• Earthquakes and Structures
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• 제17권2호
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• pp.191-204
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• 2019

Near-field earthquake records including long-period high-amplitude velocity pulses can cause large isolation system displacements leading to buckling or rupture of isolators. In such cases, providing supplemental damping in the isolation system has been proposed as a solution. However, it is known that linear viscous dampers can reduce base displacements in case of near-field earthquakes but at the potential expense of increased superstructure response in case of far-field earthquakes. But can non-linear dampers with different levels of non-linearity offer a superior seismic performance? In order to answer this question, the effectiveness of non-linear viscous dampers in reducing isolator displacements and its effects on the superstructure response are investigated. A comparison with linear viscous dampers via time history analysis is done using a base-isolated benchmark building model under historical near-field and far-field earthquake records for a wide range of different levels of non-linearity and supplemental damping. The results show that the non-linearity level and the amount of supplemental damping play important roles in reducing base displacements effectively. Although use of non-linear supplemental dampers may cause superstructure response amplification in case of far-field earthquakes, this negative effect may be avoided or even reduced by using appropriate combinations of non-linearity level and supplemental damping.

• Earthquakes and Structures
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• 제7권6호
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• pp.1171-1186
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• 2014

Damping is one of the parameters that control the performance of structures when they are subjected to seismic, wind, blast or other transient shock and vibration disturbances. By adding supplemental viscous dampers, the energy input from a transient deformation is absorbed, not only by the structure itself, but also by the supplemental dampers. The aim of this study is to evaluate the values of both damping and ductility reduction factors for steel moment resisting frames with supplemental linear viscous dampers. Two-dimensional finite element models have been established for a range of low to mid rise buildings with different parameters: number of floors; number of bays; and number of dampers with different supplemental damping ratios (from 5% to 30%). A parametric study has been performed using time history analyses and a well-documented research method (N2-method). In addition, an equation has been proposed for each reduction factor based on regression analysis for the obtained results. The results of the Time history analyses are compared with those of a modified N2-method. Moreover, a comparison with values specified in the European code EC8 and the Egyptian code ECP-201 has been performed.

• Earthquakes and Structures
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• 제13권2호
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• pp.119-130
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• 2017

This paper presents a numerical investigation on the seismic behavior of isolated bridges with supplemental viscous damping. Usually very large displacements make seismic isolation an unfeasible solution due to boundary conditions, especially in case of existing bridges or high risk seismic regions. First, a suggested optimal design procedure is introduced, then seismic performance of three real bridges with different isolation systems and damping levels is investigated. Each bridge is studied in four different configurations: simply supported (SSB), isolated with 10% damping (IB), isolated with 30% damping (LRB) and isolated with optimal supplemental damping ratio (IDB). Two of the case studies are investigated under spectrum compatible far-field ground motions, while the third one is subjected to near-fault strong motions. With respect to different design strategies proposed by other authors, results of the analysis demonstrated that an isolated bridge equipped with HDLRBs and a total equivalent damping ratio of 70% represents a very effective design solution. Thanks to confirmed effective performance in terms of base shear mitigation and displacement reduction under both far field and near fault ground motions, as well as for both simply supported and continuous bridges, the suggested control system provides robustness and reliability in terms of seismic performance also resulting cost effective.

• Earthquakes and Structures
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• 제22권2호
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• pp.109-120
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• 2022

Older or damaged structures can require significant retrofit to ensure they perform well in subsequent earthquakes. Supplemental damping devices are used to achieve this goal, but increase base shear forces, foundation demand, and cost. Displacement reduction without increasing base shear is possible using novel semi-active and recently-created passive devices, which offer energy dissipation in selected quadrants of the force-displacement response. Combining these devices with large, strictly passive energy dissipation devices can offer greater, yet customized response reductions. Supplemental damping to reduce response without increasing base shear enables a net-zero base shear approach. This study evaluates this concept using two incremental dynamic analyses (IDAs) to show displacement reductions up to 40% without increasing base shear, more than would be achieved for either device alone, significantly reducing the risk of response exceeding the unaltered structural case. IDA results lead to direct calculation of reductions in risk and annualized economic cost for adding these devices using this net-zero concept, thus quantifying the trade-off. The overall device assessment and risk analysis method presented provides a generalizable proof-of-concept approach, and provides a framework for assessing the impact and economic cost-benefit of using modern supplemental energy dissipation devices.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제27권5호
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• pp.541-554
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• 2007

