Various types of dampers are widely adopted to reduce the seismic damages in bridges. However, dampers may be the improper solution especially in moderate seismic regions because dampers are costly for installation and require constant maintenance during life cycle. In this study, energy-dissipating sacrificial device is proposed, which sacrifices easily substitutable bridge members and dissipates the excessive energy during seismic excitations. In turns, the inelastic behavior of sacrificial members reduces the input energy of the major members, such as piers in bridges, and may prevent the major members from serious malfunction. A simplified mechanical model is developed to represent the behavior of sacrificial devices installed in a bridge. The hysteresis energy of piers is analyzed to certify performance of device under seismic loads applied to this mechanical model. The results from this study show that the proposed sacrificial energy-dissipating device can decrease excessive hysteresis energy and reduce the damage of piers under seismic excitation. Therefore, economical enhancement of the seismic performance of bridges may be possible by employing the proposed sacrificial energy-dissipating devices.
최근 지진하중에 대한관심이 높아져 가는 가운데 내진설계가 되어 있지 않은 기존 교량의 내진성능 향상 및 신설될 교량의 구조적 기능성과 안전성을 증대시키기 위한 방안으로 희생부재형 에너지소산장치(Energy-Dissipating Sacrificial Device, EDSD)가 개발되었다. 본 연구에서는 제안된 장치가 내진성능 향상을 위한 기법으로 실제 교량에 적용될 수 있도록 실험을 통해 EDSD의 성능 및 안정성을 검토하였다. 유사동적실험 결과, EDSD는 지진하중 시 양호한 에너지 소산능력을 발휘할 것으로 예상되며 충분한 소성거동을 통해 교량의 주거더에는 손상을 거의 주지 않으며 주부재간의 연결부 또한 안전함을 알 수 있었다. 또한, 강합성 플레이트 거더교를 대상으로 EDSD를 적용하고 교각의 에너지, 수평력 및 상 하부 구조간의 상대변위 등의 지진응답특성을 분석한 결과, EDSD는 지진력을 효과적으로 감소 및 분산시키고 상 하부 구조간의 상대변위를 상당히 감소시키는 것으로 나타났다. 따라서, EDSD는 설계 지진하중 또는 그 이상의 지진하중 하에서 특별한 유지관리 없이 그 기능을 발휘할 수 있을 것으로 예상되며 우리나라와 같이 지진이 빈번히 발생하지 않는 지역에서 기능적 경제적 효과를 기대할 수 있을 것으로 판단된다.
A new Energy-Dissipating Sacrificial Device(EDSD) is proposed, which can effectively dissipate the energy stored in the structures during seismic actions. A mathematical 3-D bridge models and analysis techniques are developed to represent the non-linear behavior of the EDSD, various seismic responses of a sample bridge with the EDSD are analyzed in terms of energy, member forces and deformation using the developed analysis method. And the EDSD is tested and certified it's behavior and stability to apply on exiting bridges. The EDSD can be able to dissipate a large amount of energy and therefore it can prevent the pier's excessive forces under seismic excitations and EDSD and its connected members are also stable. Additionally, the method and guidelines of an optimum EDSD design are proposed in terms of installation method and decision of number of EDSD. The Proposed EDSD under seismic excitations can significantly decrease the excessive storing energy in the bridge structures and reduce the relative displacements of each superstructure to the ground. The EDSD is also found to function as a structural fuse under strong ground motions, sacrificing itself to absorb the excessive energy. Consequently, economical enhancement of the seismic performance of bridges can be achieved by employing the newly developed energy dissipation sacrificial device(EDSD).
Hysteretic energy dissipating devices (HEDDs) have been increasingly applied to building construction to improve the seismic performance. The seismic responses of such damped structures are significantly affected by HEDD's structural properties. An accurate investigation on the propagation of HEDD's structural properties is required for reasonable evaluation of the seismic performance of a structure. This study aims to develop simplified methods that can estimate the collective uncertainty-propagation to the seismic response of damped structures employing HEDDs. To achieve this, three- and six-story steel moment-resisting frames were selected and the propagations of the individual HEDD's property-uncertainties were evaluated when they are subjected to various levels of seismic demand. Based on the result of individual uncertainty-propagations, a simplified method is proposed to evaluate the variation of seismic response collectively propagated by HEDD's property-uncertainties and is verified by comparing with the exact collective uncertainty-propagation calculated using the Monte Carlo simulation method. The proposed method, called as a modified SRSS method in this study, is established from a conventional square root of the sum of the squares (SRSS) method with the relative contributions of the individual HEDD's property-uncertainty propagations. This study shows that the modified SRSS method provides a better estimation than the conventional SRSS method and can significantly reduce computational time with reasonable accuracy compared with the Monte Carlo simulation method.
Unbond brace hysteretic dampers are generally used to prevent or decrease structural damage in buildings subjected to strong earthquake by its energy dissipating hysteretic behavior. According to a previous research, the optimum ratio of device yield strength to story yield strength of the combined system has been identified as the most important parameter for characterizing the performance of this device. In this research, the validity and the applicability of the previous research has been investigated and a new approach has been proposed through earthquake response analysis of a steel structure installed with unbond brace type hysteretic damper.
