In this study, we propose a new control system that effectively utilizes the interaction effect of control force through the connection of stiffness member for seismic performance enhancement of two adjacent structures equipped with active tuned mass damper (ATMD). The efficiency of the proposed control system is verified by comparing with the existing independent control system through the numerical simulations of the 10th- and 12th-story buildings. From the numerical results, it is confirmed that the proposed method can show similar or better control performance even with more economical control capacity than the existing independent control system. Another advantage is that the existing system does not exhibit the adaptive control performance in emergency of failure of one control device, whereas the proposed system can achieve successful adaptive control performance by economically and efficiently utilizing the interacting control effect through the connection member.
Seismic response control method of the bridge structures with semi-active control device, i.e., magneto-rheological (MR) damper, is studied in this paper. Design of various kinds of clipped optimal controller and fuzzy controller are suggested as a semi-active control algorithm. For determining the control force of MR damper, clipped optimal control method adopts bi-state approach, but the fuzzy control method continuously quantifies input currents through fuzzy inference mechanism to finely modulate the damper force. To investigate the performances of the suggested control techniques, numerical simulations of a multi-span continuous bridge system subjected to various earthquakes are performed, and their performances are compared with each other. From the comparison of results, it is shown that the fuzzy control system can provide well-balanced control force between girder and pier in the view point of structural safety and stability and be quite effective in reducing both girder and pier displacements over the existing control method.
During the structural design of urban over-track high-rise buildings, two problems are most likely encountered: the abrupt change of story stiffness between the podium and the upper towers, as well as the demand for train-induced vibration control. Traditional earthquake-resistant structures have to be particularly designed with transfer stories to meet the requirement of seismic control under earthquakes, and thus horizontal seismic isolation techniques are recommended to solve the transfer problem. The function of mitigating the vertical subway-induced vibration can be integrated into the isolation system including thick rubber bearings and 3D composite vibration control devices. Engineering project cases are presented in this paper for a more comprehensive understanding of the engineering practice and research frontiers of urban over-track high-rise buildings in China.
Many researches have been studied several vibration control device such as TMD and TLD to reduce the influence of wind or seismic waves for high-rise buildings. TLD provides some advantages such as easy installation and low maintenance cost. However, because of the difficulties in evaluating the characteristics of TLD, the dynamic characteristics of TLD must be investigated by experiment or analysis. In this study, the dynamic response analysis of structure with TLD was carried out to verify the vibration control ability of the proposed TLD for high-rise building with about 60 stories. A real seismic wave was used, and the parameter of interest was chosen by the height of water level in the same shape of water tank. From the numerical results, the responses of structure with water tank were confirmed to be safer than those of structure without water tank.
Many researches have been studied several vibration control device such as TMD and TLD to reduce the influence of wind or seismic waves for high-rise buildings. TLD provides some advantages such as easy installation and low maintenance cost. However, because of the difficulties in evaluating the characteristics of TLD, the dynamic characteristics of TLD must be investigated by experiment or analysis. In this study, the dynamic response analysis of structure with TLD was carried out to verify the vibration control ability of the proposed TLD for high-rise building. The parameter of interest was chosen by the height of the water level and the frequency of input seismic wave in the same shape of water tank.
High-rise buildings are equipped with TMD (Tuned Mass Damper), a vibration control device that ensure the stability and usability of the building. In this study, the seismic response control performance was evaluated by selecting the design variables of the TMD based on the installation location of the twisted irregular building. To this end, we selected analysis models of 60, 80, and 100 floors with a twist angle of 1 degree per floor, and performed time history analysis by applying historical seismic loads and resonant harmonic loads. The total mass ratio of TMDs was set to 1.0%, and the distributed installation locations of TMDs were selected through mode analysis. The analysis results showed that the top-floor displacement responses of all analysis models increased, but the maximum story drift ratio decreased. In order to secure the seismic response control performance by distributed installation of TMDs in twisted irregular buildings, it is judged that the mass ratio distribution of TMDs will act as a key variable.
