In order to upgrade the seismic resistibility of structures and enhance the functionality of an isolator, a new base isolator called the multiple trench friction pendulum system (MTFPS) is proposed in this study. The proposed MTFPS isolator is composed of a trench concave surface and several intermediate sliding plates in two orthogonal directions. Mathematical formulations have been derived to examine the characteristics of the proposed MTFPS isolator possessing numerous intermediate sliding plates. By means of mathematical formulations which have been validated by experimental results of bidirectional ground shaking, it can be inferred that the natural period and damping effect of the MTFPS isolator with several intermediate sliding plates can be altered continually and controllably during earthquakes. Furthermore, results obtained from the component and shaking table tests demonstrate that the proposed isolator provides good protection to structures for prevention of damage from strong earthquakes.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.17
no.6
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pp.245-255
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2013
According to natural frequency of soil, characteristics of earthquake responses of an isolated containment building in nuclear power plants are examined. For this, earthquake response analysis of seismically isolated containment buildings in nuclear power plants is carried out by strictly considering soil-structure interactions. The structure and near-field soil are modeled by the finite element method while far-field soil by consistent transmitting boundary. The equation of motion of a soil-structure interaction system under incident seismic wave is derived. The derived equations of motion are solved to carry out earthquake analysis of a seismically isolated soil-structure system. Generally, the results of this analysis show that seismic isolation significantly reduces the responses of the soil-structure system. However, if the natural frequency of the soil is similar to that of the soil-structure system, the responses of the containment buildings in nuclear power plants rather increases due to interactions in the system.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.7
no.3
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pp.23-30
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2003
The seismic base isolation design approach has been reviewed and modified to fit the nonlinear static analysis procedure for determination of the performance point of structures in a simpler way, such an adaptation may be possible for the fact that a structural system under development of damage due to earthquake loading keeps softening to result in period shifting toward longer side. The superiority of the proposed method to the state-of-the-practice approach is that the reasonably accurate performance point can be obtained without constructing the so-called acceleration displacement response spectrum required in application of capacity spectrum method. The validity of the proposed approach was verified by comparing the predicted values to the exact ones presented in the literature.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.4
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pp.55-61
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2008
One of the most recent base-isolation systems to improve the earthquake resistance of structures is the Friction Pendulum System(FPS). Simple in design but with versatile properties, the FPS has been used in some of the world s largest seismically isolated buildings, bridges and chemical tanks. FPS using PTFE(Polytetrafl-uoroethylene) based material has been developed to provide a simple and effective way for structures to achieve earthquake resistance. PTFE materials are soft, and are apt to become deformed easily after a few working cycles. In this study, magnetic force is used rather than the usual PTFE materials to improve the material shortcomings. A MF-FPS(Magnetic force-Friction Pendulum System) is proposed, and us shown to effectively protect structures against earthquakes. To demonstrate the advantages of this new system, the MF-FPS is compared with FPS as an attempt to prove its performance. A six-degree-of-freedom model is considered as a numerical example. The ground acceleration data of El Centro, Mexico and Gebze earthquakes are used as seismic excitations. The results showed that MF-FPS improved performance compared with FPS.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.9
no.1
s.41
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pp.61-70
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2005
Shaking table tests are carried out on a single-degree-of-freedom mass that is equipped with a hybrid base isolation system. The isolator consists of a set of four specially-designed friction pendulum systems (FPS) and a magnetorheological (MR) damper. The structure and its hybrid isolation system are subjected to various intensities of near- and far-fault earthquakes on a large shake table. The proposed fuzzy controller uses feedback from displacement or acceleration transducers attached to the structure to modulate resistance of the semi-active damper to motion. Results from several types of passive and semi-active control strategies are summarized and compared. The study shows that a combination of FPS isolators and an adjustable MR damper can effectively provide robust control of vibration for a large full-scale structure undergoing a wide variety of seismic loads.
Farghaly, Ahmed Abdelraheem;Kontoni, Denise-Penelope N.
