This study presents the performance evaluation of a tuned mass damper (TMD) for controlling seismic responses of the nonlinear hysteretic structure represented by a Bouc-Wen model, considering that the general reinforce concrete building structures subject to earthquake load show nonlinear hysteretic behavior. Numerical analysis result indicates that the performance of a passive TMD of which design parameters are optimized for a elastic structure deteriorates when the hysteretic portion of the structural responses increases, while a semi-actively operated TMD shows about 15-40% more response reduction than the TMD.
A retractable-roof spatial structure is frequently used for a stadium and sports hall. A retractable-roof spatial structure allows natural lighting, ventilation, optimal conditions for grass growth with opened roof. It can also protects users against various weather conditions and give optimal circumstances for different activities. Dynamic characteristics of a retractable-roof spatial structure is changed based on opened or closed roof condition. A tuned mass damper (TMD) is widely used to reduce seismic responses of a structure. When a TMD is properly tuned, its control performance is excellent. Opened or closed roof condition causes dynamic characteristics variation of a retractable-roof spatial structure resulting in off-tuning. This dynamic characteristics variation was investigated. Control performance of a passive TMD and a smart TMD were evaluated under off-tuning condition.
This study investigates the seismic energy dissipation capacity of a hybrid passive damper composed of a friction and a hysteretic slit damper. The capacity of the hybrid device required to satisfy a given target performance of a reinforced concrete moment resisting frame designed with reduced design base shear is determined based on the ASCE/SEI 7-10 process, and the seismic performances of the structures designed without and with the hybrid dampers are verified by nonlinear dynamic analyses. Fragility analysis is carried out to investigate the probability of a specified limit state to be reached. The analysis results show that in the structure with hybrid dampers the residual displacements are generally reduced and the dissipated inelastic energy is mostly concentrated on the dampers. At the Moderate to Extensive damage states the fragility turned out to be smallest in the structure with the hybrid dampers.
Semiactive control systems have received considerable attention for protecting structures against natural hazards such as strong earthquakes and high winds, because they not only offer the reliability of passive control systems but also maintain the versatility and adaptability of fully active control systems. Among the many semiactive control devices, magnetorheological (MR) fluid dampers comprise one particularly promising class. In the field of civil engineering, much research and development on MR fluid damper-based control systems has been conducted since B. F. Spencer first introduced this unique semiactive device to civil engineering applications in mid 1990s. In 2001, MR fluid dampers were applied to the full-scale in-service civil engineering structures for the first time. This state-of-the-art paper includes a detailed literature review of control algorithms considering the characteristics of fm fluid dampers. This review provides references to semiactive control systems using MR fluid dampers. The MR fluid damper-based semiactive control systems are shown to have the potential for mitigating the responses of full-scale civil engineering structures under natural hazards.
Over the past twenty years, the concept of structural control has been investigated for the application to large civil engineering structures. At the early years, passive control systems, such as tuned mass damper(TMD) and tuned liquid mass bamper(TLD), have been utilized to reduce the wind induced vibrations of tall buildings, decks and pylons of long-span bridges. More recently, the active control concept has been applied to reducing the structural vibration and increasing the human comfortness in tall buildings during strong wind. In this study, the effectiveness of the active tuned mass damper(ATMD) has been investigated for reducing vibration of large structures during strong earthquake. Stochastic optimal control theory has been employed. Example analyses are carried out through analytical simulation studies.
The objective of optimal placement of dampers for a structure is to maximize the effective-ness of the vibration control with the same number of dampers. While many optimal placement methods of linear viscous dampers have been proposed and used, there are only a few methods for MR dampers. Here some optimal location indices for M dampers are proposed, which are similar to those for linear viscous dampers and show how large the structural responses on each floor are. Every time an additional MR damper is implemented, the optimal location index on each floor is measured, and then the next damper is installed on the floor with the maximum location index. In these sequential procedures, the peak interstory drift, the peak interstory velocity and the absolute acceleration of each floor are selected as the optimal location indeices. Four different earthquakes with various scales are loaded to the 20-story nonlinear benchmark building model (Otori et al. 2000, 2002). Passive On/on algorithms are used in order to represent the control algorithm of M dampers.
Kontoni, Denise-Penelope N.;Farghaly, Ahmed Abdelraheem
Wind and Structures
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제30권4호
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pp.423-432
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2020
A steel high-rise building (HRB) with 15 stories was analyzed under the dynamic load of wind or four different earthquakes taking into consideration the effect of soil-structure interaction (SSI) and using tuned mass damper (TMD) devices to resist these types of dynamic loads. The behavior of the steel HRB as a lightweight structure subjected to dynamic loads is critical especially for wind load with effect maximum at the top of the building and reduced until the base of the building, while on the contrary for seismic load with effect maximum at the base and reduced until the top of the building. The TMDs as a successful passive resistance method against the effect of wind or earthquakes is used to mitigate their effects on the steel high-rise building. Lateral displacements, top accelerations and straining actions were computed to judge the effectiveness of the TMDs on the response of the steel HRB subjected to wind or earthquakes.
The sealed, tuned liquid column gas damper (TLCGD) with gas-spring effect extends the frequency range of application up to about 5 Hz and efficiently increases the modal structural damping. In this paper the influence of several TLCGDs to reduce coupled translational and rotational vibrations of plan-asymmetric buildings under wind or seismic loads is investigated. The locations of the modal centers of velocity of rigidly assumed floors are crucial to select the design and the optimal position of the liquid absorbers. TLCGD's dynamics can be derived in detail using the extended non-stationary Bernoulli's equation for moving reference systems. Modal tuning of the TLCGD renders the optimal parameters by means of a geometrical transformation and in analogy to the classical tuned mass damper (TMD). Subsequently, fine-tuning is conveniently performed in the state space domain. Numerical simulations illustrate a significant reduction of the vibrations of plan-asymmetric buildings by the proposed TLCGDs.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제18권3호
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pp.579-587
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2017
Spaceborne cryocoolers produce undesirable micro-vibration disturbances during their on-orbit operation, which are a primary source of image-quality degradation for high-resolution observation satellites. Therefore, to comply with the strict mission requirement of high-quality image acquisition, micro-vibration disturbances induced by cooler operation have always been subjected to an isolation objective. However, in this study, we focused on the applicability of energy harvesting technology to generate electrical energy from micro-vibration energy of the cooler and investigated the feasibility of utilizing harvested energy as a power source to operate low-power-consumption devices such as micro-electromechanical system (MEMS) devices. A tuned mass damper (TMD)-type electromagnetic energy harvester combined with a conventional passive vibration isolator was proposed to achieve this objective. The system performs the dual functions of electrical energy generation and micro-vibration isolation. The effectiveness of the strategy was evaluated through numerical simulations.
In this paper, a modified skyhook control for the semi-active Macpherson suspension system is investigated. A new model for the semi-active type suspension, which incorporates the rotational motion of the unsprung mass, is introduced and an output feedback control law using the skyhook control method is derived. The gains in the skyhook controller are adaptively adjusted by estimating the road conditions. Because two vertical acceleration sensors, one for the sprung mass and another for the unsprung mass, are used rather than using the angle sensor for the rotational motion of the control arm, the relative velocity of the rattle space is filtered using the acceleration signals. For testing the control performance, the actual damping force has been incorporated via the hardware-in-the-loop simulations. The performances of a passive damper and a semi-active damper are compared. Simulation results are provided.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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