Farmanbordar, Babak;Adnan, Azlan Bin;Tahir, Mahmood Md.;Faridmehr, Iman
Advances in Computational Design
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v.2
no.3
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pp.211-223
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2017
This research presented a numerical and experimental study on the seismic performance of first-generation base-isolated and fixed-base nuclear power plants (NPP). Three types of the base isolation system were applied to rehabilitate the first-generation nuclear power plants: frictional pendulum (FP), high-damping rubber (HDR) and lead-rubber (LR) base isolation. Also, an Excel program was proposed for the design of the abovementioned base isolators in accordance with UBC 97 and the Japan Society of Base Isolation Regulation. The seismic assessment was performed using the pushover and nonlinear time history analysis methods in accordance with the FEMA 356 regulation. To validate the adequacy of the proposed design procedure, two small-scale NPPs were constructed at Universiti Teknologi Malaysia's structural laboratory and subjected to a pushover test for two different base conditions, fixed and HDR-isolated base. The results showed that base-isolated structures achieved adequate seismic performance compared with the fixed-base one, and all three isolators led to a significant reduction in the containment's tension, overturning moment and base shear.
This paper presents the experimental as well as analytical study conducted on layer-bonded scrap tire rubber pad (STRP) isolators to develop low-cost seismic isolators applicable to structures in developing countries. The STRP specimen samples were produced by stacking the STRP layers one on top of another with the application of adhesive. In unbonded application, the STRP bearings were placed between the substructure and superstructure without fastening between the contact surfaces which allows roll-off of the contact supports. The vertical compression and horizontal shear tests were conducted with varying axial loads. These results were used to compute the different mechanical properties of the STRP isolators including vertical stiffness, horizontal effective stiffness, average horizontal stiffness and effective damping ratios. The load-displacement relationships of STRP isolators obtained by experimental and finite element analysis results were found to be in close agreement. The tested STRP samples show energy dissipation capacity considerably greater than the natural rubber bearings. The layer-bonded STRP isolators serve positive incremental force resisting capacity up to the shear strain level of 150%.
In this paper, the effects of mass eccentricity of superstructure as well as stiffness eccentricity of isolators on the amplification of seismic responses of base-isolated structures are investigated by using mathematical near-fault pulse models. Superstructures with 3, 6 and 9 stories and aspect ratios equal to 1, 2 and 3 are mounted on a reasonable variety of Triple Concave Friction Pendulum (TCFP) bearings considering different period and damping ratio. Three-dimensional linear superstructure mounted on nonlinear isolators are subjected to simplified pulses including fling step and forward directivity while various pulse period ($T_p$) and Peak Ground Velocity (PGV) amounts as two crucial parameters of these pulses are scrutinized. Maximum isolator displacement and base shear as well as peak superstructure acceleration and drift are selected as the main engineering demand parameters. The results indicate that the torsional intensification of different demand parameters caused by superstructure mass eccentricity is more significant than isolator stiffness eccentricity. The torsion due to mass eccentricity has intensified the base shear of asymmetric 6-story model 2.55 times comparing to symmetric one. In similar circumstances, the isolator displacement and roof acceleration are increased 49 and 116 percent respectively in the presence of mass eccentricity. Furthermore, it is demonstrated that torsional effects of mass eccentricity can force the drift to reach the allowable limit of ASCE 7 standard in the presence of forward directivity pulses.
Kim, Jin-Koo;Song, Young-Hoon;Kwun, Hyong-Oh;Huh, Young
Journal of KSNVE
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v.7
no.5
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pp.789-796
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1997
In this study a conventional rubber mount and a new form of base isolator made of steel spring coated with natural and articial rubber were manufactured and tested on a shaking table to investigate the capacity of reducing the vertical vibration of a building induced by subway train. The model structure used in the test is a 1/4 scaled steel structure, and a white noise input and train vibration records were used to check the effectiveness of the isolators. According to the results all three types of isolators turned out to perform effectively in reducing the acceleration and the natural rubber-coated one is ranked best among the isolators. However the vertical displacement of the model is increased due to the instolation of the bearings, and the safty against the lateral load induced by earthquake ground motion should be provided to be able to apply the system to the real buildings.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.26
no.2
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pp.95-103
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2022
In order to evaluate the earthquake safety of equipment in structures, it is essential to analyze the In-Structure Response Spectrum (ISRS). The ISRS has a peak value at the frequency corresponding to the structural vibration mode, but the frequency and amplitude at the peak can vary because of many uncertain parameters. There are several seismic design criteria for ISRS peak-broadening for fixed base structures. However, there are no suggested criteria for constructing the design ISRS of seismically isolated structures. The ISRS of isolated structures may change due to the major uncertainty parameter of the isolator, which is the shear stiffness of the isolator and the several uncertainty parameters caused by the nonlinear behavior of isolators. This study evaluated the effects on the ISRS due to the initial stiffness of the bi-linear curve of isolators and the variation of effective stiffness by the input ground motion intensity and intense motion duration. Analyzing a simplified structural model for isolated base structure confirmed that the ISRS at the frequency of structural mode was amplified and shifted. It was found that the uncertainty of the initial stiffness of isolators significantly affects the shape of ISRS. The variation caused by the intensity and duration of input ground motions was also evaluated. These results suggested several considerations for generating ISRS for seismically isolated structures.
