Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.2
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pp.169-187
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2008
Performance-based approaches as an alternative method of the existing force-based approach have gradually become recognized tools for the seismic design and evaluation. The maximum inelastic displacement response using capacity spectrum method (CSM) with elastic response spectrum is estimated from seismic response of equivalent linear system converted from nonlinear system. The purpose of this paper is to evaluate accuracy of capacity spectrum method using the equivalent SDOF methods of 4 types and the equivalent damping methods of 5 types for RC wall structure. In order to evaluate accuracy of capacity spectrum analysis, the shaking table test results for RC wall structures are compared with those by the capacity spectrum analysis. Also, the effect of bilinear capacity curves by two bilinear approximation methods for capacity spectrum analysis is compared.
Chung, Tracy Sau-Kwai;Lam, Eddie Siu-Shu;Wu, Bo;Xu, You-Lin
Structural Engineering and Mechanics
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v.33
no.1
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pp.1-14
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2009
Hong Kong is now recognized as an area of moderate seismic hazard, but most of the buildings have been designed with no seismic provision. It is of great significance to develop effective and practical measures to retrofit existing buildings against moderate seismic attacks. Researches show that beam-column joints are critical structural elements to be retrofitted for seismic resistance for reinforced concrete frame structures. This paper explores the possibility of using a Hydraulic Displacement Amplification Damping System (HDADS), which can be easily installed at the exterior of beam-column joints, to prevent structural damage against moderate seismic attacks. A series of shaking table tests were carried out with a 1/3 prototype steel frame have been carried out to assess the performance of the HDADS. A Numerical model representing the HDADS is developed. It is also used in numerical simulation of the shaking table tests. The numerical model of the HDADS and the numerical simulation of the shaking table tests are verified by experimental results.
A method is proposed to detect structural damages in the presence of damping using noisy data. This method uses Frequency Response Function (FRF) and Mode-Shapes as the input parameters for a system of Couple Sparse Coding (CSC) to study the healthy state of the structure. To obtain appropriate patterns of FRF for CSC training, Principal Component Analysis (PCA) technique is adopted to reduce the full-size FRF to overcome over-fitting and convergence problems in machine-learning training. To verify the proposed method, a numerical two-story frame structure is employed. A system of individual CSCs is trained with FRFs and mode-shapes, and then termed ensemble to detect the health condition of the structure. The results demonstrate that the proposed method is accurate in damage identification even in presence of up to 20% noisy data and 5% unconsidered damping ratio. Furthermore, it can be concluded that CSC ensemble is highly efficient to detect the location and the severity of damages in comparison to the individual CSC trained only with FRF data.
In this study, on-site testing was carried out to investigate the vibration performance of a cold-formed thin-walled steel floor system. Ambient vibration, walking excitation (single and double persons), and impulsive excitation (heel-drop and jumping) were considered to capture the primary vibration parameters (natural frequencies, damping ratios, and mode shapes) and vertical acceleration response. Meanwhile, to discuss the influence of cement fiberboard on structural vibration, the primary vibration parameters were compared between the systems with and without the installation of cement fiberboard. Based on the experimental analysis, the cold-formed thin-walled steel floor possesses high frequency (> 10 Hz) and damping (> 2%); the installed cement fiberboard mainly increases the mass of floor system without effectively increasing the floor stiffness and may reduce the effects of primary vibration parameters on acceleration response; and the human-structure interaction should be considered when analyzing the vibration serviceability. The comparison of the experimental results with those in the AISC Design Guide indicates that the cold-formed thin-walled steel floor exhibits acceptable vibration serviceability. A crest factor 𝛽rp (ratio of peak to root-mean-square accelerations) is proposed to determine the root-mean-square acceleration for convenience.
Noh, Jung-Tae;Woo, Sung-Sik;Lee, Sang-Hyun;Chung, Lan
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2009.10a
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pp.855-863
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2009
In this study, a beam-column junction type damper is proposed which saves the inner and outer space for the installation of damping devices and allows easy adjustment of control performance The result of the numerical analysis indicated that the displacement response and base shear of a single degree of freedom system by seismic load, El Centro 1940 was reduced with yield moment of the joint hinge and the specific yield moment ratio $\delta$ of the joint hinge existed for the optimal seismic performance. In addition, the dynamic nonlinear characteristics, effects of yielding and dependence of natural period of bi-linear system with the junction type damper is identified. The analysis of multi-degree of freedom system showed that responses of the controlled structures was reduced significantly as the number of a story increases and yield moment ratio decreases when the system is excited by seismic load and sine wave. On top of that, it was also observed that energy dissipation at the joint connected with the dampers was remarkable during excitation.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.6
no.2
s.20
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pp.61-68
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2006
In this thesis, a full-scale K shape damper test model was constructed in which a passive vibration control system. This passive vibration control system was incorporated with the use of a newly developed turbulent flow damper sealed by viscoelastic material. A series of tests and earthquake observation has been conducted in this test model. The purpose of the present thesis is to investigate the vibration response characteristics of the building and to verify the effectiveness of the vibration control system. By the static loading test, it was recognized that incorporation of the dampers had little influence on static horizontal stiffness of the building. Free vibration tests revealed that the dampers incorporated increased the damping ratio of the building up to 3 times compared with the undamped case. The effectiveness of the developed vibration control system was confirmed based on the excitation tests and earthquake response observation.
