Seismic isolation is an effective method for the protection of buildings and their contents during strong earthquakes. This research work aims to assess the appropriateness of the linear and nonlinear models that can be used in the analysis of typical low-rise base isolated steel buildings, taking into account the inherent nonlinearities of the isolation system as well as the potential nonlinearities of the superstructure in case of strong ground motions. The accuracy of the linearization of the isolator properties according to Eurocode 8 is evaluated comparatively with the corresponding response that can be obtained through the nonlinear hysteretic Bouc-Wen constitutive model. The suitability of the linearized model in the determination of the size of the required seismic gap is assessed, under various earthquake intensities, considering relevant methods that are provided by building codes. Furthermore, the validity of the common assumption of elastic behavior for the superstructure is explored and the alteration of the structural response due to the inelastic deformations of the superstructure as a consequence of potential collision to the restraining moat wall is studied. The usage of a nonlinear model for the isolation system is found to be necessary in order to achieve a sufficiently accurate assessment of the structural response and a reliable estimation of the required width of the provided seismic gap. Moreover, the simulations reveal that the superstructure's inelasticity should be taken into account, especially if the response of the structure under high magnitude earthquakes is investigated. The consideration of the inelasticity of the superstructure is also recommended in studies of structural collision of seismically isolated structures to the surrounding moat wall, since it affects the response.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.7
no.1
s.23
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pp.45-53
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2007
Recently, high-rise base isolated building structures with shear keys are often constructed in Japan which frequently occurs earthquakes. High-rise buildings are less damaged because those buildings have longer natural period than md or low rise buildings. The shear key is device that prevents the base isolators operating by the wind loads not by the earthquake loads. In case of big base shear force acts on the shear keys by earthquake, this device is broken and base isolator is operated. Therefore, seismic intensities play a role in acting on the shear keys. If wind loads are hither than the earthquake loads, the shear keys designed by wind loads are not operated in earthquakes. So, the requirements of shear keys in high-rise base isolated building structures must be examined in Korea with moderate seismic legions. In this study shear keys are applied with 5 and 15 stories base isolated building structures and investigated their dynamic responses to original and 1/2 scale downed El Centre NS(1940) ground motions. The results show that the yield shear forces of the shear keys affect significantly the dynamic behavior of base isolated building structures
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.9
no.4
s.44
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pp.55-66
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2005
The effectiveness of fuzzy supervisory control technique for the control of seismic responses of smart base isolation system is investigated in this study. To this end, first generation base isolated building benchmark problem is employed for the numerical simulation. The benchmark structure under consideration is an eight-story base isolated building having irregular plan and is equipped with low-damping elastometric bearings and magnetorheological (MR) dampers for seismic protection. Lower level fuzzy logic controllers (FLC) for far-fault or near-fault earthquakes are developed in order to effectively control base isolated building using multi-objective genetic algorithm. Four objectives, i.e. reduction of peak structural acceleration, peak base drift, RMS structural acceleration and RMS base drift, are used in multi-objective optimization process. When earthquakes are applied to benchmark building, each of low level FLCs provides different command voltage and supervisory fuzzy controller combines two command voltages io one based on fuzzy inference system in real time. Results from the numerical simulations demonstrate that base drift as well as superstructure responses can be effectively reduced using the proposed supervisory fuzzy control technique.
Jean Paul Irakoze;Shujin Li;Wuchuan Pu;Patrice Nyangi;Amedee Sibomana
Earthquakes and Structures
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v.25
no.6
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pp.399-415
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2023
In this study, we investigate the use of a negative stiffness tuned inerter damper system to improve the performance of a base-isolated structure. The negative stiffness tuned inerter damper system consists of a tuned inerter damper connected in parallel with a negative stiffness element. To find the optimal parameters for the base-isolated structure with negative stiffness tuned inerter damper system, we develop an optimization method based on performance criteria. The objective of the optimization is to minimize the superstructure acceleration response ratio, while ensuring that the base displacement response ratio remains below a specified target value. We evaluate the proposed method by conducting numerical analyses on an eight-story building. The structure is modeled using both a simplified 3-degree-of-freedom system and a more detailed story-by-story shear-beam model. Lastly, a comparative analysis using time history analysis is performed to compare the performance of the base-isolated structure with negative stiffness tuned inerter damper system with that of the base-isolated structure and base-isolated structure with tuned inerter damper systems. The results obtained from the comparative analysis show that the negative stiffness tuned inerter damper system outperforms the tuned inerter damper system in reducing the dynamic seismic response of the base-isolated structure. Overall, this study demonstrates that the negative stiffness tuned inerter damper system can effectively enhance the performance of base-isolated structures, providing improved seismic response reduction compared to other systems.
Seismic isolated building structures are examined in this study. The triple concave friction pendulum (TCFP) is used as a seismic isolation system which is easy to be manufactured and enduring more than traditional seismic isolation systems. In the TCFP, take advantage of weight which pendulum carrying and it's geometry in order to obtain desirable result of seismic isolation systems. These systems offer advantage to buildings which subject to severe earthquake. This is result of damping force of earthquake by means of their internal constructions, which consists of multiple surfaces. As the combinations of surfaces upon which sliding is occurring change, the stiffness and effective friction change accordingly. Additionally, the mentioned the TCFP is modeled as of a series arrangement of the three single concave friction pendulum (SCFP) bearings. A two dimensional- and eight- story of a building with and without isolation system are used in the time history analysis in order to investigate of the effectiveness of the seismic isolation systems on the buildings. Results are compared with each other to emphasize efficiency of the TCFP as a seismic isolation device against the other friction type isolation system like single and double concave surfaces. The values of the acceleration, floor displacement and isolator displacement obtained from the results by using different types of the isolation bearings are compared each other. As a result, the findings show that the TCFP bearings are more effective devices for isolation of the buildings against severe earthquakes.
