In the present paper, a method for identifying damage in a multi storeyed shear building structure is presented using minimum number of modal parameters of the structure. A damage at any level of the structure may lead to a major failure if the damage is not attended at appropriate time. Hence an early detection of damage is essential. The proposed identification methodology requires experimentally determined sparse modal data of any particular mode as input to detect the location and extent of damage in the structure. Here, the first natural frequency and corresponding partial mode shape values are used as input to the model and results are compared by changing the sensor placement locations at different floors to conclude the best location of sensors for accurate damage identification. Initially experimental data are simulated numerically by solving eigen value problem of the damaged structure with inclusion of random noise on the vibration characteristics. Reliability of the procedure has been demonstrated through a few examples of multi storeyed shear structure with different damage scenarios and various noise levels. Validation of the methodology has also been done using dynamic data obtained through experiment conducted on a laboratory scale steel structure.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.10a
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pp.346-353
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2002
The risk of bearing failure is evaluated through the seismic response analysis of a bridge considering the probabilistic characteristics of structural properties such as the mass of superstructure, the stiffness of pier, and the translational and rotational stiffness of the foundation as well as seismic loadings during the bridge service lift. The effect of pounding between adjacent vibration units on the risk of bearing failure is also investigated. The probabilistic characteristics of structural properties are obtained by the Monte Carlo simulations based on the probabilistic characteristics of basic random variables included in the structural properties. From the simulation results, the failure probability of fixed bearings attached on the abutment is found to be much higher than those placed on the piers. It is also found that the pounding effect significantly increases the failure probability of bearings. In the simply supported bridges, the risk of bearing failure increases as the number of bridge spans increase. Therefore, the failure probability of fixed bearing due to the effects of pounding phenomena and the number of bridge spans should be considered in the seismic desist of bearings.
This paper presents a least-square algorithms of lattice structures and their use for adaptive prediction of time series generated from the dynamic system. As the view point of adaptive prediction, a new method of Identification of dynamic characteristics by means of estimating the parameters of linear auto regressive model is proposed. The fast convergence of adaptive lattice algorithms is seen to be due to the orthogonalization and decoupling properties of the lattice. The superiority of the least-square lattice is verified by computer simulation, then predictor coefficients are computed from the linear sequential time data. For the application to the dynamic characteristic analysis of unknown system, the transfer function of ideal system represented in frquency domain and the estimated one obtained by predicted coefficients are compared. Using the proposed method, the damping ratio and the natural frequency of a dynamic structure subjected to random excitations can be estimated. It is expected that this method will be widely applicable to other technical dynamic problem in which estimation of damping ratio and fundamental vibration modes are required.
Across-wind aerodynamic damping ratios are identified from the wind-induced acceleration responses of 15 aeroelastic models of rectangular super-high-rise buildings in various simulated wind conditions by using the random decrement technique. The influences of amplitude-dependent structural damping ratio and natural frequency on the estimation of the aerodynamic damping ratio are discussed and the identifying method for aerodynamic damping is improved at first. Based on these works, effects of turbulence intensity $I_u$, aspect ratio H/B, and side ratio B/D on the across-wind aerodynamic damping ratio are investigated. The results indicate that turbulence intensity and side ratio are the most important factors that affect across-wind aerodynamic damping ratio, whereas aspect ratio indirectly affects the aerodynamic damping ratio by changing the response amplitude. Furthermore, empirical aerodynamic damping functions are proposed to estimate aerodynamic damping ratios at low and high reduced speeds for rectangular super-high-rise buildings with an aspect ratio in the range of 5 to 10, a side ratio of 1/3 to 3, and turbulence intensity varying from 1.7% to 25%.
In this research a theoretical and numerical study on a bridge damage detection procedure is presented based on vibration measurements collected from a set of accelerometers. This method, referred to as "Adjoint Variable Method", is a sensitivity-based finite element model updating method. The approach relies on minimizing a penalty function, which usually consists of the errors between the measured quantities and the corresponding predictions attained from the model. Moving mass is an interactive model and includes inertia effects between the model and mass. This interactive model is a time varying system and the proposed method is capable of detecting damage in this variable system. Robustness of the proposed method is illustrated by correct detection of the location and extension of predetermined single, multiple and random damages in all ranges of speed and mass ratio of moving vehicle. A comparative study on common sensitivity and the proposed method confirms its efficiency and performance improvement in sensitivity-based damage detection methods. In addition various possible sources of error, including the effects of measurement noise and initial assumption error in stability of method are also discussed.
