The effectiveness of the newly developed smart passive control system employing a magnetorheological (MR) damper and an electromagnetic induction (EMI) part for seismic protection of base isolated structures is numerically investigated. An EMI part in the system consists of a permanent magnet and a coil, which changes the kinetic energy of the deformation of an MR damper into the electric energy (i.e. the induced current) according to the Faraday's law of electromagnetic induction. In the smart passive control system, the damping characteristics of an MR damper are varied with the current input generated from an EMI part. Hence, it does not need any control system consisting of sensors, a controller and an external power source. This makes the system much simpler as well as more economic. To verify the efficacy of the smart passive control system, a series of numerical simulations are carried out by considering the benchmark base isolated structure control problems. The numerical simulation results show that the smart passive control system has the comparable control performance to the conventional MR damper-based semiactive control system. Therefore, the smart passive control system could be considered as one of the promising control devices for seismic protection of seismically excited base isolated structures.
In this paper, Simple Adaptive Control (SAC) method is used to mitigate the detrimental effects of earthquakes on MR-damper equipped structures. Acceleration Feedback (AF) is utilized since measuring the acceleration response of structures is known to be reliable and inexpensive. The SAC is simple, fast and as an adaptive control scheme, is immune against the effects of plant and environmental uncertainties. In the present study, in order to translate the desired control force into an applicable MR damper command voltage, a neural network inverse model is trained, validated and used through the simulations. The effectiveness of the proposed AF-based SAC control system is compared with optimal H2/LQG controllers through numerical investigation of a three-story model building. The results indicate that the SAC controller is substantially effective and reliable in both undamaged and damaged structural states, specifically in reducing acceleration responses of seismically excited buildings.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2003.04a
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pp.403-410
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2003
A new semiactive control strategy for seismic response reduction using a neuro-controller and a magnetorheological (MR) fluid damper is proposed. The proposed control system adopts a clipped algorithm which induces the MR damper to generate approximately the desired force. The improved neuro - controller, which was developed by employing the training algorithm based on a cost function and the sensitivity evaluation algorithm replacing an emulator neural network, produces the desired active control force, and then by using the clipped algorithm the appropriate command voltage is selected in order to cause the MR damper to generate the desired control force. The simulation results show that the proposed semiactive neuro-control algorithm is quite effective to reduce seismic responses. In addition, the semi-active control system using MR fluid dampers has many attractive features, such as the bounded-input, bounded-output stability and small energy requirements. The results of this investigation, therefore, indicate that the proposed semi-active neuro-control strategy using MR fluid dampers could be effectively used for control of seismically excited structures.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2003.03a
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pp.473-480
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2003
A new semiactive control strategy for seismic response reduction using a neuro-controller and a magnetorheological (MR) fluid damper is proposed. The proposed control system adopts a clipped algorithm which induces the MR damper to generate approximately the desired force. The improved neuro-controller, which was developed by employing the training algorithm based on a cost function and the sensitivity evaluation algorithm replacing an emulator neural network, produces the desired active control force, and then by using the clipped algorithm the appropriate command voltage is selected in order to cause the MR damper to generate the desired control force. The simulation results show that the proposed semiactive neuro-control algorithm is quite effective to reduce seismic responses. In addition, the semiactive control system using MR fluid dampers has many attractive features, such as bounded-input, bounded-output stability and small energy requirements. The results of this investigation, therefore, indicate that the proposed semiactive neuro-control strategy using MR fluid dampers could be effective used for control seismically excited structures.
A novel hybrid extreme machine learning-multiverse optimizer (ELM-MVO) framework is proposed to predict the liquefaction phenomenon in seismically excited tunnel lining inside the sand lens. The MVO is applied to optimize the input weights and biases of the ELM algorithm to improve its efficiency. The tunnel located inside the liquefied sand lens is also evaluated under various near- and far-field earthquakes. The results demonstrate the superiority of the proposed method to predict the liquefaction event against the conventional extreme machine learning (ELM) and artificial neural network (ANN) algorithms. The outcomes also indicate that the possibility of liquefaction in sand lenses under far-field seismic excitations is much less than the near-field excitations, even with a small magnitude. Hence, tunnels designed in geographical areas where seismic excitations are more likely to be generated in the near area should be specially prepared. The sand lens around the tunnel also has larger settlements due to liquefaction.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.7
no.6
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pp.17-24
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2003
The main objective of this paper is to evaluate the control performance of a coulomb friction damper(CFD) for controlling the inelastic behavior of seismically excited structures, The seismic performances of various buildings are evaluated using capacity spectrum method(CSM), and the additional dampings are calculated If the evaluated performance levels of the buildings are below the target level. Maximum friction force of the CFD to achieve additional damping is provided using the concept of equivalent viscous damping, Numerical simulations for single degree of freedom(SDOF) systems with various structural periods and post yield stiffness ratios demonstrate the effectiveness of the proposed procedure.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.10a
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pp.313-320
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2002
A new semi-active control strategy for seismic response reduction using a neuro-controller and a magnetorheological (MR) fluid damper is proposed. The proposed control system consists of the improved neuro-controller and the bang-bang-type controller. The improved neuro-controller, which was developed by employing the training algorithm based on a cost function and the sensitivity evaluation algorithm replacing an emulator neural network, produces the desired active control force, and then the bang-bang-type controller causes the MR fluid damper to generate the desired control force, so long as this force is dissipative. In numerical simulation, a three-story building structure is semi-actively controlled by the trained neural network under the historical earthquake records. The simulation results show that the proposed semi-active neuro-control algorithm is quite effective to reduce seismic responses. In addition, the semi-active control system using MR fluid dampers has many attractive features, such as the bounded-input, bounded-output stability and small energy requirements. The results of this investigation, therefore, indicate that the proposed semi-active neuro-control strategy using MR fluid dampers could be effectively used for control of seismically excited structures.
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.
Noh, Jung-Tae;Woo, Sung-Sik;Lee, Sang-Hyun;Chung, Lan
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2009.10a
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pp.855-863
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2009
In this study, a beam-column junction type damper is proposed which saves the inner and outer space for the installation of damping devices and allows easy adjustment of control performance The result of the numerical analysis indicated that the displacement response and base shear of a single degree of freedom system by seismic load, El Centro 1940 was reduced with yield moment of the joint hinge and the specific yield moment ratio $\delta$ of the joint hinge existed for the optimal seismic performance. In addition, the dynamic nonlinear characteristics, effects of yielding and dependence of natural period of bi-linear system with the junction type damper is identified. The analysis of multi-degree of freedom system showed that responses of the controlled structures was reduced significantly as the number of a story increases and yield moment ratio decreases when the system is excited by seismic load and sine wave. On top of that, it was also observed that energy dissipation at the joint connected with the dampers was remarkable during excitation.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.17
no.2
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pp.89-95
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2013
Structures in a nuclear power system are designed to be elastic even under an earthquake excitation. However a structural component such as an isolator shows inelastic behavior inherently. For the seismic assessment of nonlinear structures, response history analysis should be performed. In this study, the response of base isolation system was analyzed by response history analysis for the seismic performance assessment. Firstly, several seismic assessment criteria for a nuclear power plant structure were reviewed for the nonlinear response history analysis. Based on these criteria, the spectrum matched ground motion generation method modifying a seed earthquake ground motion time history was adjusted. Using these spectrum matched accelerograms, the distribution of displacement responses of the simplified base isolation system was evaluated. The resulting seismic responses excited by the modified ground motion time histories and the synthesized time history generated by stochastic approach were compared. And the response analysis of the base isolation system considering the different intensities in each orthogonal direction was performed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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