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New Approach for Seismic Nonlinear Analysis of Inelastic Framed Structures / Zhao, Dianfeng in Journal of engineering mechanics, Vol. 132 N°9 (Septembre 2006) 

Public ISBD [article]  in Journal of engineering mechanics > Vol. 132 N°9 (Septembre 2006) . - 959-966 p. Titre : New Approach for Seismic Nonlinear Analysis of Inelastic Framed Structures Titre original : Nouvelle Approche pour l'Analyse Non-Linéaire Séismique des Structures Encadrées Non Elastiques Type de document : texte imprimé Auteurs : Zhao, Dianfeng, Auteur ; Wong, Kevin K. F., Auteur ; Conte, Joel P., Editeur scientifique Article en page(s) : 959-966 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Dynamic  analysis  Material  properties  Inelastic  action  Framed  structures  Seismic  effects  Nonlinear  analysis  Analyse  dynamique  Propriétés  matérielles  Action  non  élastique  Structures  adjustées  Effets  seismiques  Analyse-non-linéaire Index. décimale : 621.34/624 Résumé : A novel approach for seismic nonlinear analysis of inelastic framed structures is presented in this paper. The nonlinear analysis refers to the evaluation of structural response considering P-delta effect, which is in the form of geometric nonlinearity, and inelastic behavior refers to material nonlinearity. This novel approach uses finite element formulation to derive the elemental stiffness matrices, particularly to derive the geometric stiffness matrix in a general form. At the same time, this approach separates the inelastic displacement from total deflection of the structure by applying two additional constant matrices, namely, the force — recovery matrix and the moment-restoring matrix in the force analogy method. The benefit behind this treatment is explicitly locating and calculating the inelastic response, together with strategically separating the coupling effect between the material nonlinearity and geometric nonlinearity, during the time history analysis. Comparison with the traditional incremental methods shows that the proposed method is very time efficient as well as straightforward. One portal frame and one five-story frame are used as numerical examples to illustrate and verify the robustness of current approach. Une approche de roman pour l'analyse non-linéaire séismique des structures encadrées non élastiques est présentée en cet article. L'analyse non-linéaire se rapporte à l'évaluation de la réponse structurale considérant P- l'effet de delta, qui est sous forme de non-linéarité géométrique, et le comportement non élastique se rapporte à la non-linéarité matérielle. Cette approche de roman emploie la formulation finie d'élément pour dériver les matrices élémentaires de rigidité, pour dériver en particulier la matrice géométrique de rigidité sous une forme générale. En même temps, cette approche sépare le déplacement non élastique du débattement total de la structure en appliquant deux matrices constantes additionnelles, à savoir, la force — ; matrice de rétablissement et la matrice dereconstitution dans la méthode d'analogie de force. L'avantage derrière ce traitement est explicitement localisant et calculant la réponse non élastique, ainsi que séparer stratégiquement l'effet d'accouplement entre la non-linéarité matérielle et la non-linéarité géométrique, pendant l'analyse d'histoire de temps. La comparaison avec les méthodes par accroissement traditionnelles prouve que la méthode proposée est très temps efficace comme franche. Une armature portique et une armature d'cinq-histoire sont employées en tant qu'exemples numériques pour illustrer et vérifier la robustesse de l'approche courante. En ligne : kfwong@civil.utah.edu [article] New Approach for Seismic Nonlinear Analysis of Inelastic Framed Structures = Nouvelle Approche pour l'Analyse Non-Linéaire Séismique des Structures Encadrées Non Elastiques [texte imprimé] / Zhao, Dianfeng, Auteur ; Wong, Kevin K. F., Auteur ; Conte, Joel P., Editeur scientifique . - 959-966 p. Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) in Journal of engineering mechanics > Vol. 132 N°9 (Septembre 2006) . - 959-966 p. Mots-clés : Dynamic  analysis  Material  properties  Inelastic  action  Framed  structures  Seismic  effects  Nonlinear  analysis  Analyse  dynamique  Propriétés  matérielles  Action  non  élastique  Structures  adjustées  Effets  seismiques  Analyse-non-linéaire Index. décimale : 621.34/624 Résumé : A novel approach for seismic nonlinear analysis of inelastic framed structures is presented in this paper. The nonlinear analysis refers to the evaluation of structural response considering P-delta effect, which is in the form of geometric nonlinearity, and inelastic behavior refers to material nonlinearity. This novel approach uses finite element formulation to derive the elemental stiffness matrices, particularly to derive the geometric stiffness matrix in a general form. At