The research field of structural control has evolved from the development of passive devices since 1970s, through the intensive investigation on active systems in 1980s, to the recent studies of semi-active control systems in 1990s. Currently semi-active control is considered most promising in civil engineering applications. However, actual implementation of semi-active devices is still limited due mainly to their system maintenance and associated long-term reliability as a result of power requirement. In this paper, the concept of functionally upgraded passive devices is introduced to streamline some of the state-of-the-art researches and guide the development of new passive devices that can mimic the function of their corresponding semi-active control devices for various applications. The general characteristics of this special group of passive devices are discussed and representative examples are summarized. Their superior performances are illustrated with cyclic and shake table tests of two example devices: mass-variable tuned liquid damper and friction-pendulum bearing with a variable sliding surface curvature.
Tuned mass damper (TMD) is widely used to reduce dynamic responses of structures subjected to earthquake loads. A smart tuned mass damper (STMD) was proposed to increase control performance of a traditional passive TMD. A lot of research was conducted to investigate the control performance of a STMD based on analytical method. Experimental study of evaluation of control performance of a STMD was not widely conducted to date. Therefore, seismic response reduction capacity of a STMD was experimentally investigated in this study. For this purpose, a STMD was manufactured using an MR (magnetorheological) damper. A simple structure presenting dynamic characteristics of spacial roof structure was made as a test structure. A STMD was made to control vertical responses of the test structure. Two artificial ground motions and a resonance harmonic load were selected as experimental seismic excitations. Shaking table test was conducted to evaluate control performance of a STMD. Control algorithms are one of main factors affect control performance of a STMD. In this study, a groundhook algorithm that is a traditional semi-active control algorithm was selected. And fuzzy logic controller (FLC) was used to control a STMD. The FLC was optimized by multi-objective genetic algorithm. The experimental results presented that the TMD can effectively reduce seismic responses of the example structures subjected to various excitations. It was also experimentally shown that the STMD can more effectively reduce seismic responses of the example structures conpared to the passive TMD.
본 연구에서는 에너지 소산형 감쇠기가 설치된 철근콘크리트 구조물의 지진응답 저감효과를 확률적으로 평가하기 위하여 지진취약도 함수를 도출하였다. 가속도민감 영역과 속도민감 영역에 속하는 대표 고유주기를 갖는 비선형 단자유도 시스템으로 모델링된 철근콘크리트 구조물을 대상으로 강도와 강성의 불확실성을 고려하였다. 원구조물에 다양한 강성과 감쇠를 갖는 변위의존형 감쇠기를 부가하여 비선형시간이력해석을 수행하였으며, 해석결과의 통계를 바탕으로 로그정규분포 형태의 지진취약도 함수를 도출하였다. 원구조물의 종류별로 감쇠기의 설계변수에 따른 지진취약도 함수의 변화를 검토하고 이를 통해 손상확률의 저감효과를 분석하였다.
The seismic behaviors of the arch structure vary according to the rise-span ratio of the arch structure. In this study, the rise-span ratio (H/L) of the example arch structure was set to 1/4, 1/6, and 1/8. And the installation angle of the seismic isolator was set to 15°, 30°, 45°, 60° and 90°. The installation angles of the seismic isolator were set by analyzing the horizontal and vertical reaction forces according to the rise-span ratio of the arch structure. Due to the geometrical and dynamic characteristics of the arch structure, the lower the rise-span ratio, the greater the horizontal reaction force of the static load, but the smaller the horizontal reaction force of the dynamic load. And if the seismic isolator is installed in the direction of the resultant force of the reaction forces caused by the seismic load, the horizontal seismic response becomes small. Also, as the installation angle of the seismic isolator increases, the hysteresis behavior of the seismic isolator shows a plastic behavior, and residual deformation appears even after the seismic load is removed. In the design of seismic isolators for seismic response control of large space structures such as arch structures, horizontal and vertical reaction forces should be considered.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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