Khosraviani, Mohammad Javad;Bahar, Omid;Ghasemi, Seyed Hooman
Structural Engineering and Mechanics
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v.77
no.2
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pp.151-165
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2021
This paper aims to present a novelty damage detection method to identify damage locations by the simultaneous use of both the energy and displacement damage indices. Using this novelty method, the damaged location and even the damaged floor are accurately detected. As a first method, a combination of the instantaneous frequency energy index (EDI) and the structural acceleration responses are used. To evaluate the first method and also present a rapid assessment method, the Displacement Damage Index (DDI), which consists of the error reliability (β) and Normal Probability Density Function (NPDF) indices, are introduced. The innovation of this method is the simultaneous use of displacement-acceleration responses during one process, which is more effective in the rapid evaluation of damage patterns with velocity vectors. In order to evaluate the effectiveness of the proposed method, various damage scenarios of the ASCE benchmark problem, and the effects of measurement noise were studied numerically. Extensive analyses show that the rapid proposed method is capable of accurately detecting the location of sparse damages through the building. Finally, the proposed method was validated by experimental studies of a six-story steel building structure with single and multiple damage cases.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.13
no.3
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pp.91-98
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2013
A multi-input single-output (MISO) semi-active control systems were studied by many researchers. For more improved vibration control performance, a structure requires more than one control device. In this paper, multi-input multi-output (MIMO) semi-active fuzzy controller has been proposed for vibration control of seismically excited small-scale buildings. The MIMO fuzzy controller was optimized by multi-objective genetic algorithm. For numerical simulation, five-story example building structure is used and two MR dampers are employed. For comparison purpose, a clipped-optimal control strategy based on acceleration feedback is employed for controlling MR dampers to reduce structural responses due to seismic loads. Numerical simulation results show that the MIMO fuzzy control algorithm can provide superior control performance to the clipped-optimal control algorithm.
The Monte Carlo procedure was used to simulate wind load effects on a light-frame low-rise structure of irregular shape and a main wind force resisting system. Two analytical models were studied: rigid-beam and rigid-plate models. The models assumed that roof diaphragms were rigid beam or rigid plate and shear walls controlled system behavior and failure. The parameters defining wall stiffness, including imperfections, were random and included wall stiffness, wall capacity and yield displacements. The effect of openings was included in the simulation via a set of discrete multipliers with uniform distribution. One and two-story buildings were analyzed and the models can be expanded into multiple-floor structures provided that the assumptions made in this paper are not violated.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.43
no.5
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pp.667-674
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2023
In the event of a disaster occurring within a building, the prompt and efficient evacuation and rescue of occupants within the building becomes the foremost priority to minimize casualties. For the purpose of such rescue operations, it is essential to ascertain the distribution of individuals within the building. Nevertheless, there is a primary dependence on accounts provided by pertinent individuals like building proprietors or security staff, alongside fundamental data encompassing floor dimensions and maximum capacity. Consequently, accurate determination of the number of occupants within the building holds paramount significance in reducing uncertainties at the site and facilitating effective rescue activities during the golden hour. This research introduces a methodology employing computer vision algorithms to count the number of occupants within distinct building locations based on images captured by installed multiple CCTV cameras. The counting methodology consists of three stages: (1) establishing virtual Lines of Interest (LOI) for each camera to construct a multi-camera network environment, (2) detecting and tracking people within the monitoring area using deep learning, and (3) aggregating counts across the multi-camera network. The proposed methodology was validated through experiments conducted in a five-story building with the average accurary of 89.9% and the average MAE of 0.178 and RMSE of 0.339, and the advantages of using multiple cameras for occupant counting were explained. This paper showed the potential of the proposed methodology for more effective and timely disaster management through common surveillance systems by providing prompt occupancy information.
In the past 20 years, seismic isolation has see a variety of applications in design of structures to mitigate seismic hazard. In particular, isolation has been seen as a means of achieving enhanced seismic performance objectives, such as those for hospitals, critical emergency response facilities, mass electronic data storage centers, and similar buildings whose functionality following a major seismic event is either critical to the public welfare or the financial solvency of an organization. While achieving these enhanced performance objectives is a natural (and oftentimes requisite) application of seismic isolation, little attention has been given to the extension of current design practice to isolated buildings which may have more conventional performance objectives. The development of a rational design methodology for isolated buildings requires thorough investigation of the behavior of isolated structures subjected to seismic input of various recurrence intervals, and which are designed to remain elastic only under frequent events. This paper summarizes these investigations, and proposed a consistent probabilistic framework within which any combination of performance objectives may be met. Analytical simulations are presented, the results are summarized. The intent of this work is to allow a building owner to make informed decisions regarding tradeoffs between superstructure performance (drifts, accelerations) and isolation system performance. Within this framework, it is possible to realize the benefits of designing isolated buildings for which the design criteria allows consideration of multiple performance goals.
