Lee, Chien-Shen;Love, J. Shayne;Haskett, Trevor C.;Robinson, Jamieson K.
International Journal of High-Rise Buildings
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v.10
no.2
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pp.93-97
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2021
Supplementary damping systems, such as tuned mass dampers (TMDs) and tuned sloshing dampers (TSDs) - also known as tuned liquid dampers (TLDs) - have been successfully employed to reduce building motion during wind events. A design of a damping system consisting of a TMD and two TSDs performing in unison has been developed for a tall building in Taiwan to reduce wind-induced motion. The architecturally exposed TMD will also be featured as a tourist attraction. The dual-purpose TSD tanks will perform as fire suppression water storage tanks. Linearized equivalent mechanical TSD and TMD models are coupled to the structure to simulate the multi-degree of freedom system response. Frequency response curves for the structure with and without the damping system are created to evaluate the performance of the damping system. The performance of the combined TMD-TSD system is evaluated against a conventional TMD system by computing the effective damping produced by each system. The proposed system is found to have superior performance in acceleration reduction. The combined TMD-TSD system is an effective and affordable means to reduce the wind-induced resonant response of tall buildings.
Kim, Dong-Gyu;Shin, Dong-Hyeon;Choi, Insub;Kang, Jaedo;Lee, Deuck-Hang;Shin, Jiuk
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.24
no.3
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pp.95-107
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2024
In South Korea, over 400,000 Non-building Structures are inadequately managed and exposed to potential risks due to insufficient inspection systems, leading to an increase in accidents and significant losses of life and property. Therefore, it is crucial for users to conduct proactive self-inspections to identify and mitigate potential hazards. This study reclassified Non-building Structures into four main categories by analyzing their structural characteristics and associated risks through statistical analysis. Among these, retaining walls, which account for the largest proportion, were systematically analyzed to identify common damage patterns. Based on this analysis, self-inspection checklists were developed for both non-experts and experts. The proposed process involves an initial visual inspection using a simple non-expert checklist, followed by a more detailed expert-level inspection if any anomalies are detected. The reliability of this process was validated through approximately 120 validation processes.
In this paper, a low cost, low power but multifunctional wireless sensor node is presented for the impedance-based SHM using piezoelectric sensors. Firstly, a miniaturized impedance measuring chip device is utilized for low cost and low power structural excitation/sensing. Then, structural damage detection/sensor self-diagnosis algorithms are embedded on the on-board microcontroller. This sensor node uses the power harvested from the solar energy to measure and analyze the impedance data. Simultaneously it monitors temperature on the structure near the piezoelectric sensor and battery power consumption. The wireless sensor node is based on the TinyOS platform for operation, and users can take MATLAB$^{(R)}$ interface for the control of the sensor node through serial communication. In order to validate the performance of this multifunctional wireless impedance sensor node, a series of experimental studies have been carried out for detecting loose bolts and crack damages on lab-scale steel structural members as well as on real steel bridge and building structures. It has been found that the proposed sensor nodes can be effectively used for local wireless health monitoring of structural components and for constructing a low-cost and multifunctional SHM system as "place and forget" wireless sensors.
Balamonica, K;Jothi Saravanan, T.;Bharathi Priya, C.;Gopalakrishnan, N.
Biomaterials and Biomechanics in Bioengineering
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v.4
no.1
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pp.9-20
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2019
Living beings are formed of advanced biological and mechanical systems which exist for millions of years. It is known that various animals and insects right from small ants to huge whales have different weight carrying capacities, which is generally expressed as a ratio of their own bodyweights i.e., Strength to Bodyweight Ratio (SBR). The puzzle is that when a rhinoceros beetle (scientific name: Dynastinae) can carry 850 times its own bodyweight, why a man cannot accomplish the same feat. There are intrinsic biological and mechanical reasons related to their capacities, as per biomechanics. Yet, there are underlining principles of engineering and structural mechanics which tend to solve this puzzle. The paper attempts to give a plausible answer for this puzzle through structural mechanics and experimental modeling techniques. It is based on the fact that smaller an animal or creature, it has larger value of weight lifting by self-weight ratio. The simple example of steel prism model discussed in this paper, show that smaller the physical model size, larger is its SBR value. To normalize this, the basic length of the model need to be considered and when multiplied with SBR, a constant is arrived. Hence, the aim of the research presented is to derive this constant on a pan-living being spectrum through size/scaling effect.
