The scope of this study is the comparison between experimental results of tests performed on a base isolated building using helical wire rope isolators (WRs), and results of Nonlinear Response History Analyses (NRHAs) performed using SAP 2000, a commercial software for structural analysis. In the first stage of this research, WRs have been tested under shear deformation beyond their linear range of deformation, and analytical models have been derived to describe the nonlinear response of the bearings under different directions of loading. On the following stage, shaking table tests have been carried out on a 1/3 scale steel model isolated at the base by means of curved surface sliders (CSS) and WRs. The response of the structure under ground motion excitation has been compared to that obtained using numerical analyses in SAP 2000. The feasibility of modelling the nonlinear behavior of the tested isolation layer using multilinear link elements embedded in SAP 2000 is discussed in this paper, together with the advantages of using WRs as supplemental devices for CSSs base isolated structures.
Base isolation is a quite practical control strategy for enhancing the response of structural systems induced by strong ground motions. Due to the dynamic effects of base isolation systems, reduction in the interstory drifts of the superstructure is often achieved at the expense of high base displacement level, which may lead to instability of the structure or non-practical designs for the base isolators. To reduce the base displacement, several hybrid structural control strategies have been studied over the past decades. This study investigates a particular strategy that employs Tuned Mass Dampers (TMDs) for improving the performance of base-isolated structures and unlike previous studies, specifically focuses on the effectiveness of this hybrid control strategy in structures that are equipped with nonlinear base isolation systems. To consider the nonlinearities of base isolation systems, a Bouc-Wen model is selected and nonlinear dynamic OpenSees models are used to perform several time-history simulations in time and frequency domains. Through these numerical simulations, the effects of several parameters such as the fundamental period of the structure, dynamic properties of the TMD and isolation systems and properties of the input ground motion on the behaviour of TMD-structure-base isolation systems are examined. The results of this study provide a better insight into the performance of linear shear-story structures with nonlinear base isolators and show that there are many scenarios in which TMDs can still improve the performance of these systems.
Kim Tae-Hyung;Jheon Jang-Hwan;Kim Jong-Min;Yoon Ki-Seuk;Kim In-Yong
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.1025-1032
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2006
The PVRC(Pressure Vessel Research Council) damping is for the response spectrum analysis of the piping system. In this study, the possibility to apply it to the time history analysis is evaluated to reduce the higher conservatism for the structural integrity. The evaluation was performed for the surge line connecting the pressurizer to the hot-leg, and the whole mode includes the RCS and the building structures with the surge line. The analyses were performed using ANSYS code. The first modal analysis shows the modes of the surge line are isolated from those of the other structures. The composite modal damping was calculated with PVRC damping for the surge line and RG 1.60 damping for the other structures by using ANSYS routines. Of the calculated composite modal damping values, the composite modal damping values related to the modes of the surge line were replaced with the PVRC damping values with respect to its frequencies. With this replacement, the composite modal damping values of the other structures were not changed. Based on this decouple characteristics, the time history analyses for the seismic events with PVRC damping for the surge line were performed. And the results show the resultant loads can be reduced by up to 50%.
Passive tuned mass dampers (TMDs) efficiently suppress vibrations induced by quasi-stationary dynamic inputs, such as winds, sea waves or traffic loads, but may prove of little use against pulse-like excitations, such as near-field (NF) ground motions. The extent of such impairment is however controversial, partly due to the different evaluation criteria adopted within the literature, partly to the limited number of seismic records used in most investigations. In this study, three classical techniques and two new variants for designing a TMD on an SDOF structure are tested under 338 NF records from the PEER NGA database, including 156 records with forward-directivity features. Percentile response reduction spectra are introduced to statistically assess TMD performance, and TMD robustness is verified through Monte Carlo simulations. The methodology is extended to a variety of MDOF bending-type and shear-type frames, and simulated on a case study building structure recently constructed in Central Italy.Results offer an interesting insight into the performance of TMDs against NF earthquakes, ultimately showing that, if properly designed and sufficiently massive, TMDs are effective and robust even in the face of pulse-like ground motions. The two newly proposed design techniques are shown to generally outperform the classical ones.
Seismic excitations may impart a significant amount of energy into structures. Modern structural design attitudes tend to absorb some part of this energy through special dissipaters instead of heavy plastic deformations on the structural members. Different types of dissipater have been generated and utilized in various types of structures in last few decades. The expected earthquake damage is mainly concentrated on these devices and they may be replaced after earthquakes. In this study, a low-cost device called energy dissipative steel cushion (EDSC) made of flat mild steel was developed and tested in the Structural and Earthquake Engineering Laboratory (STEELab) of Istanbul Technical University (ITU). The monotonic and cyclic tests of EDSC were performed in transversal and longitudinal directions discretely. Very large deformation capability and stable hysteretic behavior are some response properties observed from the tests. Load vs. displacement relations, hysteretic energy dissipation properties as well as the closed form equations to predict the behavior parameters are presented in this paper.
Dar, M. Adil;Subramanian, N.;Pande, Sumeet;Dar, A.R.;Raju, J.
