The design of a passive control solution based on tuned mass dampers (TMD's) requires the estimation of the actual masses involved in the undesired vibration. This task may result not so straightforward as expected when the vibration resides in subsets of different structural components. This occurs, for instance, when the goal is to damp out vibrations on stays. The theoretical aspects are first discussed and a design process is formulated. For sake of exemplification, a multiple TMD's configurations is eventually conceived for an existing timber footbridge located in the municipality of Trasaghis (North-Eastern Italy). The bridge span is 83 m and the deck width is 3.82 m.
A semi-active mass damping (SMD) system with magnetorheological (MR) dampers focusing on low- and mid-rise buildings is proposed in this paper. The main purpose of this study is to integrate the reliable characteristics of the traditional tuned mass damper (TMD) and the superior performance of the active mass damper (AMD) to the new system. In addition, the commonly seen solution of deploying dense seismic dampers throughout the structure nowadays to protect the main structure is also expected to switch to the developed SMD system on the roof with a similar reduction performance. In order to demonstrate this concept, a full-size three-story steel building representing a typical mid-rise building was used as the benchmark structure to verify its performance in real life. A numerical model with the interpolation technique integrated was first established to accurately predict the behavior of the MR dampers. The success of the method was proven through a performance test of the designated MR damper used in this research. With the support of the MR damper model, a specific control algorithm using a continuous-optimal control concept was then developed to protect the main structure while the response of the semi-active mass damper is discarded. The theoretical analysis and the experimental verification from a shaking table test both demonstrated the superior mitigation ability of the method. The proposed SMD system has been demonstrated to be readily implemented in practice.
Rahman, Mohammad Sabbir;Chang, Seongkyu;Kim, Dookie
Structural Engineering and Mechanics
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v.63
no.4
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pp.537-549
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2017
One of the main concerns of civil engineering researchers is developing or modifying an energy dissipation system that can effectively control structural vibrations, and keep the structural response within tolerable limits during unpredictable events like earthquakes, wind and any kind of thrust load. This article proposes a new type of mass damper system for controlling wideband earthquake vibrations, called Multiple Wall Dampers (MWD). The basic principle of the Tuned Mass Damper (TMD) was used to design the proposed wall damper system. This passive energy dissipation system does not require additional mass for the damping system because the boundary wall mass of the building was used as a damper mass. The multi-mode approach was applied to determine the location and design parameters of the dampers. The dampers were installed based on the maximum amplitude of modes. To optimize the damper parameters, the multi-objective optimization Response Surface Methodology was used, with frequency response and maximum displacement as the objective functions. The obtained structural responses under different earthquake forces demonstrated that the MWD is one of the most capable tools for reducing the responses of multi-storied buildings, and this system can be practically used for new and existing building structures.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.2
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pp.135-143
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2008
In this study, it was investigated for dynamic nonlinear characteristics using dynamic data obtained by shaking table test. The design of Tuned Liquid Damper(TLD) has limitation to plan based on Tuned Mass Damper(TMD) analogy and linear wave theory. Also, while there are many studies regarding properties of TLD under harmonic load, there are not estimated for dynamic non-linear characteristics of TLD under the load that is not governed by particular frequency like a white noise. This paper investigated dynamic non-linear characteristics of TLD varied with load amplitude using a white noise and suggested equations that can estimate damping ratio, natural frequency ratio and effective mass ratio of TLD.
Farghaly, Ahmed Abdelraheem;Kontoni, Denise-Penelope N.
Earthquakes and Structures
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v.22
no.6
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pp.625-635
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2022
High-rise buildings (HRBs) are considered one of the most common structures nowadays due to the population growth, especially in crowded towns. The lack of land in crowded cities has led to the convergence of the HRBs and the absence of any gaps between them, especially in lands with weak soil (e.g., liquefaction-prone soil), but then during earthquakes, these structures may be exposed to the risk of collision between them due to the large increase in the horizontal displacements, which may be destructive in some cases to the one or both of these adjacent buildings. To evaluate methods of reducing the risk of collision between adjacent twin HRBs, this research investigates three vibration control methods to reduce the risk of collision due to five different earthquakes for the case of two adjacent reinforced concrete (RC) twin high-rise buildings of 15 floors height without gap distance between them, founded on raft foundation supported on piles inside a liquefaction-prone soil. Contact pounding elements between the two buildings (distributed at all floor levels and at the raft foundation level) are used to make the impact strength between the two buildings realistic. The mitigation methods investigated are the base isolation, the tuned mass damper (TMD) method (using traditional TMDs), and the pounding tuned mass damper (PTMD) method (using PTMDs connected between the two buildings). The results show that the PTMD method between the two adjacent RC twin high-rise buildings is more efficient than the other two methods in mitigating the earthquake-induced pounding risk.