Avci, Muammer;Botelho, Rui M.;Christenson, Richard
Smart Structures and Systems
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v.25
no.2
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pp.155-167
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2020
This paper demonstrates a real-time hybrid substructuring (RTHS) shake table test to evaluate the seismic performance of a base isolated building. Since RTHS involves a feedback loop in the test implementation, the frequency dependent magnitude and inherent time delay of the actuator dynamics can introduce inaccuracy and instability. The paper presents a robust stability and performance analysis method for the RTHS test. The robust stability method involves casting the actuator dynamics as a multiplicative uncertainty and applying the small gain theorem to derive the sufficient conditions for robust stability and performance. The attractive feature of this robust stability and performance analysis method is that it accommodates linearized modeled or measured frequency response functions for both the physical substructure and actuator dynamics. Significant experimental research has been conducted on base isolators and dampers toward developing high fidelity numerical models. Shake table testing, where the building superstructure is tested while the isolation layer is numerically modeled, can allow for a range of isolation strategies to be examined for a single shake table experiment. Further, recent concerns in base isolation for long period, long duration earthquakes necessitate adding damping at the isolation layer, which can allow higher frequency energy to be transmitted into the superstructure and can result in damage to structural and nonstructural components that can be difficult to numerically model and accurately predict. As such, physical testing of the superstructure while numerically modeling the isolation layer may be desired. The RTHS approach has been previously proposed for base isolated buildings, however, to date it has not been conducted on a base isolated structure isolated at the ground level and where the isolation layer itself is numerically simulated. This configuration provides multiple challenges in the RTHS stability associated with higher physical substructure frequencies and a low numerical to physical mass ratio. This paper demonstrates a base isolated RTHS test and the robust stability and performance analysis necessary to ensure the stability and accuracy. The tests consist of a scaled idealized 4-story superstructure building model placed directly onto a shake table and the isolation layer simulated in MATLAB/Simulink using a dSpace real-time controller.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.7
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pp.720-725
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2017
This paper evaluated the safety and serviceability of a building structure considering the multi-hazard and proposed TMD-based adaptive smart control system to improve the structural performance. To make multi-hazard loads, an artificial earthquake and artificial wind loads were generated based on representative regions of strong seismicity and strong wind in U.S.A. The safety and serviceability of a 20-story example building structure were investigated using the generated artificial loads. A smart TMD was employed to improve the safety and serviceability of the example structure and its capacity of structural performance improvement was evaluated. The smart TMD was comprised of a MR (magnetorheological) damper. Numerical analysis showed that the example building structure could not satisfy the design limit of safety and serviceability with respect to multi-hazard. The smart TMD effectively reduced the seismic responses associated with the safety and wind-induce responses associated with serviceability.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.4
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pp.38-47
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2020
A parametric study for analytical correction using measurement results was performed to minimize errors in the predictions of column shortening in RC tall building. The parameters of the column shortening analytical correction are the execution standard of analytical correction, the value of the analytical correction, and the measurement location, and the analytical correction models with the parameters were applied to the construction sequence analysis of a 41-story RC building to compare and analyze the correction effect according to the parameter. The reduction ratio of the error value for each floor was compared with the number of corrections and the total corrected value, and it was confirmed that the error tended to be minimized when the execution standard of analytical correction was performed based on a regular interval, when the analysis correction value was corrected by the error value, and when the measurement position was measured every floor. From this, it was confirmed that the most appropriate analytical correction model can be derived by applying multiple analytical correction models to the actual analysis model.
Dougka, Georgia;Dimakogianni, Danai;Vayas, Ioannis
Earthquakes and Structures
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v.6
no.5
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pp.561-580
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2014
After strong earthquakes conventional frames used worldwide in multi - story steel buildings (e.g. moment resisting frames) are not well positioned according to reparability. Two innovative systems for seismic resistant steel frames incorporated with dissipative fuses were developed within the European Research Program "FUSEIS" (Vayas et al. 2013). The first, FUSEIS1, resembles a vertical Vierendeel beam and is composed of two closely spaced strong columns rigidly connected to multiple beams. In the second system, FUSEIS2, a discontinuity is introduced in the composite beams of a moment resisting frame and the dissipative devices are steel plates connecting the two parts. The FUSEIS system is able to dissipate energy by means of inelastic deformations in the fuses and combines ductility and architectural transparency with stiffness. In case of strong earthquakes damage concentrates only in the fuses which behave as self-centering systems able to return the structure to its initial undeformed shape. Repair work after such an event is limited only to replacing the fuses. Experimental and numerical investigations were performed to study the response of the fuses system. Code relevant design rules for the seismic design of frames with dissipative FUSEIS and practical recommendations on the selection of the appropriate fuses as a function of the most important parameters and member verifications have been formulated and are included in a Design Guide. This article presents the design and performance of building frames with FUSEIS 1-1 based on models calibrated on the experimental results.
This study develops a damage detection method based on neural networks. The performance of the method is numerically and experimentally verified using a three-story shear building model. The framework is mainly composed of two hierarchical stages to identify damage location and extent using artificial neural network (ANN). The normalized damage signature index, that is a normalized ratio of the changes in the natural frequency and mode shape caused by the damage, is used to identify the damage location. The modal parameters extracted from the numerically developed structure for multiple damage scenarios are used to train the ANN. The positive alarm from the first stage of damage detection activates the second stage of ANN to assess the damage extent. The difference in mode shape vectors between the intact and damaged structures is used to determine the extent of the related damage. The entire procedure is verified using laboratory experiments. The damage is artificially modeled by replacing the column element with a narrow section, and a stochastic subspace identification method is used to identify the modal parameters. The results verify that the proposed method can accurately detect the damage location and extent.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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