the same time, this approach separates the inelastic displacement from total deflection of the structure by applying two additional constant matrices, namely, the force — recovery matrix and the moment-restoring matrix in the force analogy method. The benefit behind this treatment is explicitly locating and calculating the inelastic response, together with strategically separating the coupling effect between the material nonlinearity and geometric nonlinearity, during the time history analysis. Comparison with the traditional incremental methods shows that the proposed method is very time efficient as well as straightforward. One portal frame and one five-story frame are used as numerical examples to illustrate and verify the robustness of current approach. Une approche de roman pour l'analyse non-linéaire séismique des structures encadrées non élastiques est présentée en cet article. L'analyse non-linéaire se rapporte à l'évaluation de la réponse structurale considérant P- l'effet de delta, qui est sous forme de non-linéarité géométrique, et le comportement non élastique se rapporte à la non-linéarité matérielle. Cette approche de roman emploie la formulation finie d'élément pour dériver les matrices élémentaires de rigidité, pour dériver en particulier la matrice géométrique de rigidité sous une forme générale. En même temps, cette approche sépare le déplacement non élastique du débattement total de la structure en appliquant deux matrices constantes additionnelles, à savoir, la force — ; matrice de rétablissement et la matrice dereconstitution dans la méthode d'analogie de force. L'avantage derrière ce traitement est explicitement localisant et calculant la réponse non élastique, ainsi que séparer stratégiquement l'effet d'accouplement entre la non-linéarité matérielle et la non-linéarité géométrique, pendant l'analyse d'histoire de temps. La comparaison avec les méthodes par accroissement traditionnelles prouve que la méthode proposée est très temps efficace comme franche. Une armature portique et une armature d'cinq-histoire sont employées en tant qu'exemples numériques pour illustrer et vérifier la robustesse de l'approche courante. En ligne : kfwong@civil.utah.edu

Predictive Optimal Linear Control of Elastic Structures During Earthquake Part.I / Wong, Kevin K. F. in Journal of engineering mechanics, Vol.131, N° 2 (Fevrier 2005)

Public ISBD [article]  in Journal of engineering mechanics > Vol.131, N° 2 (Fevrier 2005) . - 131-141 p. Titre : Predictive Optimal Linear Control of Elastic Structures During Earthquake Part.I Titre original : Commande linéaire optimale prédictive des structures élastiques pendant le tremblement de terre Part.I Type de document : texte imprimé Auteurs : Wong, Kevin K. F., Auteur Article en page(s) : 131-141 p. Note générale : Génie Civil, Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Time  fectors  Structural  dynamics  Structural  control  Earthquakes  Algorithms  Seismic  Response  Facteurs  de  temps  Dynamique  structurale  Commande  structurale  Tremblements  de  terre  Algorithmes  Réponse  séismique Index. décimale : 621.34/624 Résumé : A Predictive optimal linear control (POLC) algorithm is proposed for controlling the seismic response of elastic structures. This Algorithm compensates for time delay that occurs in real control application by the structural response in the classical optimal linear control equation. The Unique feature of this proposed POLC algorithm is that it compensates for time delay very effectively over a very wide range of time delay magnitude. Numerical examples of singles-degree-of-freedom structures are presented to study the performance of the proposed POLC system for various time delay magnitude. Results show that a time delay always causes degradation of control efficiency, and POLC can greatly reduce thids degradation. The Effects of natural periods and damping of the structure, different earthquake characteristics and numerical integration schemes, and choice of control gains on the degradation induced by time delay arecarefully studied in the analysis. Results show that using a larger time delay magnitude may give smaller structural responses, and this magnitude is independent of earthquake characteristics but dependent on the control gains. Finally, pratical application of POLC is performed on a six-story moment-resisting steel frame.It is demonstrated that POLC maintains stability in milti-degree-of-freedom structures and at the same time it has a satisfactory control performance. On propose un algorithme linéaire optimal prédictif de la commande (POLC) pour commander la réponse séismique des structures élastiques. Cet algorithme compense le temps retardent qui se produit dans la vraie application de commande par la réponse structurale dans l'équation linéaire optimale classique de commande. Le dispositif unique de cet algorithme proposé de POLC est qu'il compense le temps