The riser systems for floating offshore structures are known to experience tri-modal dynamic responses. These are owing to the combined loadings from the low-frequency response due to riser tension behavior, middle-range frequency response coming from winds and waves, and high-frequency response due to vortex induced-vibration. In this study, fatigue damage models were applied to predict the fatigue damages in a well-separated tri-modal spectrum, and the resultant fatigue damages of each model were compared with the most reasonable fatigue damage calculated by the inverse Fourier transform of the spectrum, rain-flow counting method, and Palmgren-Miner rule as a reference. The results show that the fatigue damage models developed for a wide-band spectrum are applicable to the tri-modal spectrum, and both the Benasciutti-Tovo and JB models could most accurately predict the fatigue damages of the tri-modal spectrum responses.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.12
no.5
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pp.992-1002
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1988
The dynamic response of rotor-bearing systems subjected to six-component nonststionary earthquake ground accelerations is analyzed. The governing equations of motion for the rotor are derived using Lagrangian approach. The six-component earthquake inputs result in both inhomogeneous and parametric excitations, so that the conventional spectral analysis of random vibration is not applicable. The method of Monte Carlo simulation is utilized to simulate the six-component nonstationary earthquake ground motions and to determine the response statistics of rotor-bearing systems. The significant influences due to rotational motions of seismic base on the overall structural response is demonstrated by a numerical example.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2006.03a
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pp.424-431
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2006
Many types of tuned mass dampers (TMDs), such as active TMDs, multiple TMDs, hybrid TMDs etc., have been studied to effectively reduce the dynamic responses of a structure subjected to various types of dynamic loads. In this study, we replace a passive damper by a semi-active tuned mass damper to improve the control performance of conventional TMDs (STMD). An idealized variable damping device is used as semi-active dampers. These semi-active dampers can change the properties of TMDs in real time based on the dynamic responses of a structure. The control performance of STMD is investigated with respect to various types of excitation by numerical simulation. Groundhook control algorithm is used to appropriately modulate the damping force of semi-active dampers. The control effectiveness between STMD and a conventional passive TMD, both under harmonic and random excitations, is evaluated and compared for a single-degree-of-freedom (SDOF) structure. Excitations are applied to the structure as a dynamic force and ground motion, respectively. The numerical studies showed that the control effectiveness of STMD is significantly superior to that of the passive TMD, regardless of the type of excitations.
This paper presents the results of an analytical study on seismic reliability of viscoelastically damped frame systems in comparison with that of conventional moment resisting frame systems. In order to exhibit the reliability of the frame systems with viscoelastic dampers, seismic reliability analyses were carried out for steel framed buildings, 5 and 12 storeys in height, designed as: (a) Case 1: Conventional moment resisting frame, (b) Case 2: Frame with viscoelastic dampers providing supplemental effective damping ratio of 10%, and (c) Case 3: Frame with viscoelastic dampers providing supplemental effective damping ratio of 20%. Nonlinear time history analyses were utilized to develop seismic fragility curves whilst monitoring various performance objectives. To obtain robust estimators of the seismic reliability, a database including 15 natural earthquake ground motion records with markedly different characteristics was employed in the fragility analysis. The results indicate that depending upon the supplemental effective damping ratio, frames designed with viscoelastic dampers have considerably lower annual probability of exceedance of performance limit states for structural components, showing up to a five-fold reduction in comparison to conventionally designed moment resisting frame system.
This study aimed to develop a method for the determination of the damaged story in reinforced concrete (RC) structure with ambient vibrations, based on modified jerk energy methodology. The damage was taken as a localized reduction in the stiffness of the structural member. For loading, random white noise excitation was used, and dynamic responses from the finite element model (FEM) of 4 story RC shear frame were extracted at nodal points. The data thus obtained from the structure was used in the damage detection and localization algorithm. In the structure, two damage configurations have been introduced. In the first configuration, damage to the structure was artificially caused by a local reduction in the modulus of elasticity. In the second configuration, the damage was caused, using the Elcentro1940 and Kashmir2005 earthquakes in real-time history. The damage was successfully detected if the frequency drop was greater than 5% and the mode shape correlation remained less than 0.8. The results of the damage were also compared to the performance criteria developed in the Seismostruct software. It is demonstrated that the proposed algorithm has effectively detected the existence of the damage and can locate the damaged story for multiple damage scenarios in the RC structure.
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