A new approach using the differential quadrature method (DQM) is derived for analysis of non-uniform beams resting on nonlinear media in this study. The influence of velocity dependent viscous damping and strain rate dependent viscous damping is investigated. The results solved using the DQM have excellent agreement with the results solved using the FEM. Numerical results indicated that the DQM is valid and efficient for non-uniform beams resting on non-linear media.
In the paper, a fractional derivative Kelvin-Voigt model describing the dynamic behavior of a special class of fluid viscous dampers, is presented. First of all, in order to verify their mechanical properties, two devices were tested the former behaving as a pure damper (PD device), whereas the latter as an elastic-damping device (ED device). For both, quasi-static and dynamic tests were carried out under imposed displacement control. Secondarily, in order to describe their cyclical behavior, a model composed by an elastic and a damping element connected in parallel was defined. The elastic force was assumed as a linear function of the displacement whereas the damping one was expressed by a fractional derivative of the displacement. By setting an appropriate numerical algorithm, the model parameters (fractional derivative order, damping coefficient and elastic stiffness) were identified by experimental results. The estimated values allowed to outline the main parameter properties on which depend both the elastic as well as the damping behavior of the considered devices.
Palmeri, A.;Ricciardelli, F.;Muscolino, G.;De Luca, A.
Wind and Structures
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제7권2호
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pp.89-106
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2004
The response of tall buildings to gust buffeting is usually evaluated assuming that the structural damping is of a viscous nature. In addition, when dampers are incorporated in the design to mitigate the response, their effect is allowed for increasing the building modal damping ratios by a quantity corresponding to the additional energy dissipation arising from the presence of the devices. Even though straightforward, this procedure has some degree of inaccuracy due to the existence of a memory effect, associated with the damping mechanism, which is neglected by a viscous model. In this paper a more realistic viscoelastic model is used to evaluate the response to gust buffeting of tall buildings provided with energy dissipation devices. Both cases of viscous and hysteretic inherent damping are considered, while for the dampers a generic viscoelastic behaviour is assumed. The Laguerre Polynomial Approximation is used to write the equations of motion and find the frequency response functions. The procedure is applied to a 25-story building to quantify the memory effects, and the inaccuracy arising when the latter is neglected.
This paper presents the structural design and response control system of the JR MEGURO MARC building, a 70 meters high office building with steel structure located in Tokyo (Figure 1). In order to achieve high earthquake resistance and useable office space, this building integrates a centralized response control system with deformation amplification mechanisms and tuned viscous mass dampers on the lower floor. Moreover, buckling-restrained braces (BRB) are installed on the upper floors to increase the effectiveness of centralized response control system and to reduce damage of the main frames in the event of a major earthquake. It features an efficient centralized response control system by amplifying the deformation of the dampers without creating a soft story.
In this study a structure with viscoelastic and viscous dampers with identical damping coefficient subjected to stationary seismic and wind load were analyzed in time and frequency-domain to compare motion control capability of viscous and viscoelastic dampers. The dampers were placed based on story drift and acceleration obtained from RMS responses. According to the analysis results, the motion control capability of viscous dampers turned out to be superior to that of the viscoelastic dampers for the case of seismic load. On the contrary, in case of wind load, the viscoelastic dampers were more effective in the mitigation of dynamic responses. However, it was also found that the differences were in a narrow margin.
El-Anwar, Hazem Hossam;Serror, Mohammed Hassanien;Sayed, Hesham Sobhy
Earthquakes and Structures
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제4권2호
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pp.203-217
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2013
In recent decades, it has been realized that increasing the lateral stiffness of structure subjected to lateral loads is not the only parameter enhancing safety or reducing damage. Factors such as ductility and damping govern the structural response due to lateral loads. Despite the significant contribution of damping in resisting lateral loads, especially at resonance, there is no accurate mathematical representation for it. The main objective of this study is to develop a damping identification procedure for linear systems based on a mixed numerical-experimental approach, assuming viscous damping. The proposed procedure has been applied to a laboratory experiment associated with a numerical model, where a hollow rectangular steel cantilever column, having three lumped masses, has been fixed on a shaking table subjected to different exciting waves. The modal damping ratio has been identified; in addition, the effect of adding filling material to the hollow specimen has been studied in relation to damping enhancement. The results have revealed that the numerically computed response based on the identified damping is in a good fitting with the measured response. Moreover, the filling material has a significant effect in increasing the modal damping.