Structural control systems have uncertainties in their structural parameters and control devices which by using reliability analysis, uncertainty can be modeled. In this paper, reliability of controlled structures equipped with semi-active Magneto-Rheological (MR) dampers is investigated. For this purpose, at first, the effect of the structural parameters and damper parameters on the reliability of the seismic responses are evaluated. Then, the reliability of MR damper force is considered for expected levels of performance. For sensitivity analysis of the parameters exist in Bouc- Wen model for predicting the damper force, the importance vector is utilized. The improved first-order reliability method (FORM), is used to reliability analysis. As a case study, an 11-story shear building equipped with 3 MR dampers is selected and numerically obtained experimental data of a 1000 kN MR damper is assumed to study the reliability of the MR damper performance for expected levels. The results show that the standard deviation of random variables affects structural reliability as an uncertainty factor. Thus, the effect of uncertainty existed in the structural model parameters on the reliability of the structure is more than the uncertainty in the damper parameters. Also, the reliability analysis of the MR damper performance show that to achieve the highest levels of nominal capacity of the damper, the probability of failure is greatly increased. Furthermore, by using sensitivity analysis, the Bouc-Wen model parameters which have great importance in predicting damper force can be identified.
Most of high-rise buildings in Japan*1 are structure with damping systems recently. The design procedure is performance-based design (PBD), which is based on the nonlinear response history procedure (NRHP) using 2 or 3-dimentional frame model. In addition, hysteretic property of steel plates or velocity-dependent property of viscous dampers are common practice for the damping system. However, for the selection of damping system, the easy dynamic analysis of recent date may lead the most of engineers to focus attention on the maximum response only without thinking how it shakes. By nature, the seismic design shall be to figure out the action of inertia forces by complex & dynamic loads including periodic and pulse-like characteristics, what we call seismic ground motion. And it shall be done under the dynamic condition. On the contrary, we engineers engineers have constructed the easy-to-use static loads and devoted ourselves to handle them. The structures with damping system shall be designed considering how the stiffness & damping to be applied to the structures against the inertia forces with the viewpoint of dynamic aspect. In this paper we reconsider the role of damping in vibration and give much thought to the basic of shake with damping from a standpoint of structural design. Then, we present some design examples based on them.
In this study, it is intended to perform nonlinear time-history analyses of nuclear power plant structures (NPP) under near-fault earthquakes showing directivity pulse and fling-step characteristics. Simulation procedures based on cycloidal pulse and far-fault ground motions are also used to simulate near-fault motions showing forward-directivity and fling-step characteristics and the structural responses are compared with those of the recorded near-fault ground motions. Because it is aimed to determine specifically the pulse type characteristics of near-fault ground motions on NPPs, all the ground motions are normalized to have a PGA of 0.3 g. Depending on the obtained results it can be underlined that although near-fault ground motion has the potential to cause damage mostly on structural systems having larger periods, it may also have noticeable effects on the responses of rigid structures, like NPP containment buildings. On the other hand, simulated near-fault motions can help us to get an insight into the near-fault mechanism as well as an approximate visualization of the structural responses under near-fault earthquakes.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.12
no.6
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pp.241-248
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2008
The objective of sensitivity analyses is to identify critical variables of structural models and how their variability impacts mechanical response results. The sensitivity analyses have been used as significant basis data for practical applications of measuring and reinforcing fragile building structures. This study presents several sensitivity analysis methods for topological optimum designs of linear elastostatic structural systems. Numerical examples for structural analyses and topological optimum modeling demonstrate the reliability of sensitivities formulated in the present study.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.30
no.4
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pp.351-361
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2017
Reinforced concrete(RC) structural walls are major lateral load-resisting structural member in building structures. Generally these RC structural walls are coupled with each other by the coupling beams and slabs, and therefore they behave as RC coupled structural wall system. In the design of these coupled structural wall systems, member forces are calculated using elastic structural analysis. These elastic analysis methodologies for the design of coupled structural wall system was not reasonable because it can not consider their ultimate behavior and assure economic feasibility. Performance based design and moment redistribution method to solve these problems is regarded as a reasonable alternative design method for RC coupled structural wall system. However, it is not verified under various design parameters. In this study, nonlinear analysis of RC coupled structural wall system was performed according to various design parameters such as reinforcement ratio, ultimate concrete strain and wall height. Based on analysis results, design considerations for coupled RC structural wall system was proposed.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.17
no.1
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pp.49-58
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2004
Drift design of a high-rise building is a governing factor in the determination of structural weights and lateral resisting systems. However, high-rise buildings are composed of tens of thousands of structural member, designer can not know which members are active to lateral drift control and how much they contribute to lateral drifts. Resizing technique was proved to be a practical method for drift design of high-rise buildings. However, no resizing algorithm has been considered the effect of vertical loads in drift designs. Thus, in this paper, a resizing algorithm has been developed for drift designs of high-rise buildings subjected to both lateral and vertical loads. The drift design model has been applied to drift designs of two high-rise building examples.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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