This paper focuses on a recently proposed asymmetric base-isolation coupling control system (ABiCS) for the vibration control of adjacent twin buildings. The ABiCS consists of inter-story diagonal dampers, a connecting damper between the two buildings, and a seismic isolation device at the base floor of one building. To investigate the control characteristics of ABiCS, a parametric study was performed by numerically simulating the 20-story twin buildings. In the parametric study, the control capacities of the inter-story diagonal dampers, connecting damper, and seismic isolation device were considered as varying parameters. The parametric study results indicate that the connecting damper between the two buildings reduces the responses of both buildings only at optimal or near-optimal capacity. In addition, adjusting the stiffness of the base isolation is found to be the most effective method for improving seismic performance and achieving cost-effectiveness. Accordingly, we presented a scenario-based performance improvement approach in which reducing the stiffness of the base isolation device could be an effective technique to improve the seismic performance of both buildings. However, note that checking the maximum allowable displacement of the base isolation device is essential.
The most common used control device on tall buildings and high-rise structures is active and passive tuned mass damper (ATMD and TMD). The major advantages of ATMD and TMD are discussed. The existing installations of various passive/active control devices on real structures are listed. A set of parameter optimization methods is proposed to determine optimal parameters of passive tuned mass dampers under wind excitation. Simplified formulas for determining the optimal parameters are proposed so that the design of a TMD can be carried out easily. Optimal design of wind-induced vibration control of frame structures is investigated. A thirty-story tall building is used as an example to demonstrate the procedure and to verify the efficiency of ATMD and TMD with the optimal parameters.
In the first part of the paper, the optimal design parameters for tuned liquid column dampers (TLCD) in harmonic pitching motion were investigated. The configurations in design tables include uniform and non-uniform TLCDs with cross-sectional ratios of 0.3, 0.6, 1, 2 and 3 for the design in different situations. A closed-form solution of the structural response was used for performing numerical optimization. The results from optimization indicate that the optimal structural response always occurs when the two resonant peaks along the frequency axis are equal. The optimal frequency tuning ratio, optimal head loss coefficient, the corresponding response and other useful quantities are constructed in design tables as a guideline for practitioners. As the value of the head loss coefficient is only available through experiments, in the second part of the paper, the prediction of head loss coefficients in the form of a design chart are proposed based on a series of large scale tests in pitching base motions, aiming to ease the predicament of lacking the information of head loss for those who wishes to make designs without going through experimentation. A large extent of TLCDs with cross-sectional ratios of 0.3, 0.6, 1, 2 and 3 and orifice blocking ratios ranging from 0%, 20%, 40%, 60% to 80% were inspected by means of a closed-form solution under harmonic base motion for identification. For the convenience of practical use, the corresponding empirical formulas for predicting head loss coefficients of TLCDs in relation to the cross-sectional ratio and the orifice blocking ratio were also proposed. For supplemental information to horizontal base motion, the relation of head loss values versus blocking ratios and the corresponding empirical formulas were also presented in the end.
In this paper, Simple Adaptive Control (SAC) method is used to mitigate the detrimental effects of earthquakes on MR-damper equipped structures. Acceleration Feedback (AF) is utilized since measuring the acceleration response of structures is known to be reliable and inexpensive. The SAC is simple, fast and as an adaptive control scheme, is immune against the effects of plant and environmental uncertainties. In the present study, in order to translate the desired control force into an applicable MR damper command voltage, a neural network inverse model is trained, validated and used through the simulations. The effectiveness of the proposed AF-based SAC control system is compared with optimal H2/LQG controllers through numerical investigation of a three-story model building. The results indicate that the SAC controller is substantially effective and reliable in both undamaged and damaged structural states, specifically in reducing acceleration responses of seismically excited buildings.
This paper presents the applicability of series tuned mass dampers (STMDs) to reduce the multiple resonant responses of continuous railway bridges under high-speed train. The bridge is modeled by two-span Bernoulli-Euler beam with uniform cross-section, and a STMD device consisting of two TMD units installed on the bridge to reduce its multiple resonant vibrations. The system is assumed to be under the action of a high-speed train passage which is modeled as a series of moving forces. Sequential Programming Technique (SQP) is carried out to find the optimal parameters of the STMD that minimizes the maximum peak responses of the bridge. Comparisons with the results available in the literature are presented to demonstrate the effectiveness and robustness of STMD system in reducing the multiple resonant responses of the continuous railway bridges under high-speed trains.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2004.10a
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pp.34-40
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2004
In this paper, peliminary design procedure of magnetorheological (MR) dampers is developed for controlling the building response induced by seismic excitation. Hysteretic biviscous model which is simple and can describe the hysteretic characteristics of MR damper is used for parametric studies. The capacity of MR damper is determined as a portion of not the building weight but the lateral restoring force. A method is proposed for the optimal placement and number of MR dampers, and its effectiveness is verified by comparing it with the simplified search algorithm. Numerical results indicate that the capacity, number and the placement can be reasonably determined using the proposed design procedure.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.17
no.4
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pp.51-58
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2017
The characteristics and effectiveness of double tuned mass dampers (DTMD) have been studied by many researchers. DTMD usually consists of one larger mass block and one smaller mass block. In this study, DTMD was proposed to reduce the vibration of vertical pumps in industrial plants. In order to assess the efficiency of the proposed method, numerical analysis for the simplified vertical pump model with single and double TMDs was carried out. It was also investigated that the effects of optimal TMD parameters such as frequency ratio and damping ratio on dynamic responses of the main structure. According to analysis results, DTMD are more effective to control the vibration of the vertical pump and show good robustness to the change in the stiffness of TMD.
Excessive cable vibrations are detrimental to cable-stayed bridges. Increasing the system damping of cables is a key solution to resolve this severe problem. Equations representing the dynamic characteristics of an inclined cable with a Deck-Anchored Damper (DAD) or with a Clipped Tuned Mass Dampers (CTMD) are reviewed. A theoretical comparison on the performance of cable vibration reduction between the cable-DAD system and the cable-CTMD systems is thoroughly discussed. Optimal system modal damping for the free vibration and transfer functions for the forced vibration for the two cabledamper systems are addressed and compared in detail. Design examples for these two different dampers are also provided.
We present an approach, based on the state dependent Riccati equation, for designing non-collocated seismic response control strategies for buildings accounting for physical constraints, with particular attention to force saturation. We consider both cases of active control using general actuators and semi-active control using magnetorheological dampers. The formulation includes multi control devices, acceleration feedback and time delay compensation. In the active case, the proposed approach is a generalization of the classic linear quadratic regulator, while, in the semi-active case, it represents a novel generalization of the well-established modified clipped optimal approach. As discussed in the paper, the main advantage of the proposed approach with respect to existing strategies is that it allows to naturally handle a broad class of non-linearities as well as different types of control constraints, not limited to force saturation but also including, for instance, displacement limitations. Numerical results on a typical building benchmark problem demonstrate that these additional features are achieved with essentially the same control effectiveness of existing saturation control strategies.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2003.09a
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pp.505-512
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2003
As large structures such as highrise buildings and cable-stayed bridges become lighter and more flexible, the necessity of structural control for reducing excessive displacement and acceleration due to seismic excitation is increased. As a means to minimize seismic damages, various base isolation systems are adopted or considered for adoption. In this study, the seismic performance of M dampers are studied and compared with that of the NZ system as a base isolation system As the control algorithm of the MR damper, the clipped-optimal control(applied LQR method) is employed. A five-story building is modeled and the seismic performance of the two systems subjected to three different earthquakes is compared. The results show that the M damper system can provide superior protection than the NZ system for a wide range of ground motions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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