Structural control through integration of passive damping devices within the building structure has been increasingly implemented internationally in the last years and has proven to be a most promising strategy for earthquake safety. In the present paper an alternative configuration of an innovative energy dissipation mechanism that consists of slender tension only bracing members with closed loop and a hysteretic damper is investigated in its dynamic behavior. The implementation of the adaptable dual control system, ADCS, in frame structures enables a dual function of the component members, leading to two practically uncoupled systems, i.e., the primary frame, responsible for the normal vertical and horizontal forces and the closed bracing-damper mechanism, for the earthquake forces and the necessary energy dissipation. Three representative international earthquake motions of differing frequency contents, duration and peak ground acceleration have been considered for the numerical verification of the effectiveness and properties of the SDOF systems with the proposed ADCS-configuration. The control mechanism may result in significant energy dissipation, when the geometrical and mechanical properties, i.e., stiffness and yield force of the integrated damper, are predefined. An optimum damper ratio, DR, defined as the ratio of the stiffness to the yield force of the hysteretic damper, is proposed to be used along with the stiffness factor of the damper's- to the primary frame's stiffness, in order for the control mechanism to achieve high energy dissipation and at the same time to prevent any increase of the system's maximum base shear and relative displacements. The results are summarized in a preliminary design methodology for ADCS.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.11
no.6
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pp.1-14
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2007
Optimal design method of nonlinear damping system for seismic response control of adjacent structures is studied in this paper. The objective functions of the optimal design are defined by structural response and total amount of the dampers. In order to obtain a solution minimizing two mutually conflicting objective functions simultaneously, multi-objective optimization technique based on genetic algorithm is adopted. In addition, stochastic linearization method is embedded into the multi-objective framework to efficiently estimate the seismic responses of the adjacent structures interconnected by nonlinear hysteretic dampers without performing nonlinear time-history analyses. As a numerical example to demonstrate the effectiveness of the proposed technique, 20-story and 10-story buildings are considered and MR dampers of which hysteretic behaviors vary with the magnitude of the input voltage are considered as nonlinear hysteretic damper interconnecting two adjacent buildings. The proposed approach can provide the optimal number and capacities of the MR dampers, which turned out to be more economical than the uniform distribution system while maintaining similar control performance. The proposed damper system is verified to show more stable performance in terms of the pounding probability between two adjacent buildings. The applicability of the proposed method to the design problem for optimally placing semi-active control system is examined as well.
The structural behavior of reinforced concrete coupled shear wall structures is greatly influenced by the behavior of their coupling beams. This paper presents a process of the seismic analysis of reinforced concrete coupled shear wall-frame system linked by hysteretic dampers at each floor. The hysteretic dampers are located at the middle portion of the linked beams which most of the inelastic damage would be concentrated. This study concerned particularly with wall-frame structures that do not twist. The proposed method, which is based on the energy equilibrium method, offers an important design method by the result of increasing energy dissipation capacity and reducing damage to the wall's base. The optimum distribution of yield shear force coefficients is to evenly distribute the damage at dampers over the structural height based on the cumulative plastic deformation ratio of the dissipation device. Nonlinear dynamic analysis indicates that, with a proper set of damping parameters, the wall's dynamic responses can be well controlled. Finally, based on the total plastic strain energy and its trend through the height of the buildings, a prediction equation is suggested.
By means of installing sloped rolling-type seismic isolators (SRI), the horizontal acceleration transmitted to the to-be-protected object above can be effectively and significantly reduced under external disturbance. To prevent the maximum horizontal displacement response of SRI from reaching a threshold, designing large and conservative damping force for SRI might be required, which will also enlarge the transmitted acceleration response. In a word, when adopting seismic isolation, minimizing acceleration or displacement responses is always a trade-off. Therefore, this paper proposes that by exploiting the possible information provided by an earthquake early warning system, the damping force applied to SRI which can better control both acceleration and displacement responses might be determined in advance and accordingly adjusted in a semi-active control manner. By using a large number of ground motion records with peak ground acceleration not less than 80 gal, the numerical results present that the maximum horizontal displacement response of SRI is highly correlated with and proportional to some important parameters of input excitations, the velocity pulse energy rate and peak velocity in particular. A control law employing the basic form of hyperbolic tangent function and two objective functions are considered in this study for conceptually developing suitable control algorithms. Compared with the numerical results of simply designing a constant, large damping factor to prevent SRI from pounding, adopting the recommended control algorithms can have more than 60% reduction of acceleration responses in average under the excitations. More importantly, it is effective in reducing acceleration responses under approximately 98% of the excitations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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