The seismic performance of the tall building equipped with a tuned mass damper (TMD) considering soil-structure interaction (SSI) effects is well studied in the literature. However, these studies are performed on the nominal model of the seismic-excited structural system with SSI. Hence, the outcomes of the studies may not valid for the actual structural system. To address the study gap, the reliability theory as a useful and powerful method is utilized in the paper. The present study aims to carry out reliability analyses on tall buildings equipped with TMD under near-field pulse-like (NFPL) ground motions considering SSI effects using a subset simulation (SS) method. In the presence of uncertainties of the structural model, TMD device, foundation, soil, and near-field pulse-like ground motions, the numerical studies are performed on a benchmark 40-story building and the failure probabilities of the structures with and without TMD are evaluated. Three types of soils (dense, medium, and soft soils), different earthquake magnitudes (Mw = 7,0. 7,25. 7,5 ), different nearest fault distances (r = 5. 10 and 15 km), and three seismic performance levels of immediate occupancy (IO), life safety (LS), and collapse prevention (CP) are considered in this study. The results show that tall buildings built near faults and on soft soils are more affected by uncertainties of the structural and ground motion models. Hence, ignoring these uncertainties may result in an inaccurate estimation of the maximum seismic responses. Also, it is found the TMD is not able to reduce the failure probabilities of the structure in the IO seismic performance level, especially for high earthquake magnitudes and structures built near the fault. However, TMD is significantly effective in the reduction of failure probability for the LS and CP performance levels. For weak earthquakes and long fault distances, the failure probabilities of both structures with and without TMD are near zero, and the efficiency of the TMD in the reduction of failure probabilities is reduced by increasing earthquake magnitudes and the reduction of fault distance. As soil softness increases, the failure probability of structures both with and without TMD often increases, especially for severe near-fault earthquake motion.
Jeong, Gi Hyun;Lee, Han Seon;Hwang, Kyung Ran;Kwon, Oh-Sung;Kim, Sung-Jig
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.20
no.3
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pp.155-162
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2016
Observations of the damages to high-rise reinforced concrete (RC) wall building structures caused by by recent earthquakes in Chile ($M_w$ 8.8, February 2010) and New Zealand (February 2011, $M_L$ 6.3) have generally exceeded expectations. Firstly, this study estimated the seismic damage levels of 15-story RC box-type wall building structures using the analytical models calibrated by the results of a shaking table test on a 1:5 scale 10-story RC box-type wall building model. Then, the seismic fragility analysis of the prototype model was conducted by using the SAC/FEMA method and the incremental dynamic analysis (IDA). To compensate for the uncertainties and variability of ground motion and its impacts on the prototype model, in the SAC/FEMA method, a total of 61 ground motion records were selected from 20 earthquakes, with a magnitude ranging from 5.9 to 8.8 and an epicentral distance ranging from 5 to 105km. In the IDA, a total of 11 ground motion records were used based on the uniform hazard response spectrum representing a return period of 2,475 years. As a result, the probabilities that the limits of the serviceability, damage control, and collapse prevention would be exceeded were as follows: from the SAC/FEMA method: 79%, 0.3%, and 0%, respectively; and from the IDA: 57%, 1.7%, and 0%, respectively.
The magneto-rheological (MR) damper contributes to the new technology of structural vibration control. Its developments and applications have been paid significant attentions in earthquake engineering in recent years. Due to the shortages, however, inherent in deterministic control schemes where only several observed seismic accelerations are used as the trivial input and in classical stochastic optimal control theory with assumption of white noise process, the derived control policy cannot effectively accommodate the performance of randomly base-excited engineering structures. In this paper, the experimental and analytical studies on stochastic seismic response control of structures with specifically designed MR dampers are carried out. The random ground motion, as the base excitation posing upon the shaking table and the design load used for structural control system, is represented by the physically based stochastic ground motion model. Stochastic response analysis and reliability assessment of the tested structure are performed using the probability density evolution method and the theory of extreme value distribution. It is shown that the seismic response of the controlled structure with MR dampers gain a significant reduction compared with that of the uncontrolled structure, and the structural reliability is obviously strengthened as well.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.19
no.11
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pp.998-1003
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2013
This study proposes an adaptive control algorithm for lateral motion of a UGV (Unmanned Ground Vehicle) using an NN (Neural Networks). The lateral motion of the UGV can be corrupted with various uncertainties such as side slip. In order to compensate the performance degradation of the UGV under various uncertainties, an NN-based adaptive control is designed by utilizing a virtual control concept. Since both the drift and input gain terms are uncertain, the proposed method adapts the whole terms related to the difference between the nominal and real systems. To avoid a singularity problem with the adaptive control, the affine property of the UGV dynamic model is utilized and the overall closed-loop stability is analyzed rigorously. Finally, numerical simulations using Carsim are performed to validate the effectiveness of the proposed scheme.
