Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.6
no.2
s.20
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pp.131-136
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2006
It is important to evaluate energy absorption capacity of frames required during a design earthquake. An inelastic computer analysis based on mathematical modelling of energy absorbing frames and elements makes it possible to evaluate required energy absorption capacity. But such an analysis sometimes consumes much computation time particularly in case of complicated structural system. This paper presents a proposal to predict energy absorption of multi-bent steel frames by simple equivalent linear method.
Friction dampers are displacement dependent energy dissipation devices which dissipate earthquake energy through friction mechanism and widely used in improving the seismic behavior of new structures and rehabilitation of existing structures. In this paper, the cyclic behavior of a friction damper with different friction materials is investigated through experimental tests under cyclic loading. The damper is made of steel plates, friction pads, preloaded bolts and hard washers. The paper aims at investigating the hysteretic behavior of three friction materials under cyclic loading to be utilized in friction damper. The tested friction materials are: powder lining, super lining and metal lining. The experimental results are studied according to FEMA-356 acceptance criteria and the most appropriate friction material is selected by comparing all friction materials results.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.17
no.4
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pp.77-84
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2017
As an alternative to coupling beam in shear wall system, application of the damper which can dissipate energy is increasing. In this study, lintel beam type steel damper which is simple to construct and change depending on design load was proposed. Cyclic loading test was conducted to compare reinforced concrete coupling beam and lintel beam type steel damper. The test results showed that lintel beam type steel damper has higher initial stiffness and energy dissipation capacity than reinforced concrete coupling beam.
Sorrentino, Luigi;Masiani, Renato;Griffith, Michael C.
Structural Engineering and Mechanics
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v.29
no.4
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pp.433-453
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2008
The equation of motion of a one way (vertical) spanning strip wall, as an assembly of two rigid bodies, is presented. Only one degree of freedom is needed to completely describe the wall response as the bodies are assumed to be perfectly rectangular and are allowed to rock but not to slide horizontally. Furthermore, no arching action occurs since vertical motion of the upper body is not restrained. Consequently, the equation of motion is nonlinear, with non constant coefficients and a Coriolis acceleration term. Phenomena associated with overburden to self weight ratio, motion triggering, impulsive energy dissipation, amplitude dependency of damping and period of vibration, and scale effect are discussed, contributing to a more complete understanding of experimental observations and to an estimation of system parameters based on the wall characteristics, such as intermediate hinge height and energy damping, necessary to perform nonlinear time history analyses. A comparison to a simple standing, or parapet, wall is developed in order to better highlight the characteristics of this assembly.
The relative displacement of a piping system installed between isolated and nonisolated structures in a severe earthquake might be larger when without a seismic isolation system. As a result of the relative displacement, the seismic risks of some components in the building could increase. The possibility of an increase in seismic risks is especially high in the crossover piping system in the buildings. Previous studies found that an elbow which could be ruptured by low-cycle ratcheting fatigue is one of the weakest elements. Fatigue curves for elbows were suggested based on component tests. However, it is hard to find a quantitative evaluation of the ultimate state of piping elbows. Generally, the energy dissipation of a solid structure can be calculated from the relation between displacement and force. Therefore, in this study, the ultimate state of the pipe elbow, normally considered as failure of the pipe elbow, is defined as leakage under in-plane cyclic loading tests, and a failure estimation method is proposed using a damage index based on energy dissipation.
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.
