This paper presents experimental and numerical study on seismic performance of a super tall steel tower structure. The steel tower, with a height of 388 meters, employs a steel space truss with spiral steel columns to serve as its main lateral load resisting system. Moreover, this space truss was surrounded by the spiral steel columns to form a steel mega system in order to support a 12-story platform building which is located from the height of 230 meters to 263 meters. A 1/40 scaled model for this tower structure was made and tested on shake table under a series of one- and two-dimensional earthquake excitations with gradually increasing acceleration amplitudes. The test model performed elastically up to the seismic excitations representing the earthquakes with a return period of 475 years, and the test model also survived with limited damages under the seismic excitations representing the earthquakes with a return period 2475 years. A finite element model for the prototype structure was further developed and verified. It was noted that the model predictions on dynamic properties and displacement responses agreed reasonably well with test results. The maximum inter-story drift of the tower structure was obtained, and the stress in the steel members was investigated. Results indicated that larger displacement responses were observed for the section from the height of 50 meters to 100 meters in the tower structure. For structural design, applicable measures should be adopted to increase the stiffness and ductility for this section in order to avoid excessive deformations, and to improve the serviceability of the prototype structure.
In practical engineering, the friction damper is a widely used energy dissipation device because of its large deformation capacity, stable energy dissipation capability, and cost effectiveness. While based on conventional friction dampers, the double-sliding friction damper (DSFD) being proposed is different in that it features two sliding friction forces, i.e., small and large sliding friction forces, rather than a single-sliding friction force of ordinary friction dampers. The DSFD starts to deform when the force sustained exceeds the small-sliding friction force, and stops deforming when the deformation reaches a certain value. If the force sustained exceeds the large sliding friction force, it continues to deform. Such a double-sliding behavior is expected to endow structures equipped with the DSFD better performance in both small and large earthquakes. The configuration and working mechanism of the DSFD is described and analyzed. Quasi-static loading tests and finite element analyses were conducted to investigate its hysteretic behavior. Finally, time history analysis of the single-degree-of-freedom (SDOF) and multi-degree-of-freedom (MDOF) systems were performed to investigate the seismic performance of DSFD-equipped structures. For the purpose of comparison, tests on systems equipped with conventional friction dampers were also performed. The proposed DSFD can be realized perfectly, and the DSFD-equipped structures provide better performances than those equipped with conventional friction dampers in terms of interstory drift and floor acceleration. In particular, for the MDOF system, the DSFD helps the structural system to have a uniform distributed interstory drift.
Interest in the durability assessment and structural performance has increased according to an increase of concrete structures in salt damage environment recent years. Reliable way ensuring the most accelerated corrosion test is a method of performing the rebar corrosion monitoring as exposed directly to the marine test site exposure. However, long-term exposure test has a disadvantage because of a long period of time. Therefore, many studies on reinforced concrete in salt damage environments have been developed as alternatives to replace this. However, accelerated corrosion test is appropriate to evaluate the critical chlorine concentration in the short term, but only accelerated test method, is not easy to get correct answer. Accuracy of correlation acceleration test depends on the period of the degree of exposure environments. Therefore, in this study, depending on the concrete mix material, by the test was performed on the basis of the composite degradation of the salt damage, and investigate the difference of corrosion initiation time of the rebar, and indoor corrosion time of the structure, of the marine environment of the actual environments were inuestigated. The correlation coefficient was derived in the experiment. Long-term exposure test was actually conducted in consideration of the exposure conditions submerged zone, splash zone and tidal zone. The accelerated corrosion tests were carried out by immersion conditions, and by the combined deterioration due to the carbonation and accelerated corrosion due to wet and dry condition.
Kim, Ka-Yeong;Lee, Young-Rak;Kim, Hyun-Su;Kang, Joo-Won
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.17
no.4
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pp.85-92
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2017
Base isolation system is generally used for low-rise buildings. For high-rise buildings subjected to earthquake loads, a mid-story isolation system was proposed and applied to practical engineering. In this study, seismic responses of high-rise buildings considering the installation story of the mid-story isolation system were evaluated. To do this, the 20-story and 30-story building were used as example structures. Historical earthquakes such as Kobe (1995), Northridge (1994) and Loma Prieta (1989) earthquakes were employed applied as earthquake excitations. The installation location of the mid-story isolation system was changed from the bottom of the $1^{st}$ floor to the bottom of the top floor. The seismic responses of the example building were investigated by changing the location of the isolation layer. Based on the analytical results, when the seismic isolation system is applied, story drift ratio and acceleration response are reduced compared to the case without the isolation system. When the isolation layer is located on the lower part of the building, it is most effective. However, in that case, the possibility that the structure is unstable increases. Therefore, an engineer should consider both structural efficiency and safety when a mid-story isolation system for a high-rise building is designed.
Kim, Young-Bok;Moon, Duk-Hong;Yang, Joo-Ho;Chae, Gyu-Hoon
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.19
no.3
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pp.66-73
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2005
The sway motion control problem of a container hanging on the trolley is considered in this paper. In the container crane control problem, the main issue involves suppressing the residual swing motion of the container at the end of acceleration, during deceleration, or for an unexpected disturbance input. For this problem, in general, many trolley motion control strategies are introduced and applied. In this paper, we introduce and synthesize a swing motion control system, in which a small auxiliary mass is installed on the spreader. In this control system, the actuator reacting against the auxiliary mass applies inertial control forces to the container to reduce the swing motion in the desired manner. In many studies, the controllers used to suppress the vibration have been synthesized for the given mathematical model of plants. In many cases, the designers have not been able to utilize the degree of freedom to adjust the structural parameters for the control object. To overcome this problem, so called "Structure/Control Simultaneous Method" is used. From this, in this paper the simultaneous design method is used to achieve optimal system performance. And the experimental result shows that the proposed control strategy is useful, to the case of that the controlled system is exposed to the uncertainties and, robust to disturbances like wind.
