The Retrofit Yield Spectrum (RYS) is a new spectrum-based device that relates seismic demand of a retrofitted structure with the fundamental design parameters of the retrofit. This is obtained from superposition of Yield Point Spectra with design charts that summarize in pertinent spectrum-compatible coordinates the attributes of a number of alternative retrofit scenarios. Therefore, once the requirements for upgrading a given structure have been determined, the RYS enable direct insight of the sensitivity of the seismic response of the upgraded structure to the preliminary design decisions made while establishing the retrofit plan. By virtue of their spectrum-based origin, RYS are derived with reference to a single mode of structural vibration; a primary objective is to control the contribution of this mode in the retrofit design so as to produce a desirable distribution of damage at the ultimate limit state by removing soft storey formations and engaging the maximum number of structural members in deformation, in response to the input motion. Calculations are performed with reference to the yield-point, where secant stiffness is proportional to the flexural strength of reinforced concrete members. Derivation and use of the Retrofit Yield Spectra (RYS) refers to the seismic demand expressed either in terms of spectral acceleration, spectral displacement or interstory drift, at yield of the first storey. A reinforced concrete building that has been tested in full scale to a sequence of simulated earthquake excitations is used in the paper as a demonstration case study to examine the effectiveness of the proposed methodology.
Errico, Fabrizio;Ichchou, M.;De Rosa, S.;Bareille, O.;Franco, F.
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.5
no.1
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pp.1-19
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2018
The present work shows many aspects concerning the use of a numerical wave-based methodology for the computation of the structural response of periodic structures, focusing on cylinders. Taking into account the periodicity of the system, the Bloch-Floquet theorem can be applied leading to an eigenvalue problem, whose solutions are the waves propagation constants and wavemodes of the periodic structure. Two different approaches are presented, instead, for computing the forced response of stiffened structures. The first one, dealing with a Wave Finite Element (WFE) methodology, proved to drastically reduce the problem size in terms of degrees of freedom, with respect to more mature techniques such as the classic FEM. The other approach presented enables the use of the previous technique even when the whole structure can not be considered as periodic. This is the case when two waveguides are connected through one or more joints and/or different waveguides are connected each other. Any approach presented can deal with deterministic excitations and responses in any point. The results show a good agreement with FEM full models. The drastic reduction of DoF (degrees of freedom) is evident, even more when the number of repetitive substructures is high and the substructures itself is modelled in order to get the lowest number of DoF at the boundaries.
The use of structural control devices to minimize structural response to seismic/dynamic excitations has attracted increased attention in recent years. The use of magnetorheological (MR) dampers as a control device have captured the attention of researchers in this field due to its flexibility, adaptability, easy control, and low power requirement compared to other control devices. However, little attention has been paid to the effect of configuration and number of dampers installed in a structure on responses reduction. This study assesses the control of a five-story structure using one and two MR dampers at different stories to determine the optimal damper positions and configurations based on performance indices. This paper also addresses the fail-safe current value to be applied to the MR damper at each floor in the event of feedback or control failure. The model is mathematically simulated in SIMULINK/MATLAB environment. Linear control strategies for current at 0 A, 0.5 A, 1 A, 1.5 A, 2 A, and 2.5 A are implemented for MR dampers, and the response of the structure to these control strategies for different configurations of dampers is compared with the uncontrolled structure. Based on the performance indices, it was concluded that the dampers should be positioned starting from the ground floor, then the 2nd floor followed by 1st and rest of the floors sequentially. The failsafe value of current for MR dampers located in lower floors (G+1) should be kept at a higher value compared to dampers at top floors for effective passive control of multi-story structures.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.18
no.1
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pp.109-116
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2018
As the number of high-rise buildings increases, a mid-story isolation system has been proposed for high-rise buildings. Due to structural problems, an appropriate isolation layer displacement is required for an isolation system. In this study, the mid-story isolation system was designed and the seismic response of the structure was investigated by varying the yield strength and the horizontal stiffness of the seismic isolation system. To do this, a model with an isolation layer at the bottom of $15^{th}$ floor of a 20-story building was used as an example structure. Kobe(1995) and Nihonkai-Chubu(1983) earthquake are used as earthquake excitations. The yield strength and the horizontal stiffness of the seismic isolation system were varied to determine the seismic displacement and the story drift ratio of the structure. Based on the analytical results, as the yield strength and horizontal stiffness increase, the displacement of the isolation layer decreases. The story drift ratio decreases and then increases. The displacement of the isolation layer and the story drift ratio are inversely proportional. Increasing the displacement of the isolation layer to reduce the story drift ratio can cause the structure to become unstable. Therefore, an engineer should choose the appropriate yield strength and horizontal stiffness in consideration of the safety and efficiency of the structure when a mid-story isolation system for a high-rise building is designed.