The negative stiffness spring and inerter are both characterized by the negative stiffness effect in the force-displacement relationship, potentially yielding an amplifying mechanism for dashpot deformation by being incorporated with a series tuning spring. However, resisting forces of the two mechanical elements are dominant in different frequency domains, thus leading to necessary complementarity in terms of vibration control and the amplifying benefit. Inspired by this, this study proposes a Negative Stiffness Inerter System (NSIS) as an earthquake protection system and developed analytical design formulae by fully utilizing its advantageous features. The NSIS is composed of a sub-configuration of a negative stiffness spring and an inerter in parallel, connected to a tuning spring in series. First, closed-form displacement responses are derived for the NSIS structure, and a stability analysis is conducted to limit the feasible domains of NSIS parameters. Then, the dual advantageous features of displacement reduction and the dashpot deformation amplification effect are revealed and clarified in a parametric analysis, stimulating the establishment of a displacement-based optimal design framework, correspondingly yielding the design formulae in analytical form. Finally, a series of examples are illustrated to validate the derived formulae. In this study, it is confirmed that the synergistic incorporation of the negative stiffness spring and the inerter has significant energy dissipation efficiency in a wide frequency band and an enhanced control effect in terms of the displacement and shear force responses. The developed displacement-based design strategy is suitable to utilize the dual benefits of the NSIS, which can be accurately implemented by the analytical design formulae to satisfy the target vibration control with increased energy dissipation efficiency.
Rahman, Mohammad Sabbir;Chang, Seongkyu;Kim, Dookie
Structural Engineering and Mechanics
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v.63
no.4
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pp.537-549
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2017
One of the main concerns of civil engineering researchers is developing or modifying an energy dissipation system that can effectively control structural vibrations, and keep the structural response within tolerable limits during unpredictable events like earthquakes, wind and any kind of thrust load. This article proposes a new type of mass damper system for controlling wideband earthquake vibrations, called Multiple Wall Dampers (MWD). The basic principle of the Tuned Mass Damper (TMD) was used to design the proposed wall damper system. This passive energy dissipation system does not require additional mass for the damping system because the boundary wall mass of the building was used as a damper mass. The multi-mode approach was applied to determine the location and design parameters of the dampers. The dampers were installed based on the maximum amplitude of modes. To optimize the damper parameters, the multi-objective optimization Response Surface Methodology was used, with frequency response and maximum displacement as the objective functions. The obtained structural responses under different earthquake forces demonstrated that the MWD is one of the most capable tools for reducing the responses of multi-storied buildings, and this system can be practically used for new and existing building structures.
This study develops and numerically verifies an innovative seismically resilient bracing system. The proposed self-centering tension-only brace (SC-TOB) is composed of a tensioning system to provide a self-centering response, a frictional device for energy dissipation, and a high-strength steel cable as a bracing element. It is considered to be an improvement over the traditional self-centering braces in terms of lightness, high bearing capacity, load relief, and double-elongation capacity. In this paper, the mechanics of the system are first described. Governing equations deduced from the developed analytical model to predict the behavior of the system are then provided. The results from a finite element validation confirm that the SC-TOB performs as analytically predicted. Key parameters including the activation displacement and load, the self-centering parameter, and equivalent viscous damping are investigated, and their influences on the system behavior are discussed. Finally, a design procedure considering controlled softening behavior is developed and illustrated through a design example.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.7
no.6
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pp.93-99
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2003
In this study, new shock absorbing system is proposed by using nano-technology based on the theoretical analysis. The new shock absorbing system is complementary to the hydraulic damper, having a cylinder-piston-orifice construction. Particularly for new shock absorbing system, the hydraulic oil is replaced by a colloidal suspension, which is composed of a porous matrix and a lyophobic fluid. The matrix of the suspension is consisted of porous micro-grains with a special architecture: they present nano-pores serially connected to micro-cavities. Until now, only experimentally qualitative studies of new shock absorbing system have been performed, but the mechanism of energy dissipation has not been clarified. This paper presents a modeling and theoretical analysis of the new shock absorbing system thermodynamics, nono-flows and energy dissipation. Compared with hydraulic system, the new shock absorbing system behaves more efficiently, which absorb a large amount of mechanical energy, without heating. The theoretical computations agree reasonably well with the experimental results. As a result. the proposed new shock absorbing system was proved to be an effective one, which can replace with the conventional one.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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