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Along-wind aero-elasticity of high-rise buildings by using indirect forced actuation technique / Wu, Jong-Cheng in Journal of structural engineering, Vol. 137 N° 8 (Août 2011) 

Public ISBD [article]  in Journal of structural engineering > Vol. 137 N° 8 (Août 2011) . - pp. 791-802 Titre : Along-wind aero-elasticity of high-rise buildings by using indirect forced actuation technique Type de document : texte imprimé Auteurs : Wu, Jong-Cheng, Auteur ; Ying-Chieh Chang, Auteur Année de publication : 2011 Article en page(s) : pp. 791-802 Note générale : Génie Civil Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Indircet  forced  actuation  High-rise  building  Aerodynamic  damping  Aerodynamic  stiffness  State  space  equation  Genetic  algorithm Index. décimale : 624 Constructions du génie civil et du bâtiment. Infrastructures. Ouvrages en terres. Fondations. Tunnels. Ponts et charpentes Résumé : The frequency-dependent aerodynamic damping and stiffness of high-rise buildings in along-wind motion have been systematically investigated and compared through wind tunnel tests under smooth wind flow. A novel identification scheme based on the indirect forced actuation technique was developed, involving only a simple curve-fitting technique on the frequency response function induced by the actuation. To ensure that global minimization in curve-fitting was achieved, a genetic algorithm and a conventional gradient search method were used in obtaining the final results. An alternative derivation of the frequency response function via the time-domain state space equation is also presented, which has the supporting advantage that the simulation of time history of the structural response becomes possible. To demonstrate the approach, various prism models representing different high-rise buildings with varied aspect ratios and height-width ratios were used in the experimental identification. A total of nine models with 15 different configurations were successfully tested and identified using the proposed identification scheme. The experimental results indicated that the wind flow suppresses the along-wind vibration and the effect becomes stronger as the wind velocity increases. The identified results showed that aerodynamic damping is always negative (and hence stabilizes the structure) and monotonically decreases with increasing reduced velocity. At the same reduced wind velocity, the aerodynamic damping becomes more significant as the height increases. The trend of the aerodynamic stiffness and its relation to the height is not clear and depends on each particular case. Considering approximation, the formulas of constant aerodynamic damping and stiffness ratios are also presented for comparison. Overall, the frequency-dependent aerodynamic damping and stiffness presented in this paper provide the database that can serve as a guideline for practical application. DEWEY : 624.17 ISSN : 0733-9445 En ligne : http://ascelibrary.org/sto/resource/1/jsendh/v137/i8/p791_s1?isAuthorized=no [article] Along-wind aero-elasticity of high-rise buildings by using indirect forced actuation technique [texte imprimé] / Wu, Jong-Cheng, Auteur ; Ying-Chieh Chang, Auteur . - 2011 . - pp. 791-802. Génie Civil Langues : Anglais (eng) in Journal of structural engineering > Vol. 137 N° 8 (Août 2011) . - pp. 791-802 Mots-clés : Indircet  forced  actuation  High-rise  building  Aerodynamic  damping  Aerodynamic  stiffness  State  space  equation  Genetic  algorithm Index. décimale : 624 Constructions du génie civil et du bâtiment. Infrastructures. Ouvrages en terres. Fondations. Tunnels. Ponts et charpentes Résumé : The frequency-dependent aerodynamic damping and stiffness of high-rise buildings in along-wind motion have been systematically investigated and compared through wind tunnel tests under smooth wind flow. A novel identification scheme based on the indirect forced actuation technique was developed, involving only a simple curve-fitting technique on the frequency response function induced by the actuation. To ensure that global minimization in curve-fitting was achieved, a genetic algorithm and a conventional gradient search method were used in obtaining the final results. An alternative derivation of the frequency response function via the time-domain state space equation is also presented, which has the supporting advantage that the simulation of time history of the structural response becomes possible. To demonstrate the approach, various prism models representing different high-rise buildings with varied aspect ratios and height-width ratios were used in the experimental identification. A total of nine models with 15 different configurations were successfully tested and identified using the proposed identification scheme. The experimental results indicated that the wind flow suppresses the along-wind vibration and the effect becomes stronger as the wind velocity increases. The