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.
Tajammolian, H.;Khoshnoudian, F.;Talaei, S.;Loghman, V.
Earthquakes and Structures
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v.7
no.6
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pp.1259-1281
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2014
This research has been conducted in order to investigate the effects of peak ground velocity (PGV) of near-field earthquakes on base-isolated structures mounted on Single Friction Pendulum (SFP), Double Concave Friction Pendulum (DCFP) and Triple Concave Friction Pendulum (TCFP) bearings. Seismic responses of base-isolated structures subjected to simplified near field pulses including the forward directivity and the fling step pulses are considered in this study. Behaviour of a two dimensional single story structure mounting on SFP, DCFP and TCFP isolators investigated employing a variety range of isolators and the velocity (PGV) of the forward directivity and the fling step pulses as the main variables of the near field earthquakes. The maximum isolator displacement and base shear are selected as main seismic responses. Peak seismic responses of different isolator types are compared to emphasize the efficiency of each one under near field earthquakes. It is demonstrated that rising the PGVs increases the isolator displacement and base shear of structure. The effects of the forward directivity are greater than the fling step pulses. Furthermore, TCFP isolator is more effective to control the near field effects than the other friction pendulum isolators are. This efficiency is more significant in pulses with longer period and greater PGVs.
The scope of this study is the comparison between experimental results of tests performed on a base isolated building using helical wire rope isolators (WRs), and results of Nonlinear Response History Analyses (NRHAs) performed using SAP 2000, a commercial software for structural analysis. In the first stage of this research, WRs have been tested under shear deformation beyond their linear range of deformation, and analytical models have been derived to describe the nonlinear response of the bearings under different directions of loading. On the following stage, shaking table tests have been carried out on a 1/3 scale steel model isolated at the base by means of curved surface sliders (CSS) and WRs. The response of the structure under ground motion excitation has been compared to that obtained using numerical analyses in SAP 2000. The feasibility of modelling the nonlinear behavior of the tested isolation layer using multilinear link elements embedded in SAP 2000 is discussed in this paper, together with the advantages of using WRs as supplemental devices for CSSs base isolated structures.
Alvaro Javier Florez;Luis Felipe Giraldo;Mariantonieta Gutierrez Soto
Smart Structures and Systems
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v.34
no.2
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pp.73-85
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2024
Smart base-isolated buildings rest on flexible pads known as base isolators that minimize the effect of external disturbances along with active/semi-active actuators. The strategies used to control these active components are typically based on system models that are known a priori. Although these models describe some of the most important dynamics of the elements involved in the system, the high degree of uncertainty in the behavior of a structure under external disturbances is very difficult to characterize using a fixed model. In this work, we propose a strategy that deals with this issue: the input that controls the actuator in the base isolation system results from the compound action of a controller that relies on a model of the system that is known a priori, and a control policy that is designed based on online data-driven inferences on the behavior of the system. In this way, the control design process incorporates both the prior information about the system and the unknowns of the system, such as non-modeled parameters and nonlinear behaviors in the building. We show through simulations the performance of the proposed method in an eight-story building subjected to seismic loading.
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.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.23
no.3
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pp.149-157
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2019
The purpose of this study is to investigate the effects of the significant duration of ground motions on responses of base-isolated nuclear power plants (NPPs). Two sets of ground motion records with short duration (SD) and long duration (LD) motions, scaled to match the target response spectrum, are used to perform time-history analyses. The reactor containment building in the Advanced Power Reactor 1400 (APR1400) NPP is numerically modeled using lumped-mass stick elements in SAP2000. Seismic responses of the base-isolated NPP are monitored in forms of lateral displacements, shear forces, floor response spectra of the containment building, and hysteretic energy of the lead rubber bearing (LRB). Fragility curves for different limit states, which are defined based on the shear deformation of the base isolator, are developed. The numerical results reveal that the average seismic responses of base-isolated NPP under SD and LD motion sets were shown to be mostly identical. For PGA larger than 0.4g, the mean deformation of LRB for LD motions was bigger than that for SD ones due to a higher hysteretic energy of LRB produced in LD shakings. Under LD motions, median parameters of fragility functions for three limit states were reduced by 12% to 15% compared to that due to SD motions. This clearly indicates that it is important to select ground motions with both SD and LD proportionally in the seismic evaluation of NPP structures.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.2
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pp.59-67
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2006
The aim of this study is to evaluate the design table for envelope curve analysis of base isolated buildings, which represent the period of base isolated buildings and the lateral displacement of base isolation devices. For the construction of design table, $V_E$ spectrum, which represents the energy, is developed instead of acceleration of seismic hazard. Based on the seismic coefficient of UBC 97, boundary period $T_G$ and maximum velocity response $V_0$ are proposed considering Korea seismic hazard. Using $T_G$ and $V_0$, finally, $V_E$ spectrum is developed for the four types of soil conditions. Base on the $V_E$ spectrum, design table for envelope curve analysis is also developed for soil types.
