Floor acceleration plays a major role in the seismic design of nonstructural components and equipment supported by structures. Large floor acceleration may cause structural damage to or even collapse of buildings. For precision instruments in high-tech factories, even small floor accelerations can cause considerable damage in this study. Six P-wave parameters, namely the peak measurement of acceleration, peak measurement of velocity, peak measurement of displacement, effective predominant period, integral of squared velocity, and cumulative absolute velocity, were estimated from the first 3 s of a vertical ground acceleration time history. Subsequently, a new predictive algorithm was developed, which utilizes the aforementioned parameters with the floor height and fundamental period of the structure as the new inputs of a support vector regression model. Representative earthquakes, which were recorded by the Structure Strong Earthquake Monitoring System of the Central Weather Bureau in Taiwan from 1992 to 2016, were used to construct the support vector regression model for predicting the peak floor acceleration (PFA) of each floor. The results indicated that the accuracy of the predicted PFA, which was defined as a PFA within a one-level difference from the measured PFA on Taiwan's seismic intensity scale, was 96.96%. The proposed system can be integrated into the existing earthquake early warning system to provide complete protection to life and the economy.
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.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.11
no.9
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pp.761-767
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2005
There exists a structural limit of 2WS cars that drivers would not like simultaneously to follow the desired path and attenuate moments resulting from disturbances because lateral acceleration and yaw rate are coupled inherently. In order to overcome the limit, the 4WS cars that have rear wheel steering as an additional input have been introduced. But the 4WS cars have disadvantages that much cost is required due to structural alteration, it is difficult to be used to the driving circumstances and tire performances are not efficient in nonlinear or large lateral acceleration ranges. Therefore, it is proposed that, in this paper, a robust controller is easy to apply to 2WS cars by using direct yaw moment, decouples lateral acceleration from yaw motion and is robust against disturbances and uncertainties of system parameters, and thus the proposed control method has the advantages of 4WS cars which can be achieved in 2WS cars.
Station structures, one of important infrastructures, which have been being operated since the 1970s, are especially vulnerable to even the medium-level earthquake and they could be damaged by long-term internal or external vibrations such as ambient vibrations. Recently, much attention has been paid to real-time monitoring of the fatal defect or long-term deterioration of civil infrastructures to ensure their safety and adequate performance throughout their life span. In this study, a structural health monitoring methodology using acceleration responses is proposed to evaluate the health-state of the station structures and to detect initial damage-stage. A damage index is developed using the acceleration data and it is applied to outlier analysis, one of unsupervised learning based pattern recognition methods. A threshold value for the outlier analysis is determined based on confidence level of the probabilistic distribution of the acceleration data. The probabilistic distribution is selected according to the feature of the collected data.
Modern long-span floor system typically possesses low damping and low natural frequency, presenting a potential vibration sensitivity problem induced by human activities. Field test and numerical analysis methods are available to study this kind of problems, but would be inconvenient for design engineers. This paper proposes a simplified method to determine the acceleration amplitudes of long-span floor system subjected to walking or running load, which can be carried out manually. To theoretically analyze the acceleration response, the floor system is simplified as an anisotropic rectangular plate and the mode decomposition method is used. To facilitate the calculation of acceleration amplitude aP, a coefficient αwmn or αRmn is introduced, with the former depending on the geometry and support condition of floor system and the latter on the contact duration tR and natural frequency. The proposed simplified method is easy for practical use and gives safe structural designs.
