The typical inerter system, the tuned viscous mass damper (TVMD), has been proven to be efficient. It is characterized by an energy-dissipation-enhancement effect, whereby the dashpot deformation of TVMD can be amplified for enhanced energy dissipation efficiency. However, existing studies related to TVMD have mainly been performed on elastic structures, so the working mechanism remains unclear for nonlinear structures. To deal with this, an energy-spectrum analysis framework is developed systematically for classic bilinear hysteretic structures with TVMD. Considering the soil effect, typical bedrock records are propagated through the soil deposit, for which the designed input energy spectra are proposed by considering the TVMD parameters and structural nonlinear properties. Furthermore, the energy-dissipation-enhancement effect of TVMD is quantitatively evaluated for bilinear hysteretic structures. The results show that the established designed input energy spectra can be employed to evaluate the total energy-dissipation burden for a nonlinear TVMD structure. Particularly, the stiffness of TVMD is the dominant factor in adjusting the total input energy. Compared with the case of elastic structures, the energy-dissipation-enhancement effect of TVMD for nonlinear structures is weakened so that the expected energy-dissipation effect of TVMD is replaced by the accumulated energy dissipation of the primary structure.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.05a
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pp.206-209
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2006
This study presents the performance evaluation of a tuned mass damper (TMD) for controlling seismic responses of the nonlinear hysteretic structure represented by a Bouc-Wen model, considering that the general reinforce concrete building structures subject to earthquake load show nonlinear hysteretic behavior. Numerical analysis result indicates that the performance of a passive TMD of which design parameters are optimized for a elastic structure deteriorates when the hysteretic portion of the structural responses increases, while a semi-actively operated TMD shows about 15-40% more response reduction than the TMD.
Time delay inevitably exists in active control systems, and it may cause the degradation of control efficiency or instability of the systems. So time delay needs to be compensated in control design in order to eliminate its negative effect on control efficiency. Today time delay in linear systems has been more studied and some treating methods had been worked out. However, there are few treating methods for time delay in nonlinear systems. In this paper, an active controller for a nonlinear and hysteretic building structure with time delay is studied. The nonlinear and hysteretic behavior of the system is illustrated by the Bouc-Wen model. By specific transformation and augmentation of state parameters, the motion equation of the system with explicit time delay is transformed into the standard state space representation without any explicit time delay. Then the fourth-order Runge-Kutta method and instantaneous optimal control method are applied to the controller design with time delay. Finally, numerical simulations and comparisons of an eight-story building using the proposed time-delay controller are carried out. Simulation results indicate that the control performance will deteriorate if time delay is not taken into account in the control design. The simulations also prove the proposed time delay controller in this paper can not only effectively compensate time delay to get better control effectiveness, but also work well with both small and large time delay problems.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1998.04a
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pp.25-32
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1998
Most recent seismic design codes include Response Modification Factor(RMF) for determining equivalent lateral forces. The RMF is used to reduce the linear elastic design spectrum to account for the energy dissipation capacity, overstrength and damping of the structure. In this study the RMF is defined as the ratio of the absolute maximum linear elastic base shear to the absolute maximum nonlinear base shear of a structure subject to the same earthquake accelerogram. This study investigates the effect of hysteretic model, as well as target ductility ratio and natural period on duct based RMF using nonlinear dynamic analyses of the SDOF systems. Special emphasis is given to the effects of the hysteretic characteristics such as strength deterioration and stiffness degradation. Results indicate that RMFs are dependent on ductility, period and hysteretic model.