identified results showed that aerodynamic damping is always negative (and hence stabilizes the structure) and monotonically decreases with increasing reduced velocity. At the same reduced wind velocity, the aerodynamic damping becomes more significant as the height increases. The trend of the aerodynamic stiffness and its relation to the height is not clear and depends on each particular case. Considering approximation, the formulas of constant aerodynamic damping and stiffness ratios are also presented for comparison. Overall, the frequency-dependent aerodynamic damping and stiffness presented in this paper provide the database that can serve as a guideline for practical application. DEWEY : 624.17 ISSN : 0733-9445 En ligne : http://ascelibrary.org/sto/resource/1/jsendh/v137/i8/p791_s1?isAuthorized=no

Benchmark Problem for Response Control of Wind-Excited Tall Buildings / Yang, Jann N. in Journal of engineering mechanics, Vol. 130 N°4 (Avril 2004) 

Public ISBD [article]  in Journal of engineering mechanics > Vol. 130 N°4 (Avril 2004) . - 437-446 p. Titre : Benchmark Problem for Response Control of Wind-Excited Tall Buildings Titre original : Problème de Repère pour la Commande de Réponse des Bâtiments Grands Vent-Excitants Type de document : texte imprimé Auteurs : Yang, Jann N., Auteur ; Agrawal, Anil K., Auteur ; Samali, Bijan ; Wu, Jong-Cheng ; Spencer Jr., B. F., Editeur scientifique Article en page(s) : 437-446 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Structural  control  Benchmarks  Buildings  high-rise  Wind  tunnels  Damping  Control  systems  Commande  structurale  Repères  Constructions  élevées  Tunnels  de  vent  Atténuation  Systèmes  de  control Index. décimale : 621.34/624 Résumé : This Paper presents an overview and problem definition of a benchmark problem for the response control of wind-excited tall buildings. The building considered is a 76-story 306 m concrete office tower proposed for the city of Melbourne, Australia. The building is slender with a height to width ratio of 7.3; hence, it is wind sensitive. Wind tunnel tests for such a 76-story building model have been conducted at the University of Sydney and the results of across-wind data are used in the present benchmark problem. Either active, semiactive, or passive control systems can be installed in the building to reduce the wind response, although only an active control sample problem has been worked out to illustrate the control design. In the case of active control systems, either an active tuned mass damper or an active mass driver can be installed on the top floor. In the case of passive or semiactive systems, such as viscous dampers, viscoelastic dampers, electrorheological, or magnetorheological dampers, etc., control devices can be installed in selected story units. Control constraints and evaluation criteria are presented for the design problem. A simulation program based on the linear quadratic Gaussian technique has been developed and made available for the comparison of the performance of various control strategies. Cet Article présente une vue d'ensemble et une définition de problème d'un problème de repère pour la commande de réponse des bâtiments grands vent-excitants. Le Bâtiment considéré est un 76 étages tour concrète de bureau de 306 m proposée pour la ville de Melbourne, Australie. Le bâtiment est mince avec une taille au rapport de largeur de 7.3 ; par conséquent, c'est vent sensible. Des essais de tunnel de vent pour un tel modèle du bâtiment 76-étages ont été effectués à l'université de Sydney et les résultats des données à travers-vent sont employés dans le problème actuel de repère. Des systèmes de commande actifs, semi active, ou passifs peuvent être installés dans le bâtiment pour réduire la réponse de vent, bien que seulement un problème actif d'échantillon témoin ait été établi pour illustrer la conception de commande. Dans le cas des systèmes de commande actifs, un amortisseur de masse accordé actif ou un conducteur de masse actif peut être installé sur le plancher supérieur. Dans le cas des systèmes passifs ou semiactive, tels que les amortisseurs visqueux, les amortisseurs, electrorheologique viscoélastiques, ou les amortisseurs magnetorheologique, etc., commandent des dispositifs peuvent être installés dans les unités choisies d'étages. Des contraintes de commande et les critères d'évaluation sont présentés pour le problème de conception. Un programme de simulation basé sur la technique gaussienne quadratique linéaire a été développé et a rendu disponible pour la comparaison de l'exécution de diverses stratégies de commande. En ligne : jnyang@uci.edu, agrawal@ccny.cuny.edu, bijan.samali@uts.edu.au, jcwu@bridge.ce.t [...] [article] Benchmark Problem for Response Control of Wind-Excited Tall Buildings = Problème de Repère pour la Commande de Réponse des Bâtiments Grands Vent-Excitants [texte imprimé] / Yang, Jann N., Auteur ; Agrawal, Anil K., Auteur ; Samali, Bijan ; Wu, Jong-Cheng ; Spencer Jr., B. F., Editeur scientifique . - 437-446 p. Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) in Journal of engineering mechanics > Vol. 130 N°4 (Avril 2004) . - 437-446 p. Mots-clés : Structural  control  Benchmarks  Buildings  high-rise  Wind  tunnels  Damping  Control  systems  Commande  structurale  Repères  Constructions  élevées  Tunnels  de  vent  Atténuation  Systèmes  de  control Index. décimale : 621.34/624 Résumé : This Paper presents an overview and problem definition of a benchmark problem for the response control of wind-excited tall buildings. The building considered is a 76-story 306 m concrete office tower proposed for the city of Melbourne, Australia. The building is slender with a height to width ratio of 7.3; hence, it is wind sensitive. Wind tunnel tests for such a 76-story building model have been conducted at the University of Sydney and the results of across-wind data are used in the present benchmark problem. Either active, semiactive, or passive control systems can be installed in the building to reduce the wind response, although only an active control sample problem has been worked out to illustrate the control design. In the case of active control systems, either an active tuned mass damper or an active mass driver can be installed on the top floor. In the case of passive or semiactive systems, such as viscous dampers, viscoelastic dampers, electrorheological, or magnetorheological dampers, etc., control devices can be installed in selected story units. Control constraints and evaluation criteria are presented for the design problem. A simulation program based on the linear quadratic Gaussian technique has been developed and made available for the comparison of the performance of various control strategies. Cet Article présente une vue d'ensemble et une définition de problème d'un problème de repère pour la commande de réponse des bâtiments grands vent-excitants. Le Bâtiment considéré est un 76 étages tour concrète de bureau de 306 m proposée pour la ville de Melbourne, Australie. Le bâtiment est mince avec une taille au rapport de largeur de 7.3 ; par conséquent, c'est vent sensible. Des essais de tunnel de vent pour un tel modèle du bâtiment 76-étages ont été effectués à l'université de Sydney et les résultats des données à travers-vent sont employés dans le problème actuel de repère. Des systèmes de commande actifs, semi active, ou passifs peuvent être installés dans le bâtiment pour réduire la réponse de vent, bien que seulement un problème actif d'échantillon témoin ait été établi pour illustrer la conception de commande. Dans le cas des systèmes de commande actifs, un amortisseur de masse accordé actif ou un conducteur de masse actif peut être installé sur le plancher supérieur. Dans le cas des systèmes passifs ou semiactive, tels que les amortisseurs visqueux, les amortisseurs, electrorheologique viscoélastiques, ou les amortisseurs magnetorheologique, etc., commandent des dispositifs peuvent être installés dans les unités choisies d'étages. Des contraintes de commande et les critères d'évaluation sont présentés pour le problème de conception. Un programme de simulation basé sur la technique gaussienne quadratique linéaire a été développé et a rendu disponible pour la comparaison de l'exécution de diverses stratégies de commande. En ligne : jnyang@uci.edu, agrawal@ccny.cuny.edu, bijan.samali@uts.edu.au, jcwu@bridge.ce.t [...]

Modified Sliding Mode Control for Wind-Excited Benchmark Problem / Wu, Jong-Cheng in Journal of engineering mechanics, Vol. 130 N°4 (Avril 2004)

Public ISBD [article]  in Journal of engineering mechanics > Vol. 130 N°4 (Avril 2004) . - 499-504 p. Titre : Modified Sliding Mode Control for Wind-Excited Benchmark Problem Titre original : Glissant Modifié par la Commande de Mode pour le Problème de Repère Excitant par Vent Type de document : texte imprimé Auteurs : Wu, Jong-Cheng, Auteur ; Yang, Jann N., Auteur ; Spencer Jr., B. F., Editeur scientifique Article en page(s) : 499-504 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Sliding  Benchmarks  Structural  control  Nonlinear  systems  Glissement  Repères  Commande  structurale  Systèmes  non-linéaires Index. décimale : 621.34/624 Résumé : Among promising control strategies, the sliding mode control is particularly robust with respect to structural uncertainty. In this paper, a modified sliding mode control (MSMC) strategy using dynamic output feedback is presented and demonstrated for the wind-excited benchmark building equipped with an ATMD (active tuned mass damper) control device. The main advantage of the MSMC presented is its ability to systematically modulate the control effort through the introduction of a prefilter prior to the control force. For practical implementation of a MSMC using acceleration measurements at strategic locations, a Kalman.Bucy filter type of observer is designed based on the augmented system. Hence the sliding surface design is composed