipation effect of multidirectional dissipaters to improve the scour problems of a weir downstream and suggests design criteria to minimize scour. A hydraulic model experiment was conducted for Nakdong River Hapcheon-Changnyeong Weir and a model in 1/25 of horizontal accumulation and 1/25 of vertical accumulation was produced. The experimental equipment was classified into channels and a flow rate supply and an underwater pump were installed to enable flow at a maximum of 2.0 m3/s. The experimental inflow was 1.3 m3/s, the upstream water level was 0.36 m, downstream water level was 0.24 m, and a cylinder wooden baffle, a dissipater, with a diameter of 0.05 m was made. A 3D scanner was also used for an accurate scour depth comparison for a length change of the baffle before and after installing the baffle. When the baffle was arranged in the shape of a V, the depth of scour decreased by 36% while the scour length decreased by 49% due to flow reduction compared to that before installing the baffle.
Bazzaz, Mohammad;Andalib, Zahra;Kafi, Mohammad Ali;Kheyroddin, Ali
Earthquakes and Structures
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v.8
no.3
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pp.699-712
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2015
Bracing structures with off-centre bracing system is one of the new resistant systems that frequently used in the frame with pin connections. High ductility, high-energy dissipation and decrease of base shear are advantages of this bracing system. However, beside these advantages, reconstruction and hard repair of off-centre bracing system cause inappropriate performance in the earthquake. Therefore, in this paper, the goal is investigating the behavior of this type of bracing system with ductile element (circular dissipater), in order to providing replacement of damaged member without needing repair or reconstruction of the general system. To achieve this purpose, some numerical studies have been performed using ANSYS software, a frame with off-centre bracing system and optimum eccentricity (OBS-C-O) and another frame with the same identifications without ductile element (OBS) has been created. In order to investigate precisely on the optimum placement of circular elements under monotonic load again three steal frames were modeled. Furthermore, the behavior of this general system investigated for the first time, linear and nonlinear behavior of these two steel frames compared to each other, to achieve the benefit of using the circular element in an off-centre bracing system. Eventually, the analytical results revealed that the performance of steel ring at the end of off-centre braces system illustrating as a first defensive line and buckling fuse in the off-centre bracing system.
The latest earthquake's costly repairs and economic disruption were brought on by excessive residual drift. Self-centering systems are one of the most efficient ways in the current generation of seismic resistance system to get rid of and reduce residual drift. The mechanics and behavior of the self-centering system in response to seismic forces were impacted by a number of important factors. The amount of post-tensioning (PT) force, which is often employed for the standing posture after an earthquake, is the first important component. The energy dissipater element is another one that has a significant impact on how the self-centering system behaves. Using the damper as a replaceable and affordable tool and fuse in self-centering frames has been recommended to boost energy absorption and dampening of structural systems during earthquakes. In this research, the self-centering steel moment frame connections are equipped with cushion flexural dampers (CFDs) as an energy dissipator system to increase energy absorption, post-yielding stiffness, and ease replacement after an earthquake. Also, it has been carefully considered how to reduce permanent deformations in the self-centering steel moment frames exposed to seismic loads while maintaining adequate stiffness, strength, and ductility. After confirming the FE model's findings with an earlier experimental PT connection, the behavior of the self-centering connection using CFD has been surveyed in this study. The FE modeling takes into account strands preloading as well as geometric and material nonlinearities. In addition to contact and sliding phenomena, gap opening and closing actions are included in the models. According to the findings, self-centering moment-resisting frames (SF-MRF) combined with CFD enhance post-yielding stiffness and energy absorption with the least amount of permeant deformation in a certain CFD thickness. The obtained findings demonstrate that the effective energy dissipation ratio (β), is increased to 0.25% while also lowering the residual drift to less than 0.5%. Also, this enhancement in the self-centering connection with CFD's seismic performance was attained with a respectable moment capacity to beam plastic moment capacity ratio.
Bazzaz, Mohammad;Andalib, Zahra;Kheyroddin, Ali;Kafi, Mohammad Ali
Steel and Composite Structures
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v.19
no.4
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pp.917-937
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2015
During a seismic event, a considerable amount of energy is input into a structure. The law of energy conservation imposes the restriction that energy must either be absorbed or dissipated by the structure. Recent earthquakes have shown that the use of concentric bracing system with their low ductility and low energy dissipation capacity, causes permanent damage to structures during intense earthquakes. Hence, engineers are looking at bracing system with higher ductility, such as chevron and eccentric braces. However, braced frame would not be easily repaired if serious damage has occured during a strong earthquake. In order to solve this problem, a new bracing system an off-centre bracing system with higher ductility and higher energy dissipation capacity, is considered. In this paper, some numerical studies have been performed using ANSYS software on a frame with off-centre bracing system with optimum eccentricity and circular element created, called OBS_C_O model. In addition, other steel frame with diagonal bracing system and the same circular element is created, called DBS_C model. Furthermore, linear and nonlinear behavior of these steel frames are compared in order to introduce a new way of optimum performance for these dissipating elements. The obtained results revealed that using a ductile element or circular dissipater for increasing the ductility of off-centre bracing system and centric bracing system is useful. Finally, higher ductility and more energy dissipation led to more appropriate behavior in the OBS_C_O model compared to DBS_C model.
The aim of this study was to investigate and identify the differences in lower extremity energy dissipation strategies between drop-landing and countermovement-jump maneuvers. Fourteen recreational athletes(Age : $23.3{\pm}2.1years$, Height : $172.3{\pm}4.0cm$, Weight : $69.2{\pm}4.7kg$) were recruited and instructed to perform drop-landing from 45 cm height and countermovement-jump from 45 cm to 20 cm height. The landing phase was taken as the time between initial contact and peak knee flexion. A motion-capture system consisting of eight infra-red cameras was employed to collect kinematics data at a sampling rate of 200 Hz and a force-plate was used to collect GRF data at a sampling rate of 2000 Hz. Paired t-test was performed to determine the difference in kinematics and kinetics variables between each task. During the countermovement-jump task, all of lower extremity joint ROM and the hip joint eccentric moment were decreased and the ankle joint plantarflexion moment was increased than drop-landing task. In the eccentric work during countermovement-jump task, the ankle joint displayed greater while knee and hip joint showed lesser than drop-landing. Therefore, the knee joint acted as the key energy dissipater during drop-landing while the ankle joint contributed the most energy dissipation during countermovement-jump. Our findings collectively indicated that different energy dissipation strategies were adopted for drop-landing and countermovement-jump.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.6
no.1
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pp.60-73
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2014
The seaward reverse wave, occurring on the submerged dual porous horizontal plate, can contribute to the reduction of the transmitted wave as it reflects the propagating wave. However, the collision between the propagating and seaward reverse waves increases the water level and acts as a weight on the horizontal plate. This study investigated the characteristics of the wave pressure created by the seaward reverse wave through the analysis of experimental data. The analysis confirmed the following results: 1) the time series of the wave pressure showed reverse phase phenomena due to the collision, and the wave pressures acted simultaneously on both upper and lower surfaces of the horizontal plate; 2) the horizontal plate became repeatedly compressed and tensile before and after the occurrence of the seaward reverse wave; and 3) the seaward reverse wave created the total wave pressure to the maximum towards the direction of gravity, primarily on the upper plate. It was also confirmed that the wave distributions showed a similar trend to the wave steepness. Such outcome of the analysis will provide basic information to the structural analysis of the horizontal plate as a wave dissipater of the steel-type breakwater (STB).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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