Three structure-dependent integration methods with no numerical dissipation have been successfully developed for time integration. Although these three integration methods generally have the same numerical properties, such as unconditional stability, second-order accuracy, explicit formulation, no overshoot and no numerical damping, there still exist some different numerical properties. It is found that TLM can only have unconditional stability for linear elastic and stiffness softening systems for zero viscous damping while for nonzero viscous damping it only has unconditional stability for linear elastic systems. Whereas, both CEM and CRM can have unconditional stability for linear elastic and stiffness softening systems for both zero and nonzero viscous damping. However, the most significantly different property among the three integration methods is a weak instability. In fact, both CRM and TLM have a weak instability, which will lead to an adverse overshoot or even a numerical instability in the high frequency responses to nonzero initial conditions. Whereas, CEM possesses no such an adverse weak instability. As a result, the performance of CEM is much better than for CRM and TLM. Notice that a weak instability property of CRM and TLM might severely limit its practical applications.
The analytical solution of two functionally graded layers with Volterra type screw dislocation is investigated under anti-plane shear impact loading. The energy dissipation of FGM layers is modeled by viscous damping and the properties of the materials are assumed to change exponentially along the thickness of the layers. In this study, the rate of gradual change ofshear moduli, mass density and damping constant are assumed to be same. At first, the stress fields in the interface of the FGM layers are derived by using a single dislocation. Then, by determining a distributed dislocation density on the crack surface and by using the Fourier and Laplace integral transforms, the problem are reduce to a system ofsingular integral equations with simple Cauchy kernel. The dynamic stress intensity factors are determined by numerical Laplace inversion and the distributed dislocation technique. Finally, various examples are provided to investigate the effects of the geometrical parameters, material properties, viscous damping and cracks configuration on the dynamic fracture behavior of the interacting cracks.
The paper presents a study on the effects of soil-structure-interaction (SSI) on the performance of the compliant liquid column damper (CLCD) for the seismic vibration control of short period structures. The frequency-domain formulation for the input-output relation of a flexible-base structure with CLCD has been derived. The superstructure has been modeled as a linear, single degreeof-freedom (SDOF) system. The foundation has been considered to be attached to the underlying soil medium through linear springs and viscous dashpots, the properties of which have been represented by complex valued impedance functions. By using a standard equivalent linearization technique, the nonlinear orifice damping of the CLCD has been replaced by equivalent linear viscous damping. A numerical stochastic study has been carried out to study the functioning of the CLCD for varying degrees of SSI. Comparison of the damper performance when it is tuned to the fixed-base structural frequency and when tuned to the flexible-base structural frequency has been made. The effects of SSI on the optimal value of the orifice damping coefficient of the damper has also been studied. A more convenient approach for designing the damper while considering SSI, by using an established model of a replacement oscillator for the structure-soil system has also been presented. Finally, a simulation study, using a recorded accelerogram, has been carried out on the CLCD performance for the flexible-base structure.
The passive energy dissipation technology has been proven to be reliable and robust for recent practical applications. Various dampers or energy dissipation devices have been widely used in building structures for enhancing their performances during earthquakes, windstorm and other severe loading scenarios. This paper presents a simplified seismic design procedure for retrofitting earthquake-damaged frames with viscous dampers. With the scheme of designing the main frame and the supplemental viscous dampers respectively, the seismic analysis model of damped structure with viscous dampers and braces was studied. The specific analysis process was described and approach to parameter design of energy dissipation components was also proposed. The expected damping forces for damped frame were first obtained based on storey shear forces; and then they were optimized to meet different storey drift requirements. A retrofit project of a RC frame school building damaged in the 2008 Wenchuan earthquake was introduced as a case study. This building was retrofitted by using viscous dampers designed through the simplified design procedure proposed in this paper. Based on the case study, it is concluded that this simplified design procedure can be effectively used to make seismic retrofit design of earthquake-damaged RC frames with viscous dampers, so as to achieve structural performance objectives under different earthquake risk levels.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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