Seismic isolation is often used in protecting mission-critical structures including hospitals, data centers, telecommunication buildings, etc. Such structures typically house vibration-sensitive equipment which has to provide continued service but may fail in case sustained accelerations during earthquakes exceed threshold limit values. Thus, peak floor acceleration is one of the two main parameters that control the design of such structures while the other one is peak base displacement since the overall safety of the structure depends on the safety of the isolation system. And in case peak base displacement exceeds the design base displacement during an earthquake, rupture and/or buckling of isolators as well as bumping against stops around the seismic gap may occur. Therefore, obtaining accurate peak floor accelerations and peak base displacement is vital. However, although nominal design values for isolation system and superstructure parameters are calculated in order to meet target peak design base displacement and peak floor accelerations, their actual values may potentially deviate from these nominal design values. In this study, the sensitivity of the seismic performance of structures equipped with linear and nonlinear seismic isolation systems to the aforementioned potential deviations is assessed in the context of a benchmark shear building under different earthquake records with near-fault and far-fault characteristics. The results put forth the degree of sensitivity of peak top floor acceleration and peak base displacement to superstructure parameters including mass, stiffness, and damping and isolation system parameters including stiffness, damping, yield strength, yield displacement, and post-yield to pre-yield stiffness ratio.
Seismic codes are the best available guidance on how structures should be designed and constructed to ensure adequate resistance to seismic forces during earthquakes. Seismic provisions of Indian standard code, International building code and European code are applied for buildings with ordinary moment resisting frames and reinforced shear walls at various locations considering the effect of site soil conditions. The study investigates the differences in spectral acceleration coefficient ($S_a/g$), base shear and storey shear obtained following the seismic provisions in different codes in the analysis of these buildings. Study shows that the provision of shear walls at core in low rise buildings and at all the four corners in high rise buildings gives the least value of base shear.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.3
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pp.36-41
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2020
Mechanical systems installed in transport devices, such as vehicles, airplanes, and ships, are mostly subject to translational accelerations at the joints during operations. This base acceleration excitation has a large influence on the performance of the system, therefore, its response must be well analyzed. However, the existing methods for dynamic analysis of structures have some limitations in use. This study presents a new numerical method using relative acceleration to solve these limitations. If the governing equation of motion is linear and the mass matrix, the damping matrix, and the stiffness matrix are constant over time in the finite element analysis, the proposed method can be applied to the transient behavior analysis and the harmonic response analysis of the structure. Because it is not necessary to introduce a virtual mass and the rigid body motions are removed from the analysis, it is possible to use not only the direct integration method in the time domain but also the mode superposition method to obtain the dynamic responses. This paper demonstrates with three examples how the present method is suitable for the dynamic analysis of a structure with multi-degree of freedom.
Etedali, Sadegh;Tavakoli, Saeed;Sohrabi, Mohammad Reza
Earthquakes and Structures
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v.10
no.5
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pp.1067-1087
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2016
In this paper, a decoupled proportional-integral-derivative (PID) control approach for seismic control of smart structures is presented. First, the state space equation of a structure is transformed into modal coordinates and parameters of the modal PID control are separately designed in a reduced modal space. Then, the feedback gain matrix of the controller is obtained based on the contribution of modal responses to the structural responses. The performance of the controller is investigated to adjust control force of piezoelectric friction dampers (PFDs) in a benchmark base isolated building. In order to tune the modal feedback gain of the controller, a suitable trade-off among the conflicting objectives, i.e., the reduction of maximum modal base displacement and the maximum modal floor acceleration of the smart base isolated structure, as well as the maximum modal control force, is created using a multi-objective cuckoo search (MOCS) algorithm. In terms of reduction of maximum base displacement and story acceleration, numerical simulations show that the proposed method performs better than other reported controllers in the literature. Moreover, simulation results show that the PFDs are able to efficiently dissipate the input excitation energy and reduce the damage energy of the structure. Overall, the proposed control strategy provides a simple strategy to tune the control forces and reduces the number of sensors of the control system to the number of controlled stories.
Tiong, Patrick L.Y.;Adnan, Azlan;Rahman, Ahmad B.A.;Mirasa, Abdul K.