retardent très efficacement sur un éventail très de temps retardent la grandeur. Des exemples numériques des structures de choisir-degré-de-liberté sont présentés pour étudier l'exécution du système proposé de POLC pendant la diverse période retardent la grandeur. Les résultats prouvent qu'un moment retardent cause toujours la dégradation de l'efficacité de commande, et POLC peut considérablement réduire la dégradation de thids. Les effets des périodes et atténuation normales de la structure, les différentes caractéristiques de tremblement de terre et les arrangements numériques d'intégration, et le choix des gains de commande sur la dégradation induite par temps retardent est soigneusement étudié dans l'analyse. Les résultats montrent que cela qui emploie un plus grand temps retardez la grandeur peut donner de plus petites réponses structurales, et cette grandeur dépend indépendant des caractéristiques de tremblement de terre mais des gains de commande. En conclusion, l'application pratical de POLC est exécutée sur un acier de résistance frame.It d'six-histoire est démontrée que POLC maintient la stabilité en structures de milti-degré-de-liberté et en même temps il a une exécution satisfaisante de commande. [article] Predictive Optimal Linear Control of Elastic Structures During Earthquake Part.I = Commande linéaire optimale prédictive des structures élastiques pendant le tremblement de terre Part.I [texte imprimé] / Wong, Kevin K. F., Auteur . - 131-141 p. Génie Civil, Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) in Journal of engineering mechanics > Vol.131, N° 2 (Fevrier 2005) . - 131-141 p. Mots-clés : Time  fectors  Structural  dynamics  Structural  control  Earthquakes  Algorithms  Seismic  Response  Facteurs  de  temps  Dynamique  structurale  Commande  structurale  Tremblements  de  terre  Algorithmes  Réponse  séismique Index. décimale : 621.34/624 Résumé : A Predictive optimal linear control (POLC) algorithm is proposed for controlling the seismic response of elastic structures. This Algorithm compensates for time delay that occurs in real control application by the structural response in the classical optimal linear control equation. The Unique feature of this proposed POLC algorithm is that it compensates for time delay very effectively over a very wide range of time delay magnitude. Numerical examples of singles-degree-of-freedom structures are presented to study the performance of the proposed POLC system for various time delay magnitude. Results show that a time delay always causes degradation of control efficiency, and POLC can greatly reduce thids degradation. The Effects of natural periods and damping of the structure, different earthquake characteristics and numerical integration schemes, and choice of control gains on the degradation induced by time delay arecarefully studied in the analysis. Results show that using a larger time delay magnitude may give smaller structural responses, and this magnitude is independent of earthquake characteristics but dependent on the control gains. Finally, pratical application of POLC is performed on a six-story moment-resisting steel frame.It is demonstrated that POLC maintains stability in milti-degree-of-freedom structures and at the same time it has a satisfactory control performance. On propose un algorithme linéaire optimal prédictif de la commande (POLC) pour commander la réponse séismique des structures élastiques. Cet algorithme compense le temps retardent qui se produit dans la vraie application de commande par la réponse structurale dans l'équation linéaire optimale classique de commande. Le dispositif unique de cet algorithme proposé de POLC est qu'il compense le temps retardent très efficacement sur un éventail très de temps retardent la grandeur. Des exemples numériques des structures de choisir-degré-de-liberté sont présentés pour étudier l'exécution du système proposé de POLC pendant la diverse période retardent la grandeur. Les résultats prouvent qu'un moment retardent cause toujours la dégradation de l'efficacité de commande, et POLC peut considérablement réduire la dégradation de thids. Les effets des périodes et atténuation normales de la structure, les différentes caractéristiques de tremblement de terre et les arrangements numériques d'intégration, et le choix des gains de commande sur la dégradation induite par temps retardent est soigneusement étudié dans l'analyse. Les résultats montrent que cela qui emploie un plus grand temps retardez la grandeur peut donner de plus petites réponses structurales, et cette grandeur dépend indépendant des caractéristiques de tremblement de terre mais des gains de commande. En conclusion, l'application pratical de POLC est exécutée sur un acier de résistance frame.It d'six-histoire est démontrée que POLC maintient la stabilité en structures de milti-degré-de-liberté et en même temps il a une exécution satisfaisante de commande.