Seismic response of single degree of freedom system supported by shallow foundation was analyzed by using nonlinear explicit finite difference element code. Numerical analysis results were verified with dynamic centrifuge test results of the same soil profile and structural dimensions with the numerical analysis model at a centrifugal acceleration of 20 g. Differences between the analysis and the test results induced by the boundary conditions of control points can be reduced by adding additional local damping to the natural born cyclic hysteretic damping of the soil strata. The analysis results show good agreement with the test results in terms of both time histories and response spectra. Thus, it can be concluded that the nonlinear explicit finite difference element code will be a useful technique for estimating seismic residual displacement, earthpressure etc. which are difficult to measure during laboratory tests and real earthquake.
In this study, the optimum parameters of Tuned Mass Dampers (TMDs) are proposed using Gravity Search Algorithm (GSA) and Particle Swarm Optimization (PSO) to reduce the responses of the structures. A MATLAB program is developed to apply the new approach to the benchmark 10 and 40-story structures. The obtained results are compared to those of other optimization methods used in the literature to verify the developed code. To show the efficiency and accuracy of the proposed methods, nine far-field and near-field worldwide earthquakes are applied to the structures. The results reveal that in the 40-story structure, GSA algorithm can reduce the Relative Displacement (RD) and Absolute Acceleration (AA) up to 43% and 21%, respectively while the PSO decreases them by 50% and 25%, respectively. In contrast, both GSA and PSO algorithms reduce the RD and AA about 29% and 21% for the 10-story structure. Furthermore, using the proposed approach the required TMD parameters reduce by 47% and 63% in the 40 and 10-story buildings in comparison with the referenced ones. Result evaluation and related comparison indicate that these methods are more effective even by using smaller TMD parameters resulting in the reduction of acting force from TMD, having smaller stiffness and damping factors while being more cost effective due to its decreased parameters. In other words, the TMD with optimum parameters can play a positive role in both tall and typical structures.
In this paper the dynamic behavior of an isolated building subjected to idealized near-fault pulses is investigated. The building is represented with a simple 2-DOF model. Both linear and non-linear behavior of the isolation system is considered. Using dimensional analysis, in conjunction with closed form mathematical idealized pulses, appropriate dimensionless parameters are defined and self-similar curves are plotted on dimensionless graphs, based on which various conclusions are reached. In the linear case, the role of viscous damping is examined in detail and the existence of an optimum value of damping along with its significant variation with the number of half-cycles is shown. In the nonlinear case, where the behavior of the building depends on the amplitude of the excitation, the benefits of dimensional analysis are evident since the influence of the dimensionless 𝚷-terms is easily examined. Special consideration is given to the normalized strength of the non-linear isolation system that appears to play a complex role which greatly affects the response of the 2-DOF. In the last part of the paper, a comparison of the responses to idealized pulses between a linear fixed-base SDOF and the respective isolated 2-DOF with both linear and non-linear damping is conducted and it is shown that, under certain values of the superstructure and isolation system characteristics, the use of an isolation system can amplify both the normalized acceleration and displacement of the superstructure.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.4
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pp.467-474
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2010
Stainless steel sheets are widely used as the structural material for railroad cars and commercial vehicles. Structures made of stainless steel sheets are commonly fabricated by gas welding, For the fatigue design of gas welded joints such as fillet joints, it is necessary to obtain design information of the stress distribution at the weldment as well as the fatigue strength of the gas-welded joints. Further, the influence of the geometrical parameters of gas-welded joints on stress distribution and fatigue strength must be evaluated. in this study, ${\Delta}P-N_f$ curves were obtained by fatigue tests. and, the ${\Delta}P-N_f$ curves were rearranged on the basis of the ${\Delta}{\sigma}-N_f$ relation for the hot-spot stresses at the gas-welded joints. These results, were used for conducting an accelerated life test(ALT) From the experiment results, an acceleration model was derived and factors were estimated. The objective is to obtain the information required for the analysis of the fatigue lifetime of fillet welded joints and for data analysis by the statistic reliability method to save time and cost and to develop optimum accelerated life prediction plans.
Jo, Byung-Wan;Lee, Yun-Sung;Kim, Jung-Hoon;Kim, Do-Keun;Yoon, Kwang-Won
The Journal of the Korea Contents Association
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v.16
no.3
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pp.11-21
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2016
Recently, structure safety management techniques using cutting-edge technology(Displacement senor, sensor of acceleration) has emerged as an important issue owing to the aging of infrastructure such as bridge and building. In general, the structural monitoring system for structure safety management is based on IT technology and it is expensive to install. In this paper developed an image-based structure dynamic characteristic analysis system prototype to assess the damage of structure in a more cost-effective way than traditional structure health monitoring system. The inspector can take a video of buildings or other structures with digital camera or any other devices that is passible to take video, and then using NCC calculation for image processing technique to get natural frequency. This system is analysis of damage of the structure using a compare between the frequency response ratio and functions when problems are occurs send alarm to administrator. This system is easier to install and remove than previous monitoring sensor in economical way.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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