Earthquakes and Structures
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v.7
no.6
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pp.1141-1169
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2014
This study is aimed to investigate the seismic performance of low-rise precast wall system with base isolation. Three types of High Damping Rubber Bearing (HDRB) were designed to provide effective isolation period of 2.5 s for three different kinds of structure in terms of vertical loading. The real size HDRB was manufactured and tested to obtain the characteristic stiffness as well as damping ratio. In the vertical stiffness test, it was revealed that the HDRB was not an ideal selection to be used in isolating lightweight structure. Time history analysis using 33 real earthquake records classified with respective peak ground acceleration-to-velocity (a/v) ratio was performed for the remaining two types of HDRB with relatively higher vertical loading. HDRB was observed to show significant reduction in terms of base shear and floor acceleration demand in ground excitations having a/v ratio above $0.5g/ms^{-1}$, very much lower than the current classification of $0.8g/ms^{-1}$. In addition, this study also revealed that increasing the damping ratio of base isolation system did not guarantee better seismic performance particularly in isolation of lightweight structure or when the ground excitation was having lower a/v ratio.
An unrestrained plane rigid body resting on a horizontal surface which shakes horizontally and vertically may assume one of the five modes of response: rest, slide, slide-rock, rock, and free flight. The first four are nontrivial modes of motion. It is important to study which one of these responses is started from rest as in most studies it is often assumed that the initial mode is the particular mode of response. Criteria governing the initiation of modes are first briefly discussed. It is shown that the commencement of response modes depends on the aspect ratio of the body, coefficients of static and kinetic friction at the body-base interface, and the magnitude of maximum base accelerations. Considering the last two factors as random variables, the initiation of response modes is next studied from a probabilistic point of view. Type 1 extreme value and lognormal distributions are employed for maximum base excitations and coefficient of friction respectively. Analytical expressions for computing the probability values of each mode of response are derived. The effects of slenderness ratio, vertical acceleration, and statistical distributions of maximum acceleration and coefficient of friction are shown through numerical results and plots.
A summary of the main results from an international comparative study for the high-frequency base balance is given. Two buildings were specified - a 'basic' and an 'advanced' building. The latter had more complex dynamic response with coupled modes of vibration. The predicted base moments generally showed good agreement amongst the participating groups, but less good agreement was found for the roof accelerations which are dominated by the resonant response, and subject to measurement errors for the generalized force spectra, to varying mode shape correction techniques, and different methods used for combining acceleration components.
This paper presents some shaking table tests conducted on a 1/4-scaled model with 5-story steel reinforced concrete (SRC) spatial frame with irregular section columns under a series of base excitations with gradually increasing acceleration peaks. The test frame was subjected to a sequence of seismic simulation tests including 10 white noise vibrations and 51 seismic simulations. Each seismic simulation was associated with a different level of seismic disaster. Dynamic characteristic, strain response, acceleration response, displacement response, base shear and hysteretic behavior were analyzed. The test results demonstrate that at the end of the loading process, the failure mechanism of SRC frame with irregular section columns is the beam-hinged failure mechanism, which satisfies the seismic code of "strong column-weak beam". With the increase of acceleration peaks, accumulated damage of the frame increases gradually, which induces that the intrinsic frequency decreases whereas the damping ratio increases, and the peaks of acceleration and displacement occur later. During the loading process, torsion deformation appears and the base shear grows fast firstly and then slowly. The hysteretic curves are symmetric and plump, which shows a good capacity of energy dissipation. In summary, SRC frame with irregular section columns can satisfy the seismic requirements of "no collapse under seldom earthquake", which indicates that this structural system is suitable for the construction in the high seismic intensity zone.
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.
This study was conducted to investigate biochemical characteristics of enzyme-added cheese base slurries during accelerated ripening. Trichloroacetic acid (TCA) soluble nitrogen of cheese base slurries increased rapidly during the first day of ripening and the rate of increase slowed down thereafter. Cheese base slurries showed lower level in the production of the nitrogen than Cheddar cheese slurries. Producctions of phosphotungstic (PTA) soluble amino nitrogen also showed similar trends as TCA soluble nitrogen. Electrophoresis revealed that all caseins in both cheese base slurries and Cheddar cheese slurries were hydrolyzed, but whey proteins in cheese base slurries were little hydrolyzed. Cheese base slurries produced free amino acids little more than half of Cheddar cheese slurries. Both slurries showed similar increasing trend in production of short-chain free fatty acids. The specificity of the fatty acids in the slurries was similar to that of natural ripened cheese. The results of this study showed that addition of enzyme was effective to accelerate cheese base ripening.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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