A simplified yet effective design procedure for viscous dampers was presented based on improved capacity spectrum method in the context of performance-based seismic design. The amount of added viscous damping required to meet a given performance objective was evaluated from the difference between the total demand for effective damping and inherent damping plus equivalent damping resulting from hysteretic deformation of system. Application of the method is illustrated by means of two examples, using Chinese design response spectrum and mean response spectrum. Nonlinear dynamic analysis results indicate that the maximum displacements of structures installed with supplemental dampers designed in accordance with the proposed method agree well with the given target displacements. The advantage of the presented procedure over the conventional iterative design method is also highlighted.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제8권1호
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• pp.109-119
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• 2004

목표 성능수준을 만족하기 위하여 필요한 점성과 점탄성감쇠기와 같은 속도-의존형 부가 감쇠기의 설계절차를 변위스펙트럼을 이용하여 제시하였다. 주어진 성능 한계상태를 만족하기 위하여 필요한 부가 감쇠량은 변위스펙트럼을 이용한 비선형 정적해석에 의해 산정한 다음 필요 감쇠비를 달성하기 위하여 각 층에 적당하게 분배하였다. 다층 철골조 건물에 제안된 방법을 적용하고 설계절차의 정확성을 검증하기 위하여 시간이력해석을 수행하였다. 해석결과에 의하면 부가 감쇠기로 보강한 예제 구조물의 최대 변위가 목표변위까지 잘 제어됨을 알 수 있다.

• Earthquakes and Structures
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• 제7권3호
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• pp.295-315
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• 2014

This paper presents the results of an analytical study on seismic reliability of viscoelastically damped frame systems in comparison with that of conventional moment resisting frame systems. In order to exhibit the reliability of the frame systems with viscoelastic dampers, seismic reliability analyses were carried out for steel framed buildings, 5 and 12 storeys in height, designed as: (a) Case 1: Conventional moment resisting frame, (b) Case 2: Frame with viscoelastic dampers providing supplemental effective damping ratio of 10%, and (c) Case 3: Frame with viscoelastic dampers providing supplemental effective damping ratio of 20%. Nonlinear time history analyses were utilized to develop seismic fragility curves whilst monitoring various performance objectives. To obtain robust estimators of the seismic reliability, a database including 15 natural earthquake ground motion records with markedly different characteristics was employed in the fragility analysis. The results indicate that depending upon the supplemental effective damping ratio, frames designed with viscoelastic dampers have considerably lower annual probability of exceedance of performance limit states for structural components, showing up to a five-fold reduction in comparison to conventionally designed moment resisting frame system.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제28권2호
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• pp.145-152
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• 2015

본 연구에서는 파라매트릭 모델링 기법을 통해 다양한 대안을 고려할 수 있도록 개발된 StrAuto(이하 전산플랫폼)을 이용하여 감쇠장치에 따른 감쇠비 증가 효과와 풍하중 저감효과를 평가하였다. 비정형 초고층구조물의 수많은 구조시스템 대안 선정을 지원하는 전산플랫폼은 설계자 또는 엔지니어에게 초기 대안을 결정하는데 있어 유용한 도구가 된다. 감쇠장치의 용량 및 추가 요구감쇠비의 크기를 산정하는 과정에서 중요한 원 구조물의 감쇠비에 대한 추정은 풍하중에 대한 실계측 자료를 기반으로 수행된 국내외 관련 연구의 결과를 사용하였다. 감쇠장치는 층간 설치형 수동형 감쇠장치와 질량형 능동형 감쇠장치 두 가지 유형을 고려하였다. 감쇠장치에 의해 추가되는 감쇠비는 FEMA에서 제안한 식을 이용하여 등가 정적 해석을 수행하여 산정하였다. 전산 플랫폼 내부에 감쇠장치의 용량을 최적화하는 알고리즘을 내장함으로써 최적의 감쇠장치 설계안을 자동적으로 도출할 수 있다. 감쇠장치 설치에 따른 물량저감 효과는 풍하중 저감계수로 평가될 수 있으며, 455m 높이의 초고층구조물을 대상으로 제안한 방법의 유효성을 검증하였다. 제안한 방법을 사용하여 비선형 시간이력 해석을 통해 얻어진 지붕층 변위와 층별 전단력을 근사적으로 추정할 수 있음을 확인하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권5A호
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• pp.467-475
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• 2009