In near-fault earthquake prone areas, the velocity pulse-like seismic waves often results in excessive horizontal displacement for structures, which may result in severe structural failure during large or near-fault earthquakes. The recently developed isolator-gap damper (IGD) systems provide a solution for the large horizontal displacement of long period base-isolated structures. However, the hysteresis characteristics of the IGD system are significantly different from the traditional hysteretic behavior. At present, the hysteretic behavior is difficult to be reflected in the structural analysis and performance evaluation especially under random earthquake excitations for lacking of effective analysis models which prevent the application of this kind of IGD system. In this paper, we propose a mathematical hysteretic model for the IGD system that presents its nonlinear hysteretic characteristics. The equivalent linearization is conducted on this nonlinear model, which requires the variances of the IGD responses. The covariance matrix for the responses of the structure and the IGD system is obtained for random earthquake excitations represented by the Kanai-Tajimi spectrum by solving the Lyapunov equation. The responses obtained by the equivalent linearization are verified in comparison with the nonlinear responses by the Monte Carlo simulation (MCS) analysis for random earthquake excitations.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1999.10a
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pp.387-394
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1999
Artificial Neural Network (ANN) is a computational model inspired by the structure and operations of the brain. It is massively parallel system consisting of a large number of highly interconnected and simple processing units. The purpose of this paper is to verify the applicability of ANN to predict experimental results through the use of measured experimental data. Although there have been accumulated data based on hysteretic characteristics of structural element with cyclic loading tests, it is difficult to directly apply them for the analysis of elastic and plastic response. Thus, simple models with mathematical formula such as Bi-Linear Model, Ramberg-Osgood Model, Degrading Tri Model, Takeda Model, Slip type Model, and etc, have been used. To verify the practicality and capability of this study, ANN is adapted to several models with mathematical formula using numerical data To show the efficiency of ANN in nonlinear analysis, it is important to determine the adequate input and output variables of hysteretic models and to minimize an error in ANN process. The application example is Beam-Column joint test using the ANN in modeling of the linear and nonlinear hysteretic behavior of structure.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2000.04a
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pp.599-604
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2000
The analytical studies for the test results are presented. From experimental envelope curve, hysteretic behaviors under cyclic loading are modelled for beam-column subassemblages. Modelled curves show relatively good reproduction or experimental curves. finally, seismic performances are investigated for 7 story plain framed structure by nonlinear dynamic analysis. The resulting responses are different by each beam-column joint design.
In general, the laminated rubber bearing (LRB), a composite structure laminated with the elastic rubber and steel plates, has a complex hysteretic nonlinear characteristics in relationships between the restoring force and shear deflection. The representative nonlinear characteristics of LRB include the change of hysteresis loop with cyclic shear deflections and the hardening effects at large shear deflection regions. Changes of the hysteresis loop of LRB with cyclic shear deflections affect the horizontal stiffness and the damping characteristics. The hardening behavior of LRB in large shear deflection region results in an increased horizontal stiffness and therefore, has a great impacton the seismic responses. In this paper, the seismic response analysis is carried out using the modified hysteretic bi-linear model of LRB, which takes into account the hysteresis loop change and the hardening behavior with cyclic shear deflection. The results on seismic responses are compared with those obtained using the widely used hysteretic hi-linear model. The new model is found to reveal the greater amount of peak acceleration response.
The results of a numerical investigation pertaining to the hysteretic behaviour of concrete filled steel tubular (CFT) column to I-beam connections are discussed in detail. Following the verification of the numerical results against the available experimental tests, the nonlinear finite element (FE) analysis was implemented to evaluate the effects of different parameters including the column axial load, beam lateral support, shape and arrangement of stiffeners, stiffness of T-stiffeners, and the number of shear stiffeners. Pursuing this objective, an external CFT column to beam connection, tested previously, was selected as the case-study. The lateral forces on the structure were simulated, albeit approximately, using an incremental cyclic loading reversal applied at the beam tip. The results were compared in terms of hysteretic load-displacement curves, stress distributions in connection, strength, rotation, and energy dissipation capacity. It was shown that external T-stiffeners combined with internal shear stiffeners play an important role in the hysteretic performance of CFT columns to I-beam connections.
The goal of energy-based seismic design is to obtain a structural design with a higher energy dissipation capacity than the energy dissipation demands incurred under earthquake motions. Accurate estimation of the story hysteretic energy demand of a multi-story structure is the key to meeting this goal. Based on the assumption of a mode-equivalent single-degree-of-freedom system, the energy equilibrium relationship of a multi-story structure under seismic action is transformed into that of a multi-mode analysis of several single degree-of-freedom systems. A simplified equation for the estimation of the story seismic hysteretic energy demand was then derived according to the story shear force and deformation of multi-story buildings, and the deformation and energy relationships between the mode-equivalent single-degree-of-freedom system and the original structure. Sites were categorized into three types based on soil hardness, namely, hard soil, intermediate hard (soft) soil, and soft soil. For each site type, a 5-story and 10-story reinforced concrete frame structure were designed and employed as calculation examples. Fifty-six earthquake acceleration records were used as horizontal excitations to validate the accuracy of the proposed method. The results verify the following. (1) The distribution of seismic hysteretic energy along the stories demonstrate a degree of regularity. (2) For the low rise buildings, use of only the first mode shape provides reasonably accurate results, whereas, for the medium or high rise buildings, several mode shapes should be included and superposed to achieve high precision. (3) The estimated hysteretic energy distribution of bottom stories tends to be underestimated, which should be modified in actual applications.
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