The input energy to a base-isolated (BI) building during an earthquake is considered and formulated in the frequency domain. The frequency-domain approach for input energy computation has some notable advantages over the conventional time-domain approach. Sensitivities of the input energy to the BI building are derived with respect to uncertain parameters in the base-isolation system. It is demonstrated that the input energy can be of a compact form via the frequency integration of the product between the input component (Fourier amplitude spectrum of acceleration) and the structural model component (so-called energy transfer function). With the help of this compact form, it is shown that the formulation of earthquake input energy in the frequency domain is essential for deriving the sensitivities of the input energy to the BI building with respect to uncertain parameters. The sensitivity expressions provide us with information on the most unfavorable combination of the uncertain parameters which leads to the maximum energy input.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1995.05a
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pp.1021-1026
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1995
The seismic responses of a base isolated Pressurized Water Reactor (PWR) are investigated using a mathematical model which expresses the superstructure as lumped mass-spring model and the seismic isolator as an equivalent spring-damper. Time history analyses are performed for the 1940 E1 Centre earthquakes in both horizontal and vertical directions. In the analysis, structural damping of 5% is used for the superstructure. The isolator damping ratios of 12% for horizontal and 5% for vertical directions are used. The acceleration responses in base isolated PWR superstructure with high damping rubber bearings are much smaller than those in fixed base structure in horizontal direction. However, the vertical acceleration responses at the superstructure in the base isolation system are amplified to some extent. It is suggested that the vertical seismic responses at the superstructure should be reduced by introducing a soft vertical isolation device.
Seismic isolation is an effective method for the protection of buildings and their contents during strong earthquakes. This research work aims to assess the appropriateness of the linear and nonlinear models that can be used in the analysis of typical low-rise base isolated steel buildings, taking into account the inherent nonlinearities of the isolation system as well as the potential nonlinearities of the superstructure in case of strong ground motions. The accuracy of the linearization of the isolator properties according to Eurocode 8 is evaluated comparatively with the corresponding response that can be obtained through the nonlinear hysteretic Bouc-Wen constitutive model. The suitability of the linearized model in the determination of the size of the required seismic gap is assessed, under various earthquake intensities, considering relevant methods that are provided by building codes. Furthermore, the validity of the common assumption of elastic behavior for the superstructure is explored and the alteration of the structural response due to the inelastic deformations of the superstructure as a consequence of potential collision to the restraining moat wall is studied. The usage of a nonlinear model for the isolation system is found to be necessary in order to achieve a sufficiently accurate assessment of the structural response and a reliable estimation of the required width of the provided seismic gap. Moreover, the simulations reveal that the superstructure's inelasticity should be taken into account, especially if the response of the structure under high magnitude earthquakes is investigated. The consideration of the inelasticity of the superstructure is also recommended in studies of structural collision of seismically isolated structures to the surrounding moat wall, since it affects the response.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2000.10a
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pp.432-439
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2000
According as ground acceleration becomes to exceed gravity acceleration recently, design is impossible or economical efficiency is poor in existing seismic design method. So increase of seismic isolated bridges is currently in progress. However, because base isolation design method is developed in high seismic regions. it may not be compatible in Korea. Therefore, this research has objective to evaluate ductility of pier and response modification factor according to the ductility of pier in seismic isolated bridges and to adapt to seismic characteristics in Korea. For this purpose, nonlinear analysis is accomplished with so many time histories derived from spectral density function compatible with response spectrum described in the design code and base isolation system modeled linear system, bi-linear system, and friction system. Through application of the proposed method, we had result that it may be compatible that response modification factor for the seismic isolated bridges is smaller than half of that for the conventional bridges when natural period of structures exceeds proper level.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.9
no.4
s.44
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pp.55-66
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2005
The effectiveness of fuzzy supervisory control technique for the control of seismic responses of smart base isolation system is investigated in this study. To this end, first generation base isolated building benchmark problem is employed for the numerical simulation. The benchmark structure under consideration is an eight-story base isolated building having irregular plan and is equipped with low-damping elastometric bearings and magnetorheological (MR) dampers for seismic protection. Lower level fuzzy logic controllers (FLC) for far-fault or near-fault earthquakes are developed in order to effectively control base isolated building using multi-objective genetic algorithm. Four objectives, i.e. reduction of peak structural acceleration, peak base drift, RMS structural acceleration and RMS base drift, are used in multi-objective optimization process. When earthquakes are applied to benchmark building, each of low level FLCs provides different command voltage and supervisory fuzzy controller combines two command voltages io one based on fuzzy inference system in real time. Results from the numerical simulations demonstrate that base drift as well as superstructure responses can be effectively reduced using the proposed supervisory fuzzy control technique.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.05a
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pp.700-703
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2004
The purpose of this study is to present the design methodology of base isolated buildings. To achieve the goal of this study, time-history analysis was performed with seismic performance level and recorded seismic data. From the analysis results of MDOF system, the maximum. displacement and base shear were evaluated as 25 cm and $4\%$ by the input level which is maximum velocity of 50 kine. By introducing hybrid isolation system, seismic energy can be concentrated consequently high seismic capacity of the total building is secured.
