Coupled building control is a viable method to protect tall buildings from seismic excitation. In this study, the semi-active control of a building complex is investigated for mitigating seismic responses. The building complex is formed of one main building and one podium structure connected through Magneto-Rheological (MR) Dampers and Tuned Mass Damper. The conventional semi-active control techniques require a primary controller as a reference to determine the desired control force, and modulate the input voltage of the MR damper by comparing the desired control force. The fuzzy logic directly determines the input voltage of an MR damper from the response of the MR damper. The control performance of the proposed fuzzy control technique for the MR damper is evaluated for the control problem of a seismically-excited building complex. In this paper, a building complex that include a 14-story main building and an 8-story podium structure is applied as a numerical example to demonstrate the effectiveness of semi-active control with Magneto-Rheological dampers and its comparison with the passive control with the Tuned Mass Damper and two uncoupled buildings and hybrid semi-active control including the Tuned Mass Damper and Magneto-Rheological dampers while they are subject to the earthquake excitation. The numerical results show that semi-active control and hybrid semi-active control can significantly mitigate the seismic responses of both buildings, such as displacement and shear force responses, and fuzzy control technique can effectively mitigate the seismic response of the building complex.
Under high velocity, pulse type near source earthquakes semi-active control systems are very effective in reducing seismic response base isolated structures. Semi-active control systems can be classified as: 1) independently variable stiffness, 2) independently variable damping, and 3) combined variable stiffness and damping systems. Several researchers have studied the effectiveness of independently varying damping systems for seismic response reduction of base isolated structures. In this study effectiveness of a combined system consisting of a semi-active independently variable stiffness (SAIVS) device and a magnetorheological (MR) damper in reducing seismic response of base isolated structures is analytically investigated. The SAIVS device can vary the stiffness, and hence the period, of the isolation system; whereas, the MR damper enhances the energy dissipation characteristics of the isolation system. Two separate control algorithms, i.e., a nonlinear tangential stiffness moving average control algorithm for smooth switching of the SAIVS device and a Lyapunov based control algorithm for damping variation of MR damper, are developed. Single and multi degree of freedom systems consisting of sliding base isolation system and both the SAIVS device and MR damper are considered. Results are presented in the form of nonlinear response spectra, and effectiveness of combined variable stiffness and variable damping system in reducing seismic response of sliding base isolated structures is evaluated. It is shown that the combined variable stiffness and variable damping system leads to significant response reduction over cases with variable stiffness or variable damping systems acting independently, over a broad period range.
While tuned mass dampers are found to be effective in suppressing vibration in a tall building, integrating it with a semi-active control system enables it to perform more efficiently. In this paper a forty-story tall steel-frame building designed according to the Canadian standard, has been studied with and without semi-active and passive tuned mass dampers. The building is assumed to be located in the Vancouver, Canada. A magneto-rheological fluid based semi-active tuned mass damper has been optimally designed to suppress the vibration of the structure against seismic excitation, and an appropriate control procedure has been implemented to optimize the building's semi-active tuned mass system to reduce the seismic response. Furthermore, the control system parameters have been adjusted to yield the maximum reduction in the structural displacements at different floor levels. The response of the structure has been studied with a variety of ground motions with low, medium and high frequency contents to investigate the performance of the semi-active tuned mass damper in comparison to that of a passive tuned mass damper. It has been shown that the semi-active control system modifies structural response more effectively than the classic passive tuned mass damper in both mitigation of maximum displacement and reduction of the settling time of the building.
In this paper, the displacement response to seismic loads was analyzed after installing TMD in spatial structures and high-rise buildings. In the case of a spatial structures, since it exhibits complex dynamic behavior under the influence of various vibration modes, it is not possible to effectively control the seismic response by installing only one TMD, unlike ordinary structures. Therefore, after installing eight TMDs in the structure, the correlation between displacement response and mass ratio was examined while changing the mass. The TMD must be designed to have the same frequency as the structure frequency so that the maximum response reduction effect can be exhibited. It can be confirmed that the most important variable is to select the optimal TMD mass in order to install the TMD on the structure and secure excellent control performance against the earthquake load. As a result of analyzing the TMD mass ratio, in the case of high-rise buildings, a mass ratio of 0.4% to 0.6% is preferable. In spatial structures, it is desirable to select a mass ratio of 0.1% to 0.2%. Because this study is based on the theoretical study based on numerical analysis, in order to design a TMD for a real structure, it is necessary to select within a range that does not affect the safety of the structure.