국내 공동주택 전단벽 구조시스템에 적용되는 감쇠장치는 대부분 인방형 형상으로 적용되고 있다. 인방형 감쇠장치는 좌우 전단벽을 연결하여 커플링 효과 및 추가 감쇠효과를 발휘하여 구조물 내진성능을 증대시킨다. 본 연구에서는 인방형 감쇠장치를 소개하고 감쇠장치가 적용된 구조물의 거동특성을 파악하였다. 제안된 감쇠장치는 힌지 및 변단면 형상으로 감쇠효과를 극대화시킨 구조로 유한요소 해석결과와 실험결과가 잘 일치하여 우수한 내진성능을 발휘하는 것으로 나타났으며, 해당 감쇠장치가 적용된 2차원 및 실제 공동주택 구조물을 대상으로 감쇠효과를 검토한 결과, 감쇠장치 커플링 효과로 기존구조물 대비 모든 구조물에서 내진성능 향상을 도모할 수 있었다. 본 연구에서 검토한 실제 구조물에 대해서는 비선형 정적해석 결과, 강도 및 연성능력이 향상되는 것으로 나타났고, 비선형 동적해석 결과, 층간변형각이 15%~18%, 층가속도가 20%~28%, 밑면전단력이 15%~20% 감소하는 결과를 나타냈다.
Li, Yan-Wen;Yam, Michael C.H.;Zhang, Ping;Ke, Ke;Wang, Yan-Bo
Structural Engineering and Mechanics
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제82권5호
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pp.611-628
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2022
Energy-dissipative rocking (EDR) columns are a class of seismic mitigation device capable of dissipating seismic energy and preventing weak-story failure of moment resisting frames (MRFs). An EDR consists of two hinge-supported steel columns interconnected by steel dampers along its height. Under earthquakes, the input seismic energy can be dissipated by plastic energy of the steel dampers in the EDR column. However, the unrecoverable plastic deformation of steel dampers generally results in residual drifts in the structural system. This paper presents a proof-of-concept study on an innovative device, namely self-centring energy-dissipative rocking (SC-EDR) column, aiming at enabling self-centring capability of the EDR column by installing a set of shape memory alloy (SMA) tension braces. The working mechanism of the SC-EDR column is presented in detail, and the feasibility of the new device is carefully examined via experimental and numerical studies considering the parameters of the SMA bar diameter and the steel damper plate thickness. The seismic responses including load carrying capacities, stress distributions, base rocking behaviour, source of residual deformation, and energy dissipation are discussed in detail. A rational combination of the steel damper and the SMA tension braces can achieve excellent energy dissipation and self-centring performance.
Conventional braces are often used to provide stiffness to structures; however due to buckling they cannot be used as seismic energy dissipating elements. In this study, a seismic energy dissipation device is proposed which is comprised of a bracing member and a steel hysteretic damper made of steel hexagonal plates. The hexagonal shaped designated fuse causes formation of plastic hinges under axial deformation of the brace. The main advantages of this damper compared to conventional metallic dampers and buckling-restrained braces are the stable and controlled energy dissipation capability with ease of manufacture. The mechanical behavior of the damper is formulated first and a design procedure is provided. Next, the theoretical formulation and the efficiency of the damper are verified using finite element (FE) analyses. An analytical model of the damper is established and its efficiency is further investigated by applying it to seismic retrofit of a case study structure. The seismic performance of the structure is evaluated before and after retrofit in terms of maximum interstory drift ratio, top story displacement, residual displacement, and energy dissipation of dampers. Overall, the median of maximum interstory drift ratios is reduced from 3.8% to 1.6% and the residual displacement decreased in the x-direction which corresponds to the predominant mode shape of the structure. The analysis results show that the developed damper can provide cost-effective seismic protection of structures.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제27권2호
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pp.305-311
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2003
This Paper Presents an information about the heat transfer characteristics of a separate type thermosyphon in electronic equipments. The heat removal problem of electronic equipments is regarded as an important factor and a separate type heatpipes can be utilized as a cooling device of electronic equipments (such as CPU of a Personal computer or notebook). In this study. heat source ($50\times50\times2 mm $aluminum Pseudo CPU) was used for the experiment. The device can transfer heat from the evaporator to the condenser through natural circulation (without any external driving forces) and the results indicate that the device is capable of dissipating over 60W of thermal energy and keeping the heating plate surface temperature under $50^{\circ}C$.
A separate type thermosyphon can be utilized as a cooling device of electronic equipments (such as CPU of a personal computer or notebook). This study was carried out to investigate the cooling effect of separate type thermosyphon and to find the adequate parameters affecting the separate type thermosyphon. The heat transfer characteristics of separate type thermosyphon were obtained from experimental results. A $50{\times}50{\times}2 mm$ heat source was copied after CPU for the experiments. The results indicate that the device is capable of dissipating 60W of thermal energy and keeping the heat plate surface temperature under 50'E and the device can transfer heat from the evaporator to the condenser through natural circulation (without any external driving forces). Some transport phenomena of the working fluid and the heat transfer characteristics of the loop were observed in the experiments and are discussed in detail below.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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