Earthquakes and Structures
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v.22
no.6
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pp.625-635
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2022
High-rise buildings (HRBs) are considered one of the most common structures nowadays due to the population growth, especially in crowded towns. The lack of land in crowded cities has led to the convergence of the HRBs and the absence of any gaps between them, especially in lands with weak soil (e.g., liquefaction-prone soil), but then during earthquakes, these structures may be exposed to the risk of collision between them due to the large increase in the horizontal displacements, which may be destructive in some cases to the one or both of these adjacent buildings. To evaluate methods of reducing the risk of collision between adjacent twin HRBs, this research investigates three vibration control methods to reduce the risk of collision due to five different earthquakes for the case of two adjacent reinforced concrete (RC) twin high-rise buildings of 15 floors height without gap distance between them, founded on raft foundation supported on piles inside a liquefaction-prone soil. Contact pounding elements between the two buildings (distributed at all floor levels and at the raft foundation level) are used to make the impact strength between the two buildings realistic. The mitigation methods investigated are the base isolation, the tuned mass damper (TMD) method (using traditional TMDs), and the pounding tuned mass damper (PTMD) method (using PTMDs connected between the two buildings). The results show that the PTMD method between the two adjacent RC twin high-rise buildings is more efficient than the other two methods in mitigating the earthquake-induced pounding risk.
Orthogonal pairs of rollers on concave beds (OPRCB) are a low-cost, low-tech rolling-based isolating system, whose high efficiency has been shown in a previous study. However, seismic performance of OPRCB isolators has only been studied in the two-dimensional (2D) state so far. This is while their performance in the three-dimensional (3D) state differs from that of the 2D state, mainly since the vertical accelerations due to rollers' motion in their beds, simultaneously in two orthogonal horizontal directions, are added up and resulting in bigger vertical inertia forces and higher rolling resistance. In this study, first, Lagrange equations were used to derive the governing equations of motion of the OPRCB-isolated buildings in 3D. Then, some regular shear-type OPRCB-isolated buildings were considered subjected to three-component excitations of far- and near-source earthquakes, and their responses were compared to those of their fixed-base counterparts. Finally, the effects of more realistic modeling and analysis were examined by comparing the responses of isolated buildings in 2D and 3D states. Response histories were obtained by the fourth-order Runge-Kutta-Nystrom method, considering the geometrical nonlinearity of isolators. Results reveal that utilizing the OPRCB isolators effectively reduces the acceleration response, however, depending on the system specifications and earthquake characteristics, the maximum responses of isolated buildings in the 3D state can be up to 40% higher than those in the 2D state.
Friction Pendulum isolators are tools developed in the past few decades. The simplest form of these isolators, are FPS whose main disadvantages are having a constant frequency independent of the frequency of the structure. For this reason, researchers have invented VFPI isolator whose frequency is variable and depends on displacement. Another friction pendulum isolator is DCFP isolator which is a combination of two FPS isolators. In this article, first by changing the geometry of DCFP isolator plates from spherical to elliptical, the motion and frequency equations of DVFPI isolators are defined, and then the seismic behavior of DVFPI isolators are analyzed in various geometric and plate friction settings using motion equations, and confirmed using ABAQUS software. The most important results of this study are that the hysteresis behavior of DVFPI isolators are severely nonlinear, its curve follows two distinct curvatures, and that the restoring force is faced with softening mechanism that limits the seismic force transmitted to the structure, whereas the restoring force in DCFP isolators increases linearly with increasing displacement.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2001.09a
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pp.320-328
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2001
Base Isolation system is an effective design strategy that provides a practical substitute for the seismic design of bridge. In this study, the dynamic tests were performed on two kinds of aseismic bridge bearings : Hydampot (hysteretic damping bearing) and Dynapot . Then, the dynamic analysis was carried out far a bridge using the experimental results to estimate the seismic performance of the bearings. Analysis was performed for four types oi earthquake loadings. The results of the dynamic test and theoretical analysis indicate that the performance of both bridge bearings is appropriate fur the earthquake loading.
The study presented herein focused on the change in hysteretic force-deformation behavior of lead rubber bearings (LRBs). The material model used to idealize response of LRBs under cyclic motion is capable of representing the gradual attrition in strength of isolator unit on account of lead core heating. To identify the effect of loading history on the hysteretic response of LRBs, a typical isolator unit is subjected to cyclic motions with different velocity, amplitude and number of cycles. Furthermore, performance of an LRB isolated single degree of freedom system is studied under different seismic input levels. Finally, the significance of lead core heating effect on LRBs is discussed by considering the current design approach for base isolated structures. Results of this study show that the response of an LRB is governed strongly by the amplitude and number of cycles of the motion and the considered seismicity level.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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