Since the peak seismic response of a base-isolated building strongly depends on the characteristics of the imposed seismic ground motion, the behavior of a base-isolated building under different seismic ground motions is studied, in order to better assess their effects on its peak seismic response. Specifically, the behavior of a typical steel building is examined as base-isolated with elastomeric bearings, while the effect of near-fault ground motions is studied by imposing 7 pairs of near- and 7 pairs of far-fault seismic records, from the same 7 earthquake events, to the building, under 3 different loading combinations, through three-dimensional (3D) nonlinear dynamic analyses, conducted with SAP2000. The results indicate that near-fault seismic components are more likely to increase the building's peak seismic response than the corresponding far-fault components. Furthermore, the direction of the imposed earthquake excitations is also varied by rotating the imposed pairs of seismic records from 0◦ to 360◦, with respect to the major construction axes. It is observed that the peak seismic responses along the critical incident angles, which in general differ from the major horizontal construction axes of the building, are significantly higher. Moreover, the influence of 5% and 10% accidental mass eccentricities is also studied, revealing that when considering accidental mass eccentricities the peak relative displacements of the base isolated building at the isolation level are substantially increased, while the peak floor accelerations and interstory drifts of its superstructure are only slightly affected.
The base isolation technique and its benefits in reducing the transmitted earthquake energy into a structure have gained increasing recognition during the last two decades. Unfortunately, the current available design procedures, especially for base-isolated bridges, seem inadequate and too restrictive. As a result, practical design procedure still relies upon a series of deterministic time history analyses. In this study, the evaluation of the possibility of the normal mode method to predict the nonlinear seismic responses of base isolated bridges has been performed. The applicability has been examined through the numerical approach with isolator's elastic or plastic states of the base isolated bridges. Numerical results show that the 1st. mode period and the various responses are varied with the state but are conversed. And, the result show that the normal mode method is applicable to predict the seismic responses and to design the babe isolated bridge. Various analysis method to bridges with bilinearized hysteresis isolator and various pier heights are evalulated.
Under high velocity, pulse type near source earthquakes semi-active control systems are very effective in reducing seismic response base isolated structures. Semi-active control systems can be classified as: 1) independently variable stiffness, 2) independently variable damping, and 3) combined variable stiffness and damping systems. Several researchers have studied the effectiveness of independently varying damping systems for seismic response reduction of base isolated structures. In this study effectiveness of a combined system consisting of a semi-active independently variable stiffness (SAIVS) device and a magnetorheological (MR) damper in reducing seismic response of base isolated structures is analytically investigated. The SAIVS device can vary the stiffness, and hence the period, of the isolation system; whereas, the MR damper enhances the energy dissipation characteristics of the isolation system. Two separate control algorithms, i.e., a nonlinear tangential stiffness moving average control algorithm for smooth switching of the SAIVS device and a Lyapunov based control algorithm for damping variation of MR damper, are developed. Single and multi degree of freedom systems consisting of sliding base isolation system and both the SAIVS device and MR damper are considered. Results are presented in the form of nonlinear response spectra, and effectiveness of combined variable stiffness and variable damping system in reducing seismic response of sliding base isolated structures is evaluated. It is shown that the combined variable stiffness and variable damping system leads to significant response reduction over cases with variable stiffness or variable damping systems acting independently, over a broad period range.
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.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2001.09a
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pp.348-355
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2001
A computer program named \"NLDA-BIS\", which runs under the MATLAB environment, is developed fur seismic response analysis of base isolated structures. This program can explicitly model the various nonlinear isolation elements such as elastomeric bearings, sliding bearings and general viscous dampers, and so on. Newmark'\`s constant average acceleration method fur calculating the responses in time domain and the iterative pseudo-force method for treating the nonlinear isolation forces are adopted. For capturing the hysteretic behavior of isolation elements, the modified Wen's equations are adopted and solved by the numerical differentiation formula method. To verify the validity of the developed program, the seismic responses of a six-story reinforced concrete base isolated structure are calculated and compared with results obtained by the program \"3D-BASIS\" developed at the State University of New York at Buffalo which is the most widely used code far analyzing isolated structures today.ed structures today.