of the observer state, and the modulation of control forces can be achieved by forming an optimization problem with a linear quadratic objective function. As shown by the simulation results of the wind-excited benchmark building, the modified sliding mode controller indeed has the capability of systematically modulating the control force. Moreover, the remarkable performance of the MSMC demonstrates that the strategy presented is suitable for the wind-excited tall buildings. Parmi des stratégies prometteuses de commande, la commande coulissante de mode est particulièrement robuste en ce qui concerne l'incertitude structurale. En cet article, une stratégie coulissante modifiée de la commande de mode (MSMC) employant la rétroaction de sortie dynamique est présentée et démontrée pour le bâtiment vent-Excitant de repère équipé d'un dispositif de commande d'ATMD (amortisseur de masse accordé actif). L'avantage principal du MSMC présenté est sa capacité de moduler systématiquement l'effort de commande par l'introduction d'un préfilteur avant la force de commande. Pour l'exécution pratique d'un MSMC en utilisant des mesures d'accélération aux endroits stratégiques, un type de filtre de Kalman Bucy d'observateur est conçu a basé sur le système augmenté. Par conséquent la conception de surface de glissement se compose d'état d'observateur, et la modulation des forces de commande peut être réalisée en formant un problème d'optimisation avec une fonction objective quadratique linéaire. Comme montré par les résultats de simulation du bâtiment vent-excitant de repère, le contrôleur de mode coulissant modifié a en effet les possibilités de moduler systématiquement la force de commande. D'ailleurs, l'exécution remarquable du MSMC démontre que la stratégie présentée convient aux bâtiments grands vent-excitant. [article] Modified Sliding Mode Control for Wind-Excited Benchmark Problem = Glissant Modifié par la Commande de Mode pour le Problème de Repère Excitant par Vent [texte imprimé] / Wu, Jong-Cheng, Auteur ; Yang, Jann N., Auteur ; Spencer Jr., B. F., Editeur scientifique . - 499-504 p. Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) in Journal of engineering mechanics > Vol. 130 N°4 (Avril 2004) . - 499-504 p. Mots-clés : Sliding  Benchmarks  Structural  control  Nonlinear  systems  Glissement  Repères  Commande  structurale  Systèmes  non-linéaires Index. décimale : 621.34/624 Résumé : Among promising control strategies, the sliding mode control is particularly robust with respect to structural uncertainty. In this paper, a modified sliding mode control (MSMC) strategy using dynamic output feedback is presented and demonstrated for the wind-excited benchmark building equipped with an ATMD (active tuned mass damper) control device. The main advantage of the MSMC presented is its ability to systematically modulate the control effort through the introduction of a prefilter prior to the control force. For practical implementation of a MSMC using acceleration measurements at strategic locations, a Kalman.Bucy filter type of observer is designed based on the augmented system. Hence the sliding surface design is composed of the observer state, and the modulation of control forces can be achieved by forming an optimization problem with a linear quadratic objective function. As shown by the simulation results of the wind-excited benchmark building, the modified sliding mode controller indeed has the capability of systematically modulating the control force. Moreover, the remarkable performance of the MSMC demonstrates that the strategy presented is suitable for the wind-excited tall buildings. Parmi des stratégies prometteuses de commande, la commande coulissante de mode est particulièrement robuste en ce qui concerne l'incertitude structurale. En cet article, une stratégie coulissante modifiée de la commande de mode (MSMC) employant la rétroaction de sortie dynamique est présentée et démontrée pour le bâtiment vent-Excitant de repère équipé d'un dispositif de commande d'ATMD (amortisseur de masse accordé actif). L'avantage principal du MSMC présenté est sa capacité de moduler systématiquement l'effort de commande par l'introduction d'un préfilteur avant la force de commande. Pour l'exécution pratique d'un MSMC en utilisant des mesures d'accélération aux endroits stratégiques, un type de filtre de Kalman Bucy d'observateur est conçu a basé sur le système augmenté. Par conséquent la conception de surface de glissement se compose d'état d'observateur, et la modulation des forces de commande peut être réalisée en formant un problème d'optimisation avec une fonction objective quadratique linéaire. Comme montré par les résultats de simulation du bâtiment vent-excitant de repère, le contrôleur de mode coulissant modifié a en effet les possibilités de moduler systématiquement la force de commande. D'ailleurs, l'exécution remarquable du MSMC démontre que la stratégie présentée convient aux bâtiments grands vent-excitant.