A particle tuned mass damper (PTMD) system is the combination of a traditional tuned mass damper (TMD) and a particle damper (PD). This paper presents the results of an experimental and analytical study of the damping performance of a PTMD attached to the top of a benchmark model under wind load excitation. The length ratio of the test model is 1:200. The vibration reduction laws of the system were explored by changing some system parameters (including the particle material, total auxiliary mass ratio, the mass ratio between container and particles, the suspending length, and wind velocity). An appropriate analytical solution based on the concept of an equivalent single-unit impact damper is presented. Comparison between the experimental and analytical results shows that, with the proper use of the equivalent method, reasonably accurate estimates of the dynamic response of a primary system under wind load excitation can be obtained. The experimental and simulation results show the robustness of the new damper and indicate that the damping performance can be improved by controlling the particle density, increasing the amount of particles, and aggravating the impact of particles etc.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.26
no.1
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pp.69-77
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2013
When structural design of a tall building is conducted, reduction of wind-induced lateral displacement is one of the most important problem. For this purpose, additional dampers and vibration control devices are generally considered. In this process, control performance of additional devices are usually investigated for optimal design without variation of characteristics of a structure. In this study, multi-objective integrated optimization of structure-smart control device is conducted and possibility of reduction of structural resources of a tall building with additional smart damping device has been investigated. To this end, a 60-story diagrid building structure is used as an example structure and artificial wind loads are used for evaluation of wind-induced responses. An MR damper is added to the conventional TMD to develop a smart TMD. Because dynamic responses and the amount of structural material and additional smart damping devices are required to be reduced, a multi-objective genetic algorithm is employed in this study. After numerical simulation, various optimal designs that can satisfy control performance requirement can be obtained by appropriately reducing the amount of structural material and additional smart damping device.
A semi-active algorithm for edgewise vibration control of the spar-type floating offshore wind turbine (SFOWT) blades, nacelle and spar platform is developed in this paper. A tuned mass damper (TMD) is placed in each blade, in the nacelle and on the spar to control the vibrations for these components. A Short Time Fourier Transform algorithm is used for semi-active control of the TMDs. The mathematical formulation of the integrated SFOWT-TMDs system is derived by using Euler-Lagrangian equations. The theoretical model derived is a time-varying system considering the aerodynamic properties of the blade, variable mass and stiffness per unit length, gravity, the interactions among the blades, nacelle, spar, mooring system and the TMDs, the hydrodynamic effects, the restoring moment and the buoyancy force. The aerodynamic loads on the nacelle and the spar due to their coupling with the blades are also considered. The effectiveness of the semi-active TMDs is investigated in the numerical examples where the mooring cable tension, rotor speed and the blade stiffness are varying over time. Except for excessively large strokes of the nacelle TMD, the semi-active algorithm is considerably more effective than the passive one in all cases and its effectiveness is restricted by the low-frequency nature of the nacelle and the spar responses.
A probabilistic assessment of the seismic-excited buildings with a multiple-tuned-mass-damper (MTMD) system is carried out in the presence of uncertainties of the structural model, MTMD system, and the stochastic model of the seismic excitations. A free search optimization procedure of the individual mass, stiffness and, damping parameters of the MTMD system based on the snap-drift cuckoo search (SDCS) optimization algorithm is proposed for the optimal design of the MTMD system. Considering a 10-story structure in three cases equipped with single tuned mass damper (STMS), 5-TMD and 10-TMD, sensitivity analyses are carried out using Sobol' indices based on the Monte Carlo simulation (MCS) method. Considering different seismic performance levels, the reliability analyses are done using MCS and kriging-based MCS methods. The results show the maximum structural responses are more affected by changes in the PGA and the stiffness coefficients of the structural floors and TMDs. The results indicate the kriging-based MCS method can estimate the accurate amount of failure probability by spending less time than the MCS. The results also show the MTMD gives a significant reduction in the structural failure probability. The effect of the MTMD on the reduction of the failure probability is remarkable in the performance levels of life safety and collapse prevention. The maximum drift of floors may be reduced for the nominal structural system by increasing the TMDs, however, the complexity of the MTMD model and increasing its corresponding uncertainty sources can be caused a slight increase in the failure probability of the structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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