The effectiveness of conventional tuned liquid dampers (TLDs) in controlling the wind-induced response of tall flexible structures has been indicated. However, the impaired control effect in the detuning condition or a considerably high mass cost of liquid may be incurred in ensuring the high-level serviceability. To provide an efficient TLD-based solution for wind-induced vibration control, this study proposes a serviceability-oriented optimal design method for isolated TLDs (ILDs) and derives analytical design formulae. The ILD is implemented by mounting the TLD on the linear isolators. Stochastic response analysis is performed for the ILD-equipped structure subjected to stochastic wind and white noise, and the results are considered to derive the closed-form responses. Correspondingly, an extensive parametric analysis is conducted to clarify a serviceability-oriented optimal design framework by incorporating the comfort demand. The obtained results show that the high-level serviceability demand can be satisfied by the ILD based on the proposed optimal design framework. Analytical design formulae can be preliminarily adopted to ensure the target serviceability demand while enhancing the structural displacement performance to increase the safety level. Compared with conventional TLD systems, the ILD exhibits higher effectiveness and a larger frequency bandwidth for wind-induced vibration control at a small mass ratio.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.11
no.6
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pp.1-14
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2007
Optimal design method of nonlinear damping system for seismic response control of adjacent structures is studied in this paper. The objective functions of the optimal design are defined by structural response and total amount of the dampers. In order to obtain a solution minimizing two mutually conflicting objective functions simultaneously, multi-objective optimization technique based on genetic algorithm is adopted. In addition, stochastic linearization method is embedded into the multi-objective framework to efficiently estimate the seismic responses of the adjacent structures interconnected by nonlinear hysteretic dampers without performing nonlinear time-history analyses. As a numerical example to demonstrate the effectiveness of the proposed technique, 20-story and 10-story buildings are considered and MR dampers of which hysteretic behaviors vary with the magnitude of the input voltage are considered as nonlinear hysteretic damper interconnecting two adjacent buildings. The proposed approach can provide the optimal number and capacities of the MR dampers, which turned out to be more economical than the uniform distribution system while maintaining similar control performance. The proposed damper system is verified to show more stable performance in terms of the pounding probability between two adjacent buildings. The applicability of the proposed method to the design problem for optimally placing semi-active control system is examined as well.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.13
no.3
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pp.373-384
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2000
To assess the safety of nonlinear steel frame structures subjected to short duration dynamic loadings, especially seismic loading, a nonlinear time domain reliability analysis procedure is proposed in the context of the stochastic finite element concept. In the proposed algorithm, the finite element formulation is combined with concepts of the response surface method, the first order reliability method, and the iterative linear interpolation scheme. This leads to the stochastic finite element concept. Actual earthquake loading time-histories are used to excite structures, enabling a realistic representation of the loading conditions. The assumed stress-based finite element formulation is used to increase its efficiency. The algorithm also has the potential to evaluate the risk associated with any linear or nonlinear structure that can be represented by a finite element algorithm subjected to seismic loading or any short duration dynamic loading. The algorithm is explained with help of an example and verified using the Monte Carlo simulation technique.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.18
no.1
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pp.29-42
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2005
Considering the effect by uncertainty in the structures, it is reasonable that the safety examination has to be performed by using method of reliability evaluation. Therefore, in this study, program is developed which can perform the reliability analysis or the dynamic response analysis more efficiently by formularizing the stochastic finite element analysis suitable for the existing reliability analysis about the cable stayed bridge suffering the seismic loads. Based on this program, the characteristic of dynamic responses is analyzed quantitatively by examining the average, the standard deviation and the coefficient of variance about the displacement, the resistance and the tension of cable according to the random variables. and the safety of cable stayed bridge is evaluated by examining of reliability index and failure probability
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2002.03a
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pp.42-50
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2002
The duration and H/V ratio(the amplitude ratio of the horizontal to vertical components) of ground motions caused by earthquakes in southern Korea are analyzed. Total 329 seismograms of horizontal component recorded at hypocentral distances of 10 to 350 km from 27 earthquakes with local magnitude 2 to 4 are used for the analysis. Simplified relation between the duration of ground motion( $T_{d}$) and the ratio($\chi$) of Arias intensity( $I_{A}$) and squared maximum acceleration($\alpha$$_{max}$$^{2}$) is determined to be $T_{d}$ = 3.423$\chi$$^2$+ 8.200$\chi$ + 0.029, which is useful for the estimation of the duration in southern Korea. There are three distinct distance ranges with different linear variations of the duration in hypocentral distance. They are distance intervals of 10~80km, 80~140km, and the distance greater than 140km. The duration in southern Korea shows clear proportionality to the local magnitude at magnitudes greater than 3.1. The value 1.37 of the H/V ratio obtained in southern Korea is similar to the value 1.4 of ENA(Eastern North America). The H/V ratio in southern Korea increases in the frequency range from 0.3 to 10Hz. The duration and H/V ratio of ground motions derived in this study could be used in the stochastic simulation of strong ground motion.ion.n.n.