Shahabi, Ali Beirami;Ahari, Gholamreza Zamani;Barghian, Majid
Earthquakes and Structures
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v.16
no.6
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pp.743-755
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2019
In this paper, a new system of seismic isolation for buildings - called suspended columns - is introduced. In this method, the building columns are placed on the hinged cradle seats instead of direct connection to the foundation. In this system, each of the columns is put on a seat hung from its surrounding area by a number of cables, for which cavities are created inside the foundation around the columns. Inside these cavities, the tensile cables are hung. Because of the flexibility of the cables, the suspended seats vibrate during an earthquake and as a result, there is less acceleration in the structure than the foundation. A Matlab code was written to analyze and investigate the response of the system against the earthquake excitations. The findings showed that if this system is used in a building, it results in a significant reduction in the acceleration applied to the structure. A shear key system was used to control the structure for service and lateral weak loads. Moreover, the effect of vertical acceleration on the seismic behavior of the system was also investigated. Effect of the earthquake characteristic period on the system performance was studied and the optimum length of the suspension cables for a variety of the period ranges was suggested. In addition, measures have been taken for long-term functioning of the system and some practical feasibility features were also discussed. Finally, the advantages and limitations of the system were discussed and compared with the other common methods of seismic isolation.
Among anti-seismic technologies, base isolation is a very effective means of mitigating damage to structural and nonstructural components, such as equipment. However, most seismic isolation systems are designed for mitigating only horizontal seismic responses because the realization of a vertical isolation system (VIS) is difficult. The difficulty is primarily due to conflicting isolation stiffness demands in the static and dynamic states for a VIS, which requires sufficient rigidity to support the self-weight of the isolated object in the static state, but sufficient flexibility to lengthen the isolation period and uncouple the ground motion in the dynamic state. To overcome this problem, a semi-active VIS, called the piezoelectric inertia-type vertical isolation system (PIVIS), is proposed in this study. PIVIS is composed of a piezoelectric friction damper (PFD) and a leverage mechanism with a counterweight. The counterweight provides an uplifting force in the static state and an extra inertial force in the dynamic state; therefore, the effective vertical stiffness of PIVIS is higher in the static state and lower in the dynamic state. The PFD provides a controllable friction force for PIVIS to further prevent its excessive displacement. For experimental verification, a shaking table test was conducted on a prototype PIVIS controlled by a simple controller. The experimental results well agree with the theoretical results. To further investigate the isolation performance of PIVIS, the seismic responses of PIVIS were simulated numerically by considering 14 vertical ground motions with different characteristics. The responses of PIVIS were compared with those of a traditional VIS and a passive system (PIVIS without control). The numerical results demonstrate that compared with the traditional and passive systems, PIVIS can effectively suppress isolation displacement in all kinds of earthquake with various peak ground accelerations and frequency content while maintaining its isolation efficiency. The proposed system is particularly effective for near-fault earthquakes with long-period components, for which it prevents resonant-like motion.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.10
no.3
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pp.49-56
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2010
In this study, the control performance of a smart top-story isolation system for tall buildings subjected to wind excitation was investigated. To this end, a 77-story tall building structure was employed and wind loads obtained from wind tunnel test were used for numerical simulations. The top-story of an example structure is separated from the main structure by a smart base isolation system composed of friction pendulum systems (FPS) and MR dampers. The primary purpose of the smart top-story isolation system is to mitigate the dynamic responses of the main structure, but the excessive movement of the isolated top story may cause the unstableness of the building structure. Therefore, the skyhook control algorithm was used to effectively reduce both responses of the isolated top story and the main structure. The control performance of the proposed smart top-story isolation system was investigated in comparison with that of the passive top-story isolation system. It has been shown from numerical simulation results that the smart top-story isolation system can effectively reduce wind-induced responses of the example building structure compared to the passive top-story isolation system with reduction of the top-story movement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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