Karunaratne, Nivithigala P.K.V.;Thambiratnam, David P.;Perera, Nimal J.
Earthquakes and Structures
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v.11
no.6
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pp.1001-1025
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2016
Building structures generally have inherent low damping capability and hence are vulnerable to seismic excitations. Control devices therefore play a useful role in providing safety to building structures subject to seismic events. In recent years semi-active dampers have gained considerable attention as structural control devices in the building construction industry. Magneto-rheological (MR) damper, a type of semi-active damper has proven to be effective in seismic mitigation of building structures. MR dampers contain a controllable MR fluid whose rheological properties vary rapidly with the applied magnetic field. Although some research has been carried out on the use of MR dampers in building structures, optimal design of MR damper and combined use of MR and passive dampers for real scale buildings has hardly been investigated. This paper investigates the use of MR dampers and incorporating MR-passive damper combinations in building structures in order to achieve acceptable levels of seismic performance. In order to do so, it first develops the MR damper model by integrating control algorithms commonly used in MR damper modelling. The developed MR damper is then integrated in to the seismically excited structure as a time domain function. Linear and nonlinear structure models are evaluated in real time scenarios. Analyses are conducted to investigate the influence of location and number of devices on the seismic performance of the building structure. The findings of this paper provide information towards the design and construction of earthquake safe buildings with optimally employed MR dampers and MR-passive damper combinations.
Kim, Yang-Hann;Park, Joo-Bae;Hong, Sup;Choi, Yoon-Rak
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.05a
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pp.478-483
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2001
We experimentally attempted to understand the vibration characteristics of a flexible pipe excited by vortex shedding. This has been extensively studied in the past decades (For example, see [2-9]). However, there are still areas that need more study. One of them is to study the relation between spatial characteristics of a flow induced vibrating pipe, such as its length, the distribution of wave number, and frequency responses. A non-linear mechanism between the responses of in-line and cross-flow directions is also an area of interests, if the pipe is relatively long so that structural modal density is reasonably high. In order to investigate such areas, two kinds of instrumented pipe were designed. The instrumented pipes, of which the lengths are equally 6m, are wound with rubber and silicon tape in different ways, having different vortex shedding conditions. One has uniform cross-section of diameter of 26. 7mm, and the other has equally spaced by 4 sub-sections, which are composed of different diameters of 75.9, 61.1, 45.6 and 26.7mm. Both pipes are towed in a water tank (200m ${\times}$ 16m ${\times}$ 7m) so that they experienced different vortex shedding excitations. The towing pipe experiments exhibit several valuable features. One of them is that the natural frequencies and their corresponding strain mode shapes dominate the strain response of the uniform pipe. However, for those of non-uniform pipe, the responses are more likely local and many modes participate in it.
Kangqian Xu;Akira Mita;Dawei Li;Songtao Xue;Xianzhi Li
Smart Structures and Systems
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v.33
no.2
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pp.119-131
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2024
Drift angle is a significant index for diagnosing post-event structures. A common way to estimate this drift response is by using modal parameters identified under natural excitations. Although the modal parameters of shear structures cannot be identified accurately in the real environment, the identification error has little impact on the estimation when measurements from several floors are used. However, the estimation accuracy falls dramatically when there is only one accelerometer. This paper describes the susceptibility of single sensor identification to modelling error and simulations that preliminarily verified this characteristic. To make a robust evaluation from measurements of one floor of shear structures based on imprecisely identified parameters, a novel scheme is devised to approximately correct the mode shapes with respect to fictitious frequencies generated with a genetic algorithm; in particular, the scheme uses constrained minimization to take both the mathematical aspect and the realistic aspect of the mode shapes into account. The algorithm was validated by using a full-scale shear building. The differences between single-sensor and multiple-sensor estimations were analyzed. It was found that, as the number of accelerometers decreases, the error rises due to insufficient data and becomes very high when there is only one sensor. Moreover, when measurements for only one floor are available, the proposed method yields more precise and appropriate mode shapes, leading to a better estimation on the drift angle of the lower floors compared with a method designed for multiple sensors. As well, it is shown that the reduction in space complexity is offset by increasing the computation complexity.