The academic research works about liquid storage tanks are reviewed for the purpose of providing valuable reference to the engineering practice on their aseismic design. A summary of the performance of tanks during past earthquakes is described in this paper. Next, the seismic response of tanks under unidirectional earthquake is reported, supplemented with the dynamic response under multidirectional motions. Then, researches on the influence of soil-structure interaction are brought out to help modify the seismic design approach of tanks in different areas with variable properties of soils. Afterwards, base isolation systems are reported to demonstrate their effectiveness for the earthquake-resistant design of liquid storage tanks. Further, researches about the liquid-structure interaction are reviewed with description of simplified models and numerical analytical methods, some of which consider the elastic effect of tank walls. Moreover, the liquid sloshing phenomenon on the hydrodynamic behaviors of tanks is presented by various algorithms including grid-based and meshfree method. And then the impact of baffles in changing the dynamic characteristics of the liquid-structure system is raised, which shows the energy dissipation by the vortex motion of liquid. In addition, uplifting effect is given to enhance the understanding on the capacity of unanchored tanks and some assessment of their development. At last, the concluding remarks and the aspects of extended research in the field of liquid storage tanks under seismic loads are provided, emphasizing the thermal stress analysis, the replaceable system for base isolation, the liquid-solid interaction and dynamic responses with stochastic excitations.
Within the context of Structural Health Monitoring (SHM), it is often the case that structural systems are described by uncertainty, both with respect to their parameters and the characteristics of the input loads. For the purposes of system identification, efficient modeling procedures are of the essence for a fast and reliable computation of structural response while taking these uncertainties into account. In this work, a reduced order metamodeling framework is introduced for the challenging case of nonlinear structural systems subjected to earthquake excitation. The introduced metamodeling method is based on Nonlinear AutoRegressive models with eXogenous input (NARX), able to describe nonlinear dynamics, which are moreover characterized by random parameters utilized for the description of the uncertainty propagation. These random parameters, which include characteristics of the input excitation, are expanded onto a suitably defined finite-dimensional Polynomial Chaos (PC) basis and thus the resulting representation is fully described through a small number of deterministic coefficients of projection. The effectiveness of the proposed PC-NARX method is illustrated through its implementation on the metamodeling of a five-storey shear frame model paradigm for response in the region of plasticity, i.e., outside the commonly addressed linear elastic region. The added contribution of the introduced scheme is the ability of the proposed methodology to incorporate uncertainty into the simulation. The results demonstrate the efficiency of the proposed methodology for accurate prediction and simulation of the numerical model dynamics with a vast reduction of the required computational toll.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2006.03a
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pp.70-77
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2006
Stress drops of Brune's single-corner ${\omega}^2$ source model were estimated for the earthquakes (2.0$M3.5{\sim}4.0$ and increase up to $M4.5{\sim}5.0$ above which the level of the stress drop could be assumed to be flat or decrease according to whether the rupture process accompanies buried fault or surface rupturing. The converted data of corner frequency and seismic moment were nicely fitted to the relation of $M_0{\propto}f^3$ but show systematically higher corner frequencies for $M_0>10^15$ Nm. This relationship enables systematic evaluation of a scaling relation between magnitude and stress drop. The inverted level of the stress drop is comparable to the recent studies conducted domestic and abroad. A result of lower stress drop estimated by Jun(1991) is supposed to be due to the use of low frequency spectra and existence of two-comer source model around the Korean Peninsula.
This work aims at introducing structural sensitivity analysis capabilities into existing commercial finite element software codes for the purpose of mapping retrofit strategies for a broad group of structures including heritage-type buildings. More specifically, the first stage sensitivity analysis is implemented for the standard deterministic environment, followed by stochastic structural sensitivity analysis defined for the probabilistic environment in a subsequent, second phase. It is believed that this new generation of software that will be released by the industrial partner will address the needs of a rapidly developing specialty within the engineering design profession, namely commercial retrofit and rehabilitation activities. In congested urban areas, these activities are carried out in reference to a certain percentage of the contemporary building stock that can no longer be demolished to give room for new construction because of economical, historical or cultural reasons. Furthermore, such analysis tools are becoming essential in reference to a new generation of national codes that spell out in detail how retrofit strategies ought to be implemented. More specifically, our work focuses on identifying the minimum-cost intervention on a given structure undergoing retrofit. Finally, an additional factor that arises in earthquake-prone regions across the world is the random nature of seismic activity that further complicates the task of determining the dynamic overstress that is being induced in the building stock and the additional demands placed on the supporting structural system.
This study presents the findings of the structural health monitoring and the real time system identification of one of the first large scale building instrumentations in Turkey for earthquake safety. Within this context, a thorough review of steps in the instrumentation, monitoring is presented and seismic performance evaluation of structures using both nonlinear pushover and nonlinear dynamic time history analysis is carried out. The sensor locations are determined using the optimal sensor placement techniques used in NASA for on orbit modal identification of large space structures. System identification is carried out via the stochastic subspace technique. The results of the study show that under ambient vibrations, stocky buildings can be substantially stiffer than what is predicted by the finite element models due to the presence of a large number of partitioning walls. However, in a severe earthquake, it will not be safe to rely on this resistance due to the fact that once the partitioning walls crack, the bare frame contributes to the lateral stiffness of the building alone. Consequently, the periods obtained from system identification will be closer to those obtained from the FE analysis. A technique to control the validity of the proportional damping assumption is employed that checks the presence of phase difference in displacements of different stories obtained from band pass filtered records and it is confirmed that the "proportional damping assumption" is valid for this structure. Two different techniques are implemented for identifying the influence of the soil structure interaction. The first technique uses the transfer function between the roof and the basement in both directions. The second technique uses a pre-whitening filter on the data obtained from both the basement and the roof. Subsequently the impulse response function is computed from the scaled cross correlation between the input and the output. The overall results showed that the structure will satisfy the life safety performance level in a future earthquake but some soil structure interaction effects should be expected in the North South direction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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