This paper presents the results of an experimental investigation on a vibration-based damage identification framework for a steel girder type and a truss bridge based on acceleration responses to operational loading. The method relies on sensor clustering-based time-series analysis of the operational acceleration response of the bridge to the passage of a moving vehicle. The results are presented in terms of Damage Features from each sensor, which are obtained by comparing the actual acceleration response from the sensors to the predicted response from the time-series model. The damage in the bridge is detected by observing the change in damage features of the bridge as structural changes occur in the bridge. The relative severity of the damage can also be quantitatively assessed by observing the magnitude of the changes in the damage features. The experimental results show the potential usefulness of the proposed method for future applications on condition assessment of real-life bridge infrastructures.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2005.03a
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pp.529-535
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2005
This paper presents a system identification (SI) scheme in time domain using measured acceleration data. The error function is defined as the time integral of the least squared errors between the measured acceleration and the calculated acceleration by a mathematical model. Damping parameters as well as stiffness properties of a structure are considered as system parameters. The structural damping is modeled by the Rayleigh damping. A new regularization function defined by the L1-norm of the first derivative of system parameters with respect to time is proposed to alleviate the ill-posed characteristics of inverse problems and to accommodate discontinuities of system parameters in time. The time window concept is proposed to trace variation of system parameters in time. Numerical simulation study is performed through a two-span continuous truss subject to ground motion.
Kim, Jeong-Tae;Park, Jae-Hyung;Hong, Dong-Soo;Ho, Duc-Duy
Smart Structures and Systems
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v.7
no.5
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pp.393-416
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2011
Hybrid acceleration-impedance sensor nodes on Imote2-platform are designed for damage monitoring in steel girder connections. Thus, the feasibility of the sensor nodes is examined about its performance for vibration-based global monitoring and impedance-based local monitoring in the structural systems. To achieve the objective, the following approaches are implemented. First, a damage monitoring scheme is described in parallel with global vibration-based methods and local impedance-based methods. Second, multi-scale sensor nodes that enable combined acceleration-impedance monitoring are described on the design of hardware components and embedded software to operate. Third, the performances of the multi-scale sensor nodes are experimentally evaluated from damage monitoring in a lab-scaled steel girder with bolted connection joints.
This paper presents structural assessment of a steel railway bridge for current condition using modal parameter to upgrade finite element modeling in order to gather accurate result. An adequate monitoring, such as acceleration, displacement, strain monitoring, is important tool to understand behavior and to assess structural performance of the structure under surround vibration by means of the dynamic analysis. Evaluation of conditions of an existing steel railway bridge consist of 4 decks, three of them are 14 m, one of them is 9.7 m, was performed with a numerical analysis and a series of dynamic tests. Numerical analysis was performed implementing finite element model of the bridge using SAP2000 software. Dynamic tests were performed by collecting acceleration data caused by surrounding vibrations and dynamic analysis is performed by Operational Modal Analysis (OMA) using collected acceleration data. The acceleration response of the steel bridge is assumed to be governing response quantity for structural assessment and provide valuable information about the current statute of the structure. Modal identification determined based on response of the structure play significant role for upgrading finite element model of the structure and helping structural evaluation. Numerical and experimental dynamic properties are compared and finite element model of the bridge is updated by changing of material properties to reduce the differences between the results. In this paper, an existing steel railway bridge with four spans is evaluated by finite element model improved using operational modal analysis. Structural analysis performed for the bridge both for original and calibrated models, and results are compared. It is demonstrated that differences in natural frequencies are reduced between 0.2% to 5% by calibrating finite element modeling and stiffness properties.
Park, Seong-Jae;Chun, Nakhyun;Hwang, Kyeong-Min;Moon, Jiho;Song, Jong-Keol
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.3
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pp.159-169
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2020
Acceleration amplification factors, which are variables used in the seismic design of power facilities installed inside substation structures, are presented in the seismic design standards of the United States (US), Japan, and Korea. Unlike the coefficients presented in the design standards of the US and Japan, those presented in domestic design standards can be obtained only by performing dynamic analysis when the substation structure has more than four floors. Because most substation structures in Korea have 4-5 stories, the existing acceleration amplification factor is insufficient to be applied to actual substation structures. To suggest an acceleration amplification factor suitable for domestic substation structure types, the acceleration amplification factor was evaluated for seven representative substation structures. The acceleration amplification factors were evaluated by constructing in-structure response spectra based on a study of far-field and near-fault earthquakes. In general, the acceleration amplification coefficients αJ and αA according to the US and Japan seismic design criteria tend to be overestimated compared with the acceleration amplification factors obtained through dynamic analysis based on the study of near-fault and far-field earthquakes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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