Reinforced concrete shear wall is one of the most common structural forms for high-rise buildings, and seismic energy dissipation techniques, which are effective means to control structural vibration response, are being increasingly used in engineering. Reinforced concrete-mild steel damper stiffness-tandem energy dissipation coupling beams are a new technology being gradually adopted by more construction projects since being proposed. Research on this technology is somewhat deficient, and this paper investigates design principles and methods for two types of mild steel dampers commonly used for energy dissipation coupling beams. Based on the conception design of R.C. shear wall structure and mechanics principle, the basic design theories and analytic expressions for the related optimization parameters of dampers at elastic stage, yield stage, and limit state are derived. The outcomes provide technical support and reference for application and promotion of reinforced concrete-mild steel damper stiffness-tandem energy dissipation coupling beam in engineering practice.
This paper proposes an optimum design method of structural and control systems, using a 2-D truss structure as an example. The structure is subjected to initial static loads and disturbances. For the structure, a FEM model is formed. Using modal transformation, the equation of motion is transformed into modal coordinates, in order to decrease D.O.F. of the FEM model. To suppress the effect of the disturbances, the structure is controlled by an output feedback $H_{\infty}$ controller. The design variables of the combined optimal design of the control-structure systems are the cross sectional areas of truss members. The structural objective function is the structural weight. The control objective function is the $H_{\infty}$ norm, the performance index of control. The second structural objective function is the energy of the response related to the initial state, which is derived from the time integration of the quadratic form of the state in the closed-loop system. In a numerical example, simulations have been perform. Through the consideration of structural weight and $H_{\infty}$ norm, an advantage of the combined optimum design of structural and control systems is shown. Moreover, since the performance index of control is almost nearly optimiz, we can acquire better design of structural strength.
International Journal of Ocean Engineering and Technology Speciallssue:Selected Papers
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v.6
no.1
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pp.60-68
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2003
This paper proposes an optimum design method of structural and control systems, using a 2-D truss structure as an example. The structure is subjected to initial static loads and disturbances. For the structure, a FEM model is formed. Using modal transformation, the equation of motion is transformed into modal coordinates, in order to decrease D.O.F. of the FEM model. To suppress the effect of the disturbances, the structure is controlled by an output feedback $H_{\infty}$ controller. The design variables of the combined optimal design of the control-structure systems are the cross sectional areas of truss members. The structural objective function is the structural weight. The control objective function is the $H_{\infty}$ norm, the performance index of control. The second structural objective function is the energy of the response related to the initial state, which is derived from the time integration of the quadratic form of the state in the closed-loop system. In a numerical example, simulations have been perform. Through the consideration of structural weight and $H_{\infty}$ norm, an advantage of the combined optimum design of structural and control systems is shown. Moreover, since the performance index of control is almost nearly optimiz, we can acquire better design of structural strength.
The stochastic optimal nonlinear control of coupled adjacent building structures is studied based on the stochastic dynamical programming principle and the stochastic averaging method. The coupled structures with control devices under random seismic excitation are first condensed to form a reduced-order structural model for the control analysis. The stochastic averaging method is applied to the reduced model to yield stochastic differential equations for structural modal energies as controlled diffusion processes. Then a dynamical programming equation for the energy processes is established based on the stochastic dynamical programming principle, and solved to determine the optimal nonlinear control law. The seismic response mitigation of the coupled structures is achieved through the structural energy control and the dimension of the optimal control problem is reduced. The seismic excitation spectrum is taken into account according to the stochastic dynamical programming principle. Finally, the nonlinear controlled structural response is predicted by using the stochastic averaging method and compared with the uncontrolled structural response to evaluate the control efficacy. Numerical results are given to demonstrate the response mitigation capabilities of the proposed stochastic optimal control method for coupled adjacent building structures.
Lim, Chang Gue;Shin, Jiuk;Moon, A Hae;Kim, Yong Nam;Lee, Kihak
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.26
no.2
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pp.83-93
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2022
In this study, to verify the structural performance of the Composite Joint System (CJS) hybrid structural model, a cyclic load test was performed and evaluated and verified through the test. To verify the structural performance of the CJS hybrid structural systems' joint and evaluate the seismic performance, four three-dimensional real-size specimens were developed with three internal beam-column specimens and one external beam-column specimen. The three interior column specimens were classified by different methods of joining the upper column and lower column, and the same bonding method as the primary specimen was used for the exterior column. The structural performances in terms of drift, strength, and energy dissipation capacity were analyzed and compared based on the experimental results. From the displacement-based loading experiment, all specimens showed a lateral drift of 4.0% without any significant strength drop and stable energy dissipation capacity.