Miguel, Leandro Fleck Fadel;Miguel, Leticia Fleck Fadel;Riera, Jorge Daniel;Menezes, Ruy Carlos Ramos De
Structural Engineering and Mechanics
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v.27
no.5
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pp.625-638
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2007
The damage detection process may appear difficult to be implemented for truss structures because not all degrees of freedom in the numerical model can be experimentally measured. In this context, the damage locating vector (DLV) method, introduced by Bernal (2002), is a useful approach because it is effective when operating with an arbitrary number of sensors, a truncated modal basis and multiple damage scenarios, while keeping the calculation in a low level. In addition, the present paper also evaluates the noise influence on the accuracy of the DLV method. In order to verify the DLV behavior under different damages intensities and, mainly, in presence of measurement noise, a parametric study had been carried out. Different excitations as well as damage scenarios are numerically tested in a continuous Warren truss structure subjected to five noise levels with a set of limited measurement sensors. Besides this, it is proposed another way to determine the damage locating vectors in the DLV procedure. The idea is to contribute with an alternative option to solve the problem with a more widespread algebraic method. The original formulation via singular value decomposition (SVD) is replaced by a common solution of an eigenvector-eigenvalue problem. The final results show that the DLV method, enhanced with the alternative solution proposed in this paper, was able to correctly locate the damaged bars, using an output-only system identification procedure, even considering small intensities of damage and moderate noise levels.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.35
no.3
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pp.71-78
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1998
Recently, modern long-stroke diesel engines with small number of cylinders have been installed for energy saving and simpler maintenance. These kinds of low speed diesel engine produce large torsional vibration in the shafting, which induces the excessive vibratory stresses in the shafting and large propeller thrust variation. This thrust variation excites vibrations of the shafting and superstructure in the longitudinal direction. Up to now the deteriministic analysis of coupled vibration of marine shafting system has been performed. In this paper probabilistic analysis method of the marine diesel propulsion shafting system under coupled axial and torsional vibrations is presented. For the purpose of this work, the torsional and axial vibration excitations of engine and propeller are assumed to be probabilistic while the lateral excitation is assumed to be deterministic. The probabilistic analysis is based on a response surface and Monte-Carlo simulation. Numerical results based on the proposed method are compared with results calculated using the conventional deterministic analysis method. The results obtained make it clear that the proposed method gives a substantial increase in information about shafting behaviour as compared with the deterministic method.
Referring to the formulation of physical stochastic optimal control of structures and the scheme of optimal polynomial control, a nonlinear stochastic optimal control strategy is developed for a class of structural systems with hysteretic behaviors in the present paper. This control strategy provides an amenable approach to the classical stochastic optimal control strategies, bypasses the dilemma involved in It$\hat{o}$-type stochastic differential equations and is applicable to the dynamical systems driven by practical non-stationary and non-white random excitations, such as earthquake ground motions, strong winds and sea waves. The newly developed generalized optimal control policy is integrated in the nonlinear stochastic optimal control scheme so as to logically distribute the controllers and design their parameters associated with control gains. For illustrative purposes, the stochastic optimal controls of two base-excited multi-degree-of-freedom structural systems with hysteretic behavior in Clough bilinear model and Bouc-Wen differential model, respectively, are investigated. Numerical results reveal that a linear control with the 1st-order controller suffices even for the hysteretic structural systems when a control criterion in exceedance probability performance function for designing the weighting matrices is employed. This is practically meaningful due to the nonlinear controllers which may be associated with dynamical instabilities being saved. It is also noted that using the generalized optimal control policy, the maximum control effectiveness with the few number of control devices can be achieved, allowing for a desirable structural performance. It is remarked, meanwhile, that the response process and energy-dissipation behavior of the hysteretic structures are controlled to a certain extent.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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