Structural Engineering and Mechanics
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v.74
no.2
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pp.243-254
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2020
Devastating RC structural failures in the past have identified that the behavior of beam-column joints is more critical and significantly governs the global structural response under seismic loading. The congestion of reinforcement at the beam-column joints with other constructional difficulties has escalated the attention required for strengthening RC beam-column joints. In this context, numerous studies have been carried out in the past, which mainly focused on jacketing the joints with different materials. However, there is no comparative study of different approaches used to strengthen RC beam-column joints, from efficiency and cost perspective. This paper presents a detailed investigation carried out to study the various strengthening schemes of exterior RC beam-column joints, viz., steel fiber reinforcement, carbon fiber reinforced polymer (CFRP) strengthening, steel haunch strengthening, and confining joint reinforcement. The effectiveness of each scheme was evaluated experimentally. These specimens were tested under horizontal loading that produced opening moments on the joints and their behavior was studied with emphasis on strength, displacement ductility, stiffness, and failure mechanism. Special attention was given to the study of crack-width.
Eliasi, Hussein;Yazdani, Hessam;Khatibinia, Mohsen;Mahmoudi, Mehdi
Structural Engineering and Mechanics
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v.81
no.5
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pp.633-645
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2022
The active tuned mass damper (ATMD) is an efficient and reliable structural control system for mitigating the dynamic response of structures. The inertial force that an ATMD exerts on a structure to attenuate its otherwise large kinetic energy and undesirable vibrations and displacements is proportional to its excursion. Achieving a balance between the inertial force and excursion requires a control law or feedback mechanism. This study presents a technique for the optimum design of a sliding mode controller (SMC) as the control law for ATMD-equipped structures subjected to earthquakes. The technique includes optimizing an SMC under an artificial earthquake followed by testing its performance under real earthquakes. The SMC of a real 11-story shear building is optimized to demonstrate the technique, and its performance in mitigating the displacements of the building under benchmark near- and far-fault earthquakes is compared against that of a few other techniques (proportional-integral-derivative [PID], linear-quadratic regulator [LQR], and fuzzy logic control [FLC]). Results indicate that the optimum SMC outperforms PID and LQR and exhibits performance comparable to that of FLC in reducing displacements.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.27
no.6
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pp.283-291
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2023
Unlike other facilities, maintaining processes is essential in industrial facilities. Pipe racks, which support pipes of various diameters, are important structures used in industrial facilities. Since the transport process of pipes directly affects the operation of industrial facilities, a fragility curve should be derived based on considering not only the pipe racks' structural safety but also the pipes' transport process. There are several studies where the fragility curves have been determined based on the structural behavior of pipe racks. However, few studies consider the damage criteria of pipes to ensure the transportation process, such as local buckling and tensile failure with surface defects. In this study, an analysis model of a typical straight pipe rack used in domestic industrial facilities is constructed, and incremental dynamic analysis using nonlinear response history analysis is performed to estimate the parameters of the fragility curve by the maximum likelihood estimation. In addition, the pipe rack's structural behavior and the pipe's damage criteria are considered the limit state for the fragility curve. The limit states considered in this paper to evaluate fragility curves are more reasonable to ensure the transportation process of the pipe systems.
The theoretical background and capabilities of the developed program, SAR-CWF, for stochastic analysis of 3D reinforced-concrete shear wall-frame structures subject to seismic excitations is presented. Incremental stiffness and strength properties of system members are modeled by extended Roufaiel-Meyer hysteretic relation for bending while shear deformations for walls by Origin-Oriented hysteretic model. For the critical height of shear-walls, division to sub-elements is performed. Different yield capacities with respect to positive and negative bending, finite extensions of plastic hinges and P-${\delta}$ effects are considered while strength deterioration is controlled by accumulated hysteretic energy. Simulated strong motions are obtained from a Gaussian white-noise filtered through Kanai-Tajimi filter. Dynamic equations of motion for the system are formed according to constitutive and compatibility relations and then inserted into equivalent It$\hat{o}$-Stratonovich stochastic differential equations. A system reduction scheme based on the series expansion of eigen-modes of the undamaged structure is implemented. Time histories of seismic response statistics are obtained by utilizing the computer programs developed for different types of structures.
In high multistory reinforced concrete buildings, coupled shear walls can provide an efficient structural system to resist horizontal force due to wind and seismic effects. Coupled shear walls are usually built over the whole height of the building and re laid out either as a series of walls coupled by beams and/or slabs or a central core structure with openings to accommodate doors, elevators walls, windows and corridors. A number of recent studies have focused on examining the seismic response of concrete, steel, and composite coupling beams. However, since no specific equations are available for computing the bearing strength of steel coupling beam-wall connections, it is necessary to develop such strength equations. There were carried out analytical and experimental studies to develop the strength equations of steel coupling beam-connections. Experiments were conducted to determine the factors influencing the bearing strength of the steel coupling beam-wall connection. The results of the proposed equations were in good agreement with both test results and other test data from the literature. Finally, this paper provides background for design guidelines that include a design model to calculate the bearing strength of steel coupling beam-wall connections.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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