Recently, hydrogen energy has been widely used because of strict regulations on greenhouse gas emissions. For using the hydrogen energy, it is required to supply hydrogen through a tube trailer. However hydrogen tube trailer can have excessive load problems during transportation due to reasons such as road shape and driving method, which may lead a risk of hydrogen leakage. So it is necessary to secure a high level of safety. The purpose of this study is to evaluate structural safety for the conservative design of hydrogen tube trailer. First, finite element(FE) modeling of the designed hydrogen tube trailer was performed. After that, safety evaluation method was established through static structural simulation based on the standard GC207 conditions. In addition, effectiveness of the designed model was confirmed through the results of the structural safety evaluation. Finally, driving simulation was used to derive acceleration graph according to time, which was considered as a dynamic property for the evaluation of conservative tube trailer safety evaluation. And dynamic structural simulation was conducted as a condition for actual transportation of tube trailer by applying dynamic properties. As a results, conservative safety was evaluated through dynamic structural simulation and the safety of hydrogen tube trailer was confirmed through satisfaction of the safety rate.
The new class of $Gd_5(Si_xGe_{1-x})_4$ compounds undergoes a simultaneous magnetic/structural phase transition giving a high level of strain that can be induced either by change in temperature or by application of a magnetic field. Profound changes of structural, magnetic, and electronic changes occur in the $Gd_5(Si_xGe_{1-x})_4$ system lead to extreme behavior of the material such as the giant magnetocaloric effect, colossal magnetostriction, and giant magnetoresistance. These unique material characters can be utilized for various applications including magnetic solid refrigerants, sensors, and actuators.
Modern earthquake-resistant design aims to isolate architectural precast concrete panels from the structural system so as to reduce the interaction with the supporting structure and hence minimize damage. The present study seeks to maximize the cladding-structure interaction by developing an energy-dissipating cladding system (EDCS) that is capable of functioning both as a structural brace, as well as a source of energy dissipation. The EDCS is designed to provide added stiffness and damping to buildings with steel moment resisting frames with the goal of favorably modifying the building response to earthquake-induced forces without demanding any inelastic action and ductility from the basic lateral force resisting system. Because many modern building facades typically have continuous and large openings on top of the precast cladding panels at each floor level for window system, the present study focuses on spandrel type precast concrete cladding panel. The preliminary design of the EDCS was based on existing guidelines and research data on architectural precast concrete cladding and supplemental energy dissipation devices. For the component-level study, the preliminary design was validated and further refined based on the results of nonlinear finite element analyses. The stiffness and strength characteristics of the EDCS were established from a series of nonlinear finite element analyses and are discussed in detail in this paper.
The objective of this research is to develop a practical design and assessment approach of steel frames with steel slit walls (SSWs) that focuses on the damage-control behavior to enhance the structural resilience. The yielding sequence of SSWs and frame components is found to be a critical issue for the damage-control behavior and the design of systems. The design concept is validated by the full-scale experiments presented in this paper. Based on a modified energy-balance model, a procedure for designing and assessing the system motivated by the framework regarding the equilibrium of the energy demand and the energy capacity is proposed. The damage-control spectra constructed by strength reduction factors calculated from single-degree-of-freedom systems considering the post stiffness are addressed. A quantitative damage-control index to evaluate the system is also derived. The applicability of the proposed approach is validated by the evaluation of example structures with nonlinear dynamic analyses. The observations regarding the structural response and the prediction during selected ground motions demonstrate that the proposed approach can be applied to damage-control design and assessment of systems with satisfactory accuracy.
Lee, Seong Hyeon;Lee, Jae Han;Kim, Sung Kyun;Kim, Jong Bum;Kim, Tae Wan
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.8
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pp.1847-1861
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2020
A design study was performed to improve the limit aseismic performance (LSP) of a primary heat transport system (PHTS) pump. This pump is part of the primary equipment of a prototype generation IV sodium-cooled fast reactor (PGSFR). The LSP is the maximum allowable seismic load that still ensures structural integrity. To calculate the LSP of the PHTS pump, a structural analysis model of the pump was developed and its dynamic characteristics were obtained by modal analysis. The floor response spectrum (FRS) initiated from a safety shutdown earthquake (SSE), 0.3 g, was applied to the support points of the PHTS pump, and then the seismic induced stresses were calculated. The structural integrity was evaluated according to the ASME code, and the LSP of the PHTS pump was calculated from the evaluation results. Based on the results of the modal analysis and LSP of the PHTS pump, design parameters affecting the LSP were selected. Then, ways to improve the LSP were proposed from sensitivity analysis of the selected design variables.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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