The use of seismic energy-dissipative devices for passive control is increasing exponentially in the recent years for both new and existing buildings. Use of these devices started in and has been somewhat limited to developed countries. One of the current challenges is to promote the use of seismic dampers in earthquake-prone developing countries by lowering the cost of the devices. This paper proposed a new type of seismic damper based on yielding of a cantilever type metallic element for seismic retrofit of existing and new building structures. The hysteretic behavior and energy dissipation capacity of the proposed damper was investigated using component tests under cyclic loads. The experimental results indicated that the damping device had stable restoring force characteristics and a high energy dissipation capacity. Based on these results, a simple hysteretic model for predicting the load-displacement curve of the seismic damper was proposed.
Romo, L.;Benavent-Climent, A.;Morillas, L.;Escolano, D.;Gallego, A.
Earthquakes and Structures
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v.8
no.3
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pp.485-509
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2015
This paper presents the experimental results obtained by applying frequency-domain structural health monitoring techniques to assess the damage suffered on a special type of damper called Web Plastifying Damper (WPD). The WPD is a hysteretic type energy dissipator recently developed for the passive control of structures subjected to earthquakes. It consists of several I-section steel segments connected in parallel. The energy is dissipated through plastic deformations of the web of the I-sections, which constitute the dissipative parts of the damper. WPDs were subjected to successive histories of dynamically-imposed cyclic deformations of increasing magnitude with the shaking table of the University of Granada. To assess the damage to the web of the I-section steel segments after each history of loading, a new damage index called Area Index of Damage (AID) was obtained from simple vibration tests. The vibration signals were acquired by means of piezoelectric sensors attached on the I-sections, and non-parametric statistical methods were applied to calculate AID in terms of changes in frequency response functions. The damage index AID was correlated with another energy-based damage index -ID- which past research has proven to accurately characterize the level of mechanical damage. The ID is rooted in the decomposition of the load-displacement curve experienced by the damper into the so-called skeleton and Bauschinger parts. ID predicts the level of damage and the proximity to failure of the damper accurately, but it requires costly instrumentation. The experiments reported in this paper demonstrate a good correlation between AID and ID in a realistic seismic loading scenario consisting of dynamically applied arbitrary cyclic loads. Based on this correlation, it is possible to estimate ID indirectly from the AID, which calls for much simpler and less expensive instrumentation.
Traditional metal dampers have disadvantages such as a higher yield point and inadequate adjustability. The experimental results show that the low yield point steel has superior energy dissipation hysteretic capacity and can be applied to seismic structures. To overcome these deficiencies, a novel compound metal damper comprising both low yield point steel plates and common steel plates is presented. The optimization objectives, including "maximum rigidity" and "full stress state", are proposed to obtain the optimal edge shape of a compound metal damper. The numerical results show that the optimized composite metal damper has the advantages such as full hysteresis curve, uniform stress distribution, more sufficient energy consumption, and it can adjust the yield strength of the damper according to the engineering requirements. In view of the mechanical characteristics of the compound metal damper, the equivalent model of eccentric cross bracing is established, and the approximate analytical solution of the yield strength and the yield displacement is proposed. A nonlinear simulation analysis is carried out for the overall aseismic capacity of three-layer-frame structures with a compound metal damper. It is verified that a compound metal damper has better energy dissipation capacity and superior seismic performance, especially for a damper with double-objective optimized shape.
Reisi, Alireza;Mirdamadi, Hamid Reza;Rahgozar, Mohammad Ali
Earthquakes and Structures
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v.18
no.5
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pp.637-648
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2020
In this study, a new steel cylindrical shell configuration of the dissipative energy device is proposed to improve lateral ductility and to reduce the damage of the structures against seismic forces. Four nested-eccentric- cylindrical shells are used to constructing this device; therefore, this proposed device is named nested-eccentric-cylindrical shells damper (NECSD). The particular configuration of the nested-eccentric-cylindrical shells is applied to promote the mechanical characteristics, stability, and overall performance of the damper in cyclic loads. Shell-type components are performed as a combination of series and parallel non-linear springs into the in-plan plastic deformation. Numerical analysis with respect to dimensional variables are used to calculate the mechanical characteristics of the NECSD, and full-scale testing is conducted for verifying the numerical results. The parametric study shows the NECSD with thin shells were more flexible, while devices with thick shells were more capacious. The results from numerical and experimental studies indicate that the NECSD has a stable behavior in hysteretic loops with highly ductile performance, and can provide appropriate dissipated energy under cyclic loads.
Most of high-rise buildings in Japan*1 are structure with damping systems recently. The design procedure is performance-based design (PBD), which is based on the nonlinear response history procedure (NRHP) using 2 or 3-dimentional frame model. In addition, hysteretic property of steel plates or velocity-dependent property of viscous dampers are common practice for the damping system. However, for the selection of damping system, the easy dynamic analysis of recent date may lead the most of engineers to focus attention on the maximum response only without thinking how it shakes. By nature, the seismic design shall be to figure out the action of inertia forces by complex & dynamic loads including periodic and pulse-like characteristics, what we call seismic ground motion. And it shall be done under the dynamic condition. On the contrary, we engineers engineers have constructed the easy-to-use static loads and devoted ourselves to handle them. The structures with damping system shall be designed considering how the stiffness & damping to be applied to the structures against the inertia forces with the viewpoint of dynamic aspect. In this paper we reconsider the role of damping in vibration and give much thought to the basic of shake with damping from a standpoint of structural design. Then, we present some design examples based on them.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.2
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pp.84-91
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2019
Recently, there has been a tendency to improve seismic performance of building structure by installing a steel hysteretic damping device which is economically efficient and easy to install and maintain. However, for a reinforced concrete building, a set of complicated connecting hardware and braces to fix the steel hysteretic damping device yields deteriorated reliability in damping performance. Therefore, this study presents a method of directly embedding a Kagome damper, which was investigated in previous researches, into a concrete structure without additional connecting hardware. Moreover, in this study, a series of experiments conducted to provide a basis of the Kagome damper by confirming the seismic behavior for various embedded lengths. As a result, in a group of the embedded length of $1.0l_d$, the dampers were pulled out, while concrete breakout occurs. In a group of $2.0l_d$, neither pull-out nor concrete breakout occurred, while the dampers show stable behavior. Moreover, the buried length of $2.0l_d$ has 1.3 times better energy dissipation capacity. The system presented in this study can reduce the cost and period for installing, omitting making additional hardware.