This paper presents the application of a semi-active fuzzy based control system for seismic response reduction of a single degree-of-freedom (SDOF) framed structure using a Magnetorheological (MR) damper. Semi-active vibration control with MR dampers has been shown to be a viable approach to protect building structures from earthquake excitation. Moreover, intelligent damping systems based on soft-computing techniques such as fuzzy logic models have the inherent robustness to deal with typical uncertainties and non-linearities present in civil engineering structures. Thus, the proposed semi-active control system uses fuzzy logic based models to simulate the behavior of MR damper and also to develop the control algorithm that computes the required control signal to command the actuator. The results of the numerical simulations show the effectiveness of the suggested semi-active control system in reducing the response of the SDOF structure.
In this paper, seismic qualification analysis for the Plant control Panel is carried out to confirm the structural integrity under the seismic conditions represented by required response spectra(RRS). The finite element method(FEM) is used for the analysis and a mode combination method is adopted to obtain a more reliable spectrum analysis results. In addition, the experimental analysis is performed to compare the reliability of the analytical results. The analysis results shows that the plant control panel system is designed to have the dynamic rigidity with no resonance frequency below 33 Hz. The analytically calculated maximum stress of the plant control panel system is $36\%$ of the field strength of material, thus it can be shown that the system has a stable structure for the seismic load.
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.
In this study, the retractable-roof spatial structure was chosen as the analytical model and a tuned mass damper (TMD) was installed in the analytical model in order to control the seismic response. The analysis model is mainly consisted of runway trusses (RT) and transverse trusses (TT), and the displacement response was analyzed by installing TMD on those trusses. The mass of the single TMD which is installed in the analytical model was set to 1% of the total structure mass and the total TMD mass ratio was set to be 8% or 6%. In addition, the mass of a single TMD was varied depending on the number of installations. As a result of analyzing the optimal number of installations of TMD, the displacement response was reduced in all cases compared to the case without TMD. Above all, the case with 8 TMDs was the most effective in reducing he displacement response. However, in this case, as the load on the upper structure of the retractable-roof spatial structure increases, the total mass ratio of TMD was maintained and the number of TMDs was increased to reduce the mass ratio of one TMD.
Shuaijun Zhang;Gangling Hou;Chengyu Yang;Zhihua Yue;Yuzhu Wang;Min He;Lele Sun;Xuesong Cai
Nuclear Engineering and Technology
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제56권7호
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pp.2595-2609
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2024
This paper introduces a base isolation system-tuned mass damper inerter (BIS-TMDI) hybrid system to the AP1000 nuclear power plant (NPP), which reduces seismic damage potential of the NPP structure. The effects of fluid-structure interaction (FSI) caused by the passive containment cooling system water storage tank (PCCWST) on NPP's seismic performance are investigated. The FSI of water tank theoretical model is considered based on the Housner's model, and a series of time history analyses are performed to prove the rationality of the proposed model. Three single-objective optimization strategies are employed to minimize the relative displacement variance and absolute acceleration variance of the upper structure, as well as the filtered energy index (FEI). Furthermore, a multi-objective optimization strategy considering all these three indexes is proposed to obtain optimal parameters of vibration control. The influence of vibration control strategies on the relative deformation and acceleration of the upper structure is explored with various water level ratios. The analytical results indicate that the proposed BIS-TMDI strategy has significantly reduced the NPP structure's seismic response. The effectiveness of the vibration control strategy is influenced by the water level ratio, emphasizing the significance of designing an appropriate water level ratio to reduce NPP structure's seismic response.
Based on the change of traditional viscoelastic damper structure, a brand-new damper is designed to control simultaneously the translational vibration and the rotational vibration for platforms. Experimental study has been carried out on the mechanical properties of viscoelastic material and on its multi-dimensional seismic response control effect of viscoelastic damper. Three types of viscoelastic dampers with different shapes of viscoelastic material are designed to test the influence of excited frequency, strain amplitude and ambient temperature on the mechanical property parameters such as circular dissipation per unit, equivalent stiffness, loss factor and storage shear modulus. Then, shaking table tests are done on a group of single-storey platform systems containing one symmetric platform and three asymmetric platforms with different eccentric forms. Experimental results show that the simulation precision of the restoring force model is rather good for the shear deformation of viscoelastic damper and is also satisfied for the torsion deformation and combined deformations of viscoelastic damper. The shaking table tests have verified that the new-type viscoelastic damper is capable of mitigating the multi-dimensional seismic response of offshore platform.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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