Inocencio Luevanos-Soto;Arnulfo Luevanos-Rojas;Victor Manuel Moreno-Landeros;Griselda Santiago-Hurtado
Coupled systems mechanics
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v.13
no.4
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pp.311-335
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2024
This work aims to show a model to estimate the minimum cost (Thickness and area of steel in X and Y directions) for design a circular isolated footing with eccentric column that considers that the surface in contact with the ground works partially under compression. The formulation is shown by integration to find the moments, the bending shears and the punching shear using the pressure volume under the footing. Some researchers show the minimum cost design for circular isolated footings for an eccentric column assuming that the contact area works completely in compression, others consider the contact surface with the ground working partially in compression for a column in the center of the base. Three numerical examples are developed to obtain the complete design, which are: Example 1 for a column in the center of the base,Example 2 for a column at a distance of 1.50 m from the center of the base in the X direction, Example 3 for a column at a distance of 1.50 m from the center of the base in both directions. Also, a comparison of the new model against the model proposed by other authors is presented. The comparison shows that the new model generates a great saving of up to 43.74% for minimum area and 48.44% for minimum cost design in a column located in the center of the base, and when the column is located at a distance of radius/2 starting from the center of the base in the X direction generates great savings of up to 45.24% for minimum area and 31.80% for minimum cost design. Therefore, it is advisable to use the model presented in this study.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.20
no.6
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pp.379-389
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2016
This study intends to evaluate the conservativeness of the fixed-base analysis as compared to the soil-structure interaction (SSI) analysis for the seismically isolated model of a nuclear power plant in Korea. To that goal, the boundary reaction method (BRM), combining frequency-domain and time-domain analyses in a twofold process, is adopted for the SSI analysis considering the nonlinearity of the seismic base isolation. The program KIESSI-3D is used for computing the reaction forces in the frequency domain and the program MIDAS/Civil is applied for the nonlinear time-domain analysis. The BRM numerical model is verified by comparing the results of the frequency-domain analysis and time-domain analysis for the soil-structure system with an equivalent linear base isolation model. Moreover, the displacement response of the base isolation and the horizontal response at the top of the structure obtained by the nonlinear SSI analysis using BRM are compared with those obtained by the fixed-base analysis. The comparison reveals that the fixed-base analysis provides conservative peak deformation for the base isolation but is not particularly conservative in term of the floor response spectrum of the superstructure.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.15
no.5
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pp.124-135
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2011
The capacity of bearings installed at abutments and piers for continuous bridges is usually determined by the magnitude of the maximum vertical reaction at each support and the capacity of bearings placed at piers is higher than that at abutments. In this study, the possibility of the improved seismic performance of base-isolated continuous skew bridges was investigated by analysing the variation of the seismic behavior of them according to three arrangements of bearings. Based on the conventional arrangement of bearings(Case A), three arrangements of bearings such as Case A, Case B and Case C were selected considering the variation of the horizontal stiffness of the lead rubber bearing(LRB) installed at the pier. The seismic behavior of the total 36 skew bridges was investigated by conducting the response spectrum analysis using the hybrid response spectrum considered the effect of LRB's damping. Results of analyses show that a more desirable seismic behavior of base-isolated continuous skew bridges can be obtained by reducing the magnitude of the horizontal stiffness of LRB placed at the pier to similar to or less than that of LRB installed at abutments. The variation of LRB's stiffness at the pier brings about period elongation and the change of mode shapes of base-isolated skew bridges and results in the reduction of the total base shear, the maximum base shear at the pier and the girder stresses. Although positive effects on the seismic behavior of base-isolated skew bridges caused by the change of arrangement of bearings decreased slighty with an increase in the flexibility of the substructure, the proposed arrangements of bearings bring about the improved seismic performance of base-isolated continuous skew plate girder bridges with less than 10m height of piers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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