This paper deals with the damage assessment for isolators of base-isolated building systems considering the torsion-coupling (TC) effect by establishing damage indices. The damage indices can indicate the reduction in lateral stiffness of the isolator story as explicit formulas in terms of modal parameters. In addition, the damage location, expressed in terms of the estimated damage index and eccentricities before and after damage, is also presented. Numerical analysis shows that the proposed algorithms are applicable for general base-isolated multi-story TC buildings. A procedure from the analysis of seismic response to the implementation of damage indices is demonstrated by using a numerical case. A system identification technique is employed to extract modal parameters from seismic responses of a building. Results show that the proposed indices are capable of detecting the occurrence of damage and preliminarily estimating the location of damaged isolator.
Base isolation is one of the most widely implemented and well-known technique to reduce structural vibration and damages during an earthquake. However, while the base-isolated structure reduces storey drift significantly, it also increases the base drifts causing many practical problems. This study proposes the use of Shape Memory Alloys (SMA) wires for the reduction in base drift while controlling the overall structure vibrations. A multi-degree-of-freedom (MDOF) structure along with base isolators and Shape-Memory-Alloys (SMA) wires in diagonal is tested experimentally and analytically. The isolation bearing considered in this study consists of laminates of steel and silicon rubber. The performance of the proposed structure is evaluated and studied under different loadings including harmonic loading and seismic excitation. To assess the seismic performance of the proposed structure, shake table tests are conducted on base-isolated MDOF frame structure incorporating SMA wires, which is subjected to incremental harmonic and historic seismic loadings. Root mean square acceleration, displacement and drift are analyzed and discussed in detail for each story. To better understand the structure response, the percentage reduction of displacement is also determined for each story. The result shows that the reduction in the response of the proposed structure is much better than conventional base-isolated structure.
The current paper investigates the effect of the seismic pounding of neighboring buildings on the response of structures isolated by Triple Friction Pendulum Bearing (TFPB). To this end, a symmetric three-dimensional single story building is modeled for analysis with two specified levels of top deck and base deck, to capture the seismic response of the base isolators and building's roof. Linear elastic springs with different level of gaps are employed to calculate the impact between the buildings. Nonlinear Dynamic Time History Analyses (NDTHA) are conducted for seismic evaluation. Also, five different sizes with four different sets of friction coefficients are assumed for base isolators to cover a whole range of base isolation systems with various geometry configurations and fundamental period. The results are investigated in terms of base shear, buildings' drift and top deck acceleration of the superstructure. The results also indicate the profound effect of the stiffness of the adjacent buildings on the value of the impact they impose to the superstructure. Also, in situations of potential pounding, the increment of the fundamental period of the TFPB base isolator could intensify the impact force up to nearly five-fold.
Han, Seung Ryong;Nam, Min Jun;Seo, Choon Gyo;Lee, Sang Hoon
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.19
no.1
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pp.21-28
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2015
The nuclear accident due to the recent earthquake in Japan has triggered awareness of the importance of safety with regard to nuclear power plants (NPPs). An earthquake is one of the most important parameters which governs the safety of NPPs among external events. Application of a base isolation system for NPPs can reduce the risk for earthquakes. At present, a soil-structure interaction (SSI) analysis is essential in the seismic design of NPPs in consideration of the ground structure interaction. In the seismic analysis of the base-isolated NPP, it is restrictive to consider the nonlinear properties of seismic isolation devices due to the linear analysis of the SSI analysis programs, such as SASSI. Thus, in this study, SSI analyses are performed using an iterative approach considering the material nonlinearity of the isolators. By performing the SSI analysis using an iterative approach, the nonlinear properties of isolators can be considered. The difference between the SSI analysis results without iteration and SSI with iteration using SASSI is noticeable. The results of the SSI analysis using an effective linear (non-iterative) approach underestimate the spectral acceleration because the effective linear model cannot consider the nonlinear properties of isolators. The results of the SSI analysis show that the horizontal response of the base-isolated NPP is significantly reduced.
Recently, earthquake proof technology has been widely applied to both new and existing structures and bridges. The analysis of bridge systems equipped with structural control devices, which possess large degrees of freedom and nonlinear characteristics, is a result in time-consuming task. Therefore, a piecewise exact solution is proposed in this study to simplify the seismic mitigation analysis process for bridge systems equipped with sliding-type isolators. In this study, the simplified system having two degrees of freedom, to reasonably represent the large number of degrees of freedom of a bridge, and is modeled to obtain a piecewise exact solution for system responses during earthquakes. Simultaneously, we used the nonlinear finite element computer program to analyze the bridge responses and verify the accuracy of the proposed piecewise exact solution for bridge systems equipped with sliding-type isolators. The conclusions derived by comparing the results obtained from the piecewise exact solution and nonlinear finite element analysis reveal that the proposed solution not only simplifies the calculation process but also provides highly accurate seismic responses of isolated bridges under earthquakes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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