Seismic energy dissipation of inelastic structures with multiple tuned mass dampers / Wong, Kevin K. F. in Journal of engineering mechanics, Vol. 135 N° 4 (Avril 2009) 

Public ISBD [article]  in Journal of engineering mechanics > Vol. 135 N° 4 (Avril 2009) . - pp. 265-275 Titre : Seismic energy dissipation of inelastic structures with multiple tuned mass dampers Type de document : texte imprimé Auteurs : Wong, Kevin K. F., Auteur ; Jerod Johnson, Auteur Article en page(s) : pp. 265-275 Note générale : Mécanique appliquée Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Damage  Seismic  effects  Inelasticity  Damping. Résumé : The ability to use multiple tuned mass dampers (TMDs) in improving inelastic structural performance to dissipate the earthquake input energy is investigated. Inelastic structural behavior is modeled using the force analogy method, which is the backbone of analytically characterizing the plastic energy dissipation in the structure. Both tuning period and placement of the multiple TMDs are studied to give the best structural performance in terms of plastic energy dissipation. Numerical simulations are performed to study the energy responses of structures with and without TMD installed, and the effectiveness of TMDs in the reduction of energy responses is also studied by using tuned mass spectra. Results show that the installation of TMDs gives the structure additional capability of dissipating a large amount of damping energy and at the same time reducing the amount of plastic energy demand and therefore reducing damage in the structure. More important, TMDs have the ability to draw the plastic energy dissipation at the lower stories and release it to the upper stories. This is particularly beneficial for structures that would otherwise suffer more damage at the lower stories than the upper stories. However, the reduction in plastic energy dissipation is quite sensitive to the earthquake vibration characteristics, and TMDs should not be used for structures with weak upper stories. DEWEY : 620.1 ISSN : 0733-9399 En ligne : http://ascelibrary.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=JENMDT000 [...] [article] Seismic energy dissipation of inelastic structures with multiple tuned mass dampers [texte imprimé] / Wong, Kevin K. F., Auteur ; Jerod Johnson, Auteur . - pp. 265-275. Mécanique appliquée Langues : Anglais (eng) in Journal of engineering mechanics > Vol. 135 N° 4 (Avril 2009) . - pp. 265-275 Mots-clés : Damage  Seismic  effects  Inelasticity  Damping. Résumé : The ability to use multiple tuned mass dampers (TMDs) in improving inelastic structural performance to dissipate the earthquake input energy is investigated. Inelastic structural behavior is modeled using the force analogy method, which is the backbone of analytically characterizing the plastic energy dissipation in the structure. Both tuning period and placement of the multiple TMDs are studied to give the best structural performance in terms of plastic energy dissipation. Numerical simulations are performed to study the energy responses of structures with and without TMD installed, and the effectiveness of TMDs in the reduction of energy responses is also studied by using tuned mass spectra. Results show that the installation of TMDs gives the structure additional capability of dissipating a large amount of damping energy and at the same time reducing the amount of plastic energy demand and therefore reducing damage in the structure. More important, TMDs have the ability to draw the plastic energy dissipation at the lower stories and release it to the upper stories. This is particularly beneficial for structures that would otherwise suffer more damage at the lower stories than the upper stories. However, the reduction in plastic energy dissipation is quite sensitive to the earthquake vibration characteristics, and TMDs should not be used for structures with weak upper stories. DEWEY : 620.1 ISSN : 0733-9399 En ligne : http://ascelibrary.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=JENMDT000 [...]