기존의 연구들은 댐퍼만에 의한 부가감쇠비의 Universal Curve만을 제공하였기 때문에 실무에서는 케이블의 구조감쇠 및 공기역학적감쇠와 같은 자체감쇠를 독립적으로 고려하곤 한다. 즉, 케이블에 발생하는 자체감쇠비와 댐퍼에 의해 부여되는 Universal Curve로부터 얻은 부가감쇠비를 산술적으로 합하여 케이블-댐퍼 시스템의 전체감쇠비를 결정해 왔다. 하지만 이러한 선형조합 접근법은 이론적인 근거가 미약하며 관련된 연구도 찾아볼 수 없는 실정이므로 이에 관한 유효성을 검증해 볼 필요가 있다. 이것을 위해 본 연구에서는 자체감쇠를 고려한 전체감쇠비 해석법을 개발하여 정해를 제시하고 이것을 기존의 선형조합 접근법에 의해 얻어진 전체감쇠비와 비교하여 선형조합 접근법의 유효성 여부를 검증하였다. 본 연구의 결과에 의하면, 강성은 작고 최적감쇠계수와 비슷한 감쇠계수를 갖는 댐퍼가 지점에서 가깝게 설치되어 있으며, 케이블의 진동이 저차 모드 위주로 발생하고 케이블의 자체감쇠가 크지 않은 일반적인 풍환경에서는 기존의 연구그룹에서 제시하는 연구결과나 선형조합 접근법을 적용하는 것에 무리가 따르지 않는다. 하지만 외부댐퍼나 예기치 못한 고차 진동모드의 발생, 강성이 큰 댐퍼가 사용되는 경우에는 본 연구를 적용하는 것이 바람직한 것으로 나타났다. 본 연구는 케이블의 자체감쇠를 고려한 전체감쇠비의 정해를 제시하고 이것을 토대로 선형조합 접근법에 대한 적용근거를 제시하였다는 점에서 의미를 찾을 수 있다. 차후 본 연구를 발전시켜 공기역학적감쇠에 대응하는 최적감쇠계수를 실시간으로 제시할 수 있게 된다면 MR(Magneto-rheological) 댐퍼와 같은 준능동 댐퍼의 케이블-댐퍼 시스템 제어의 중요한 알고리즘이 될 것으로 기대된다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제15권2호
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• pp.329-339
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• 2002

본 연구에서는 비선형 정적해석법인 능력스펙트럼 법을 이용하여 성능목표를 만족하기 위하여 필요한 점탄성 감쇠기를 설계하는 절차를 제시하였다. 점탄성 감쇠기의 적정 크기를 구하기 위해 목표 변위에서 필요한 유효감쇠 비를 구한 다음 구조물의 이력거동에 의한 등가감쇠 비와 고유감쇠 비를 이용하여 필요한 감쇠기의 감쇠를 구하였다. 점탄성 감쇠기를 설치할 경우에는 구조물의 감쇠뿐만 아니라 강성도 변화하기 때문에 반복계산이 필요하게 된다. 본 연구에서는 먼저 단자유도계에서 구조물의 설계변수를 변화시키면서 제안된 방법의 타당성을 검증하였다. 또한 10층의 철골조 건물에 적용하고 지진응답을 구하였다. 제안된 방법에 따라 설계된 감쇠기를 설치하고 수행한 시간이력해석 결과에 의하면 고려된 설계변수에 관계없이 목표변위를 만족하는 것으로 나타났다.