Base-isolation is now being adopted as a retrofitting strategy to improve seismic behaviour of reinforced concrete (r.c.) framed structures subjected to far-fault earthquakes. However, the increase in deformability of a base-isolated framed building may lead to amplification in the structural response under the long-duration horizontal pulses of high-magnitude near-fault earthquakes, which can become critical once the strength level of a fire-weakened r.c. superstructure is reduced. The aim of the present work is to investigate the nonlinear seismic response of fire-damaged r.c. framed structures retrofitted by base-isolation. For this purpose, a five-storey r.c. framed building primarily designed (as fixed-base) in compliance with a former Italian seismic code for a medium-risk zone, is to be retrofitted by the insertion of elastomeric bearings to meet the requirements of the current Italian code in a high-risk seismic zone. The nonlinear seismic response of the original (fixed-base) and retrofitted (base-isolated) test structures in a no fire situation are compared with those in the event of fire in the superstructure, where parametric temperature-time curves are defined at the first level, the first two and the upper levels. A lumped plasticity model describes the inelastic behaviour of the fire-damaged r.c. frame members, while a nonlinear force-displacement law is adopted for the elastomeric bearings. The average root-mean-square deviation of the observed spectrum from the target design spectrum together with a suitable intensity measure are chosen to select and scale near- and far-fault earthquakes on the basis of the design hypotheses adopted.
Since the response reduction effect on over 200-meter-tall resulting from the seismic isolation system is smaller in general than low-rise and mid-rise buildings, mid-story isolated buildings are considered to reduce the response in the upper part above the isolation story, however, in many cases, the acceleration response just below the isolation story is likely to be the largest. This paper presents the structural design schemes, the design of the main structural frames, and the constructions of a 230-meter-tall super high-rise building with mid-story isolation mechanism integrated in Roppongi, Tokyo. Moreover, this paper shows how the architectural and structural design for integrating a mid-story isolation system in a super high-rise building has been conducted and what solutions have been derived in this project. The realization of this building indicates new possibilities for mid-story isolation design for super high-rise buildings.
Farsangi, Ehsan Noroozinejad;Tasnimi, Abbas Ali;Yang, T.Y.;Takewaki, Izuru;Mohammadhasani, Mohammad
Smart Structures and Systems
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v.22
no.4
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pp.383-397
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2018
Traditional base isolation systems focus on isolating the seismic response of a structure in the horizontal direction. However, in regions where the vertical earthquake excitation is significant (such as near-fault region), a traditional base-isolated building exhibits a significant vertical vibration. To eliminate this shortcoming, a rocking-isolated system named Telescopic Column (TC) is proposed in this paper. Detailed rocking and isolation mechanism of the TC system is presented. The seismic performance of the TC is compared with the traditional elastomeric bearing (EB) and friction pendulum (FP) base-isolated systems. A 4-storey reinforced concrete moment-resisting frame (RC-MRF) is selected as the reference superstructure. The seismic response of the reference superstructure in terms of column axial forces, base shears, floor accelerations, inter-storey drift ratios (IDR) and collapse margin ratios (CMRs) are evaluated using OpenSees. The results of the nonlinear dynamic analysis subjected to multi-directional earthquake excitations show that the superstructure equipped with the newly proposed TC is more resilient and exhibits a superior response with higher margin of safety against collapse when compared with the same superstructure with the traditional base-isolation (BI) system.
The seismic sequence which hit the Northern Italian territory in 2012 produced extensive damage to reinforced concrete (RC) precast buildings typically adopted as industrial facilities. The considered damaged buildings are constituted by one-storey precast structures with RC columns connected to the ground by means of isolated socket foundations. The roof structural layout is composed of pre-stressed RC beams supporting pre-stressed RC floor elements, both designed as simply supported beams. The observed damage pattern, already highlighted in previous earthquakes, is mainly related to insufficient connection strength and ductility or to the absence of mechanical devices, being the connections designed neglecting seismic loads or neglecting displacement and rotation compatibility between adjacent elements. Following the vulnerabilities emerged in past seismic events, the paper investigates the seismic performance of industrial facilities typical of the Italian territory. The European building code seismic assessment methodologies are presented and discussed, as well as the retrofit interventions required to achieve an appropriate level of seismic capacity. The assessment procedure and retrofit solutions are applied to a selected case study.
The building frame and its foundation along with the soil on which it rests, together constitute a complete structural system. In the conventional analysis, a structure is analysed as an independent frame assuming unyielding supports and the interactive response of soil-foundation is disregarded. This kind of analysis does not provide realistic behaviour and sometimes may cause failure of the structure. Also, the conventional analysis considers infill wall as non-structural elements and ignores its interaction with the bounding frame. In fact, the infill wall provides lateral stiffness and thus plays vital role in resisting the seismic forces. Thus, it is essential to consider its effect especially in case of high rise buildings. In the present research work the building frame, infill wall, isolated column footings (open foundation) and soil mass are considered to act as a single integral compatible structural unit to predict the nonlinear interaction behaviour of the composite system under seismic forces. The coupled isoparametric finite-infinite elements have been used for modelling of the interaction system. The material of the frame, infill and column footings has been assumed to follow perfectly linear elastic relationship whereas the well known hyperbolic soil model is used to account for the nonlinearity of the soil mass.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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