Purpose: After analyzing the seismic capability of low-rise RC grid structures with insufficient seismic performance, the purpose of the project is to install steel slab hysteretic dampers (SSHD) to improve the seismic performance of beams and columns, and to suggest measures to minimize damage to the structure and human damage when an earthquake occurs. Method: The evaluation of the seismic performance of a structure is reviewed based on the assumption that the seismic performance is identified for the grid-type subway systems that are not designed to be seismic resistant and the installation of an SSHD system, a method that minimizes construction period, if insufficient, is required. Result: After the application and reinforce of structure with SSHD, and the results of eigenvalue analysis are as follows. The natural periodicity of longitudinal direction was 0.55s and that of vertical direction was 0.58s. Conclusion: As results of cyclic load test of structure with SSHD, the shear rigidity of damper is 101%, the energy dissipation rate is 108% and, plastic rotation angle of all column and beam is satisfied for $I_o$ level and therefore it is judged that the reinforce effect is sufficient.
Torra, Vicenc;Carreras, Guillem;Casciati, Sara;Terriault, Patrick
Smart Structures and Systems
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v.13
no.3
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pp.353-374
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2014
Recent studies were dedicated to the realization of measurements on stay-cable samples of different geometry and static conditions as available at several facilities. The elaboration of the acquired data showed a a satisfactory efficacy of the dampers made of NiTi wires in smoothing the cable oscillations. A further attempt to investigate the applicability of the achieved results beyond the specific case-studies represented by the tested cable-stayed samples is herein pursued. Comparative studies are carried out by varying the diameter of the NiTi wire so that similar measurements can be taken also from laboratory steel cables of reduced size. Details of the preparation of the Ni-Ti wires are discussed with particular attention being paid to the suppression of the creep phenomenon. The resulting shape of the hysteretic cycle differs according to the wire diameter, which affects the order of the fitting polynomial to be used when trying to retrieve the experimental results by numerical analyses. For a NiTi wire of given diameter, an estimate of the amount of dissipated energy per cycle is given at low levels of maximum strain, which correspond to a fatigue fracture life of the order of millions of cycles. The dissipative capability is affected by both the temperature and the cycling frequency at which the tests are performed. Such effects are quantified and an ageing process is proposed in order to extend the working temperature range of the damper to cold weathers typical of the winter season in Northern Europe and Canada. A procedure for the simulation of the shape memory alloy behavior in lengthy cables by finite element analysis is eventually outlined.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2003.03a
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pp.457-464
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2003
최근 교량의 건설에 있어서 내진설계가 주요문제로 부각되면서, 구조물의 진동응답을 제어 하는 갖가지 형태의 진동제어 기법이 적용되고 있다. LRB(Lead Rebbe. Bearing), LUD(Lock Up Device)등 다양한 지진격리장치가 설계에 적용되고 있으며 특히, 설계변경 .내진보수보강과 같이 제약 조건이 있는 상황에서 유용한 면진방법으로 사용되고 있다. 이러한 지진격리장치는 기본적인 설계특성인 수평강성, 감쇠성능에 대한 검증을 필요로 한다. 특히, 지진과 같은 동적하중에 대하여 하중속도, 수직력, 변형률 등에 대한 의존성과 내구성의 검토가 필요하며 유사장치에 대하여 검증실험기준의 정립이 진행 중에 있다. 강재이력댐퍼인 E-Shape 댐퍼는 지진격리장치로서 교각의 고정단에 교좌장치로 설치되어 상시에는 탄성영역 내에서 거동하는 고정단의 역할을 하다가, 지진발생시에는 E-Shape형태의 강재댐퍼가 소성변형을 통한 이력거동으로 에너지 소산기능을 가진 교좌장치이다. 최근 LRB에 대하여는 다양한 특성실험이 수행되고 있으나 상대적으로 강재이력댐퍼에 대하여는 이러한 검증실험이 수반되지 않고 사용되고 있다. 본 실험연구에서는 E-Shape 강재이력댐퍼에 대하여 연직하중, 수평변형률, 수평속도에 패한 동적특성을 평가함으로서 강재이력댐퍼를 이용한 지진격리설계의 타당성과 면진성능을 평가해 보았다.
Kim, Do Hyun;Ju, Young Kyu;Kim, Myung Han;Sung, Woo Gi;Kim, Sang Dae
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.21
no.1
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pp.83-91
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2009
Buckling Restrained Braces (BRBs) show good seismic behavior. They do not dissipate energy, however, when they are subjected to minor earthquakes or wind. Hybrid Buckling Restrained Braces (H-BRBs), which can improve the wind performance of the BRB system, are a kind of hybrid damper system composed of a viscoelastic damper and BRBs. In this paper, two H-BRB specimens with different cores were experimentally investigated to ensure the structural behavior of the H-BRB system in an elastic range. The axial deformation of the primary resisting system was compared with that of the secondary resisting system, and the equivalent damping ratio of the H-BRBs was estimated. It was concluded that H-BRBs with double shear dampers show good structural behavior and are applicable to tall buildings, to improve the building performance at a comfortable level.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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