To achieve this goal, two four-span concrete box-girder bridges with typical configurations of California highway bridges are selected as representative bridges: an integral abutment bridge and a seat-type abutment bridge. A detailed numerical model of the representative bridges is created in OpenSees to perform dynamic analyses. To examine the effect of earthquake incidence angle on the fragility of skewed bridges, the representative bridge models are modified with different skew angles. Dynamic analyses for all bridge models are performed for all earthquake incidence angles examined. Simulated results are used to develop demand models and component and system fragility curves for the skewed bridges. The fragility characteristics are compared with regard to earthquake incidence angle. The results suggest that the earthquake incidence angle more significantly affects the seismic demand and fragilities of the integral abutment bridge than the skewed abutment bridge. Finally, a recommendation to account for the randomness due to the ground motion directionality in the fragility assessment is made in the absence of the predetermined earthquake incidence angle.
The local topography has a significant effect on the characteristics of seismic ground motion. This paper investigates the influence of topographic effects on the seismic response of a train-bridge system. A 3-D finite element model with local absorbing boundary conditions is established for the local site. The time histories of seismic ground motion are converted into equivalent loads on the artificial boundary, to obtain the seismic input at the bridge supports. The analysis of the train-bridge system subjected to multi-support seismic excitations is performed, by applying the displacement time histories of the seismic ground motion to the bridge supports. In a case study considering a bridge with a span of 466 m crossing a valley, the seismic response of the train-bridge system is analyzed. The results show that the local topography and the incident angle of seismic waves have a significant effect on the seismic response of the train-bridge system. Leaving these effects out of consideration may lead to unsafe analysis results.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.25
no.6
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pp.293-303
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2021
Seismic fragility functions for unreinforced masonry buildings were derived based on the incremental dynamic analysis of eight representative inelastic numerical models for application to Korea's earthquake damage estimation system. The effects of panel zones formed between piers and spandrels around openings were taken into account explicitly or implicitly regarding stiffness and inelastic deformation capacity. The site response of ground motion records measured at the rock site was used as input ground motion. Limit states were proposed based on the fraction of structural components that do not meet the required performance from the nonlinear static analysis of each model. In addition to the randomness of ground motion considered in the incremental dynamic analysis explicitly, supplementary standard deviation due to uncertainty that was not reflected in the fragility assessment procedure was added. The proposed seismic fragility functions were verified by applying them to the damage estimation of masonry buildings located around the epicenter of the 2017 Pohang earthquake and comparing the result with actual damage statistics.
Seismic ground response evaluation is one of the main issues in geotechnical earthquake engineering. These analyses are subsequently divided into one-, two- and three-dimensional methods, and each of which can perform in time or frequency domain. In this study, a novel approach is proposed to assess the seismic site response using two-dimensional transfer functions in frequency domain analysis. Using the proposed formulation, a program is written in MATLAB environment and then promoted utilizing the equivalent linear approach. The accuracy of the written program is evaluated by comparing the obtained results with those of actual recorded data in the Gilroy region during Loma Prieta (1989) and Coyote Lake (1979) earthquakes. In order to precise comparison, acceleration time histories, Fourier amplitude spectra and acceleration response spectra diagrams of calculated and recorded data are presented. The proposed 2D transfer function diagrams are also obtained using mentioned earthquakes which show the amount of amplification or attenuation of the input motion at different frequencies while passing through the soil layer. The results of the proposed method confirm its accuracy and efficiency to evaluate ground motion during earthquakes using two-dimensional model. Then, studies on irregular topographies are carried out, and diagrams of amplification factors are shown.
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 proposes an evolutionary optimization approach for optimal hopping of humanoid robots. In the proposed approach, the hopping trajectory is generated by a central pattern generator (CPG). The CPG is one of the biologically inspired approaches, and it generates rhythmic signals by using neural oscillators. During the hopping motion, the disturbance caused by the ground reaction forces is compensated for by utilizing the sensory feedback in the CPG. Posture control is essential for a stable hopping motion. A posture controller is utilized to maintain the balance of the humanoid robot while hopping. In addition, a compliance controller using a virtual spring-damper model is applied for stable landing. For optimal hopping, the optimization of the hopping motion is formulated as a minimization problem with equality constraints. To solve this problem, two-phase evolutionary programming is employed. The proposed approach is verified through computer simulations using a simulated model of the small-sized humanoid robot platform DARwIn-OP.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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