Uncoupling of potential energy in nonlinear seismic analysis of framed structures / Wong, Kevin K. F. in Journal of engineering mechanics, Vol. 133 N°10 (Octobre 2007) 

Public ISBD [article]  in Journal of engineering mechanics > Vol. 133 N°10 (Octobre 2007) . - pp.1061–1071. Titre : Uncoupling of potential energy in nonlinear seismic analysis of framed structures Type de document : texte imprimé Auteurs : Wong, Kevin K. F., Auteur ; Dianfeng Zhao, Auteur Année de publication : 2007 Article en page(s) : pp.1061–1071. Note générale : Mécanique appliquée Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Energy  dissipation  Inelasticity  Framed  structures  Seismic  analysis Résumé : A computational analysis method is presented to investigate the potential energy of fully nonlinear framed structures and other energy characteristics due to earthquake ground motions. The overall potential energy is directly related to the stiffness of the structure, and it consists of three components in a fully nonlinear system: (1) strain energy representing the storing energy that is associated with the linear elastic portion of the structural response; (2) higher-order energy representing the energy associated with the geometric nonlinear effect of the overall structural response, which is derived from finite element method; and (3) plastic energy representing the energy dissipated by material inelasticity of the structure, and it is being derived analytically. The merit of proposed analysis method lies in the uncoupling of geometric nonlinearity and material inelasticity effects before solving for the equation of motion, and this leads directly to the analytical representations of each energy form. Both plastic energy and higher-order energy based on single-degree-of-freedom system are studied in detail to demonstrate the beauty of the proposed analysis method. In addition, a method of generating energy density spectra is also proposed, which is useful to enhance the understanding energy characteristics in seismic analysis. Finally, a five-story frame is used as a numerical example to illustrate the effectiveness and robustness of the proposed method. ISSN : 0733-9399 En ligne : http://ascelibrary.org/action/showAbstract?page=1061&volume=133&issue=10&journal [...] [article] Uncoupling of potential energy in nonlinear seismic analysis of framed structures [texte imprimé] / Wong, Kevin K. F., Auteur ; Dianfeng Zhao, Auteur . - 2007 . - pp.1061–1071. Mécanique appliquée Langues : Anglais (eng) in Journal of engineering mechanics > Vol. 133 N°10 (Octobre 2007) . - pp.1061–1071. Mots-clés : Energy  dissipation  Inelasticity  Framed  structures  Seismic  analysis Résumé : A computational analysis method is presented to investigate the potential energy of fully nonlinear framed structures and other energy characteristics due to earthquake ground motions. The overall potential energy is directly related to the stiffness of the structure, and it consists of three components in a fully nonlinear system: (1) strain energy representing the storing energy that is associated with the linear elastic portion of the structural response; (2) higher-order energy representing the energy associated with the geometric nonlinear effect of the overall structural response, which is derived from finite element method; and (3) plastic energy representing the energy dissipated by material inelasticity of the structure, and it is being derived analytically. The merit of proposed analysis method lies in the uncoupling of geometric nonlinearity and material inelasticity effects before solving for the equation of motion, and this leads directly to the analytical representations of each energy form. Both plastic energy and higher-order energy based on single-degree-of-freedom system are studied in detail to demonstrate the beauty of the proposed analysis method. In addition, a method of generating energy density spectra is also proposed, which is useful to enhance the understanding energy characteristics in seismic analysis. Finally, a five-story frame is used as a numerical example to illustrate the effectiveness and robustness of the proposed method. ISSN : 0733-9399 En ligne : http://ascelibrary.org/action/showAbstract?page=1061&volume=133&issue=10&journal [...]