In this paper, the seismic response of elevated broad and slender liquid storage tanks isolated by elastomeric or sliding bearings was investigated. The accuracy of predictions of SAP2000 vs. 3D-BASIS-ME programs was examined. A comparative study of the performance of base isolated tanks when isolation bearings are placed at the top or at the bottom of the supporting tower structure was conducted. It was found that base isolation is quite effective in reducing the earthquake response of elevated liquid storage tanks in which high reductions of base shear and shaft displacement were achieved. Modeling the isolated tanks in SAP2000 was very successful in producing results that are nearly identical to those of program 3D-BASIS-ME. Placing the isolators at the top of the shaft in elevated tanks proved to be much better than placing them at the bottom.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2001.09a
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pp.339-347
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2001
A probabilistic optimum design method of the base isolation system consisting of linear spring, viscous damper and frictional element is presented. For the probabilistic approach, the base excitation is assumed to be a stationary Gaussian filtered random process. For optimum design, the objective function and constraints are derived based on the stochastic responses of the system. As a numerical example, the optimum design problem of a three-story base isolated shear type structure is formulated and solved by the sequential quadratic programming method. As a result, the effects of variation of design variables such as parameters of the base isolation system and the mass of base on the objective function and constraints are investigated and the optimum parameters of the base isolation system under study are derived.
Serror, Mohammed H.;El-Gazzar, Sherif O.;Mourad, Sherif A.
Earthquakes and Structures
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v.8
no.5
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pp.1091-1111
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2015
Base isolation is an effective method for protecting structures against earthquake hazard. It elongates the period of vibration and introduces supplemental damping to the structural system. The stiffness, damping and displacement are coupled forcing the code seismic design procedure to be unnecessarily complicated. In addition, the force reduction factor -a key parameter in the design procedurehas not been well addressed by seismic design codes at the high levels of damping due to the pronounced difference between pseudo and actual accelerations. In this study, a comparison has been conducted to evaluate eight different methods, in the literature, for calculating the force reduction factor due to damping. Accordingly, a simplified seismic analysis procedure has been proposed based on the well documented N2 method. Comprehensive analysis has been performed for base-isolated structure models for direct application and verification of the proposed procedure. The results have been compared with those of the European code EC8, the nonlinear time history analysis and investigations in the literature, where good agreement has been reported. In addition, a discussion has been elaborated for the resulted response of the base-isolated structure models with respect to the dynamic characteristics of the base isolation system.
Because of the design and construction requirements, the nuclear structures need to maintain the structural integrity under both design state and extreme earthquake shaking. The base-isolation technology can significantly reduce the damages of structures under extreme earthquake events, and effectively protect the safeties of structures and internal equipment. This study proposes a base-isolation design for the AP1000 nuclear shield building on considering the performance requirements of the seismic isolation systems and devices of shield building. The seismic responses of isolated and nonisolated shield buildings subjected to design basis earthquake (DBE) shaking and beyond-design basis earthquake (BDBE) shaking are analyzed, and three different strategies for controlling the displacements subjected to BDBE shaking are performed. By comparing with nonisolated shield buildings, the floor acceleration spectra of isolated shield buildings, relative displacement, and base shear force are significantly reduced in high-frequency region. The results demonstrate that the base-isolation technology is an effective approach to maintain the structural integrity which subjected to both DBE and BDBE shaking. A displacement control design for isolation layers subjected to BDBE shaking, which adopts fluid dampers for controlling the horizontal displacement of isolation layer is developed. The effectiveness of this simple method is verified through numerical analysis.
An isolated building, composed of superstructure and isolation system which have very different damping properties, is typically non-classical damping system. This results in inapplicability of traditional response spectrum method for isolated buildings. A multidimensional response spectrum method based on complex mode superposition is herein introduced, which properly takes into account the non-classical damping feature in the structure and a new method is developed to estimate velocity spectra from the commonly used displacement or pseudo-acceleration spectra based on random vibration theory. The error of forced decoupling method, an approximated approach, is discussed in the viewpoint of energy transfer. From the base-isolated benchmark model, as a numerical example, application of the procedure is illustrated companying with comparison study of time-history method, forced decoupling method and the proposed method. The results show that the proposed method is valid, while forced decoupling approach can't reflect the characteristics of isolated buildings and may lead to insecurity of structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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