Effectiveness of a mathematical model in simulating nonlinear mechanical behaviour of a seismic isolation system made of polymeric bearings

• Autorzy: Falborski T. , Jankowski R.

Identyfikatory

DOI

10.4467/2353737XCT.16.210.5959

Warianty tytułu

PL

Ocena efektywności modelu matematycznego do opisu nieliniowego zachowania wibroizolacji sejsmicznej w postaci łożysk polimerowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The present study was focused on determining the effectives of a nonlinear mathematical model in simulating complex mechanical behaviour of a seismic isolation system made of Polymeric Bearings. The proposed mathematical model defines the lateral force as a nonlinear function of the shear displacement and the deformation velocity. The effectiveness of the proposed mathematical model was verified by comparing the seismic response of a 2.30 m high two-storey structure model with the results obtained from the detailed numerical analysis. The results obtained from the numerical investigation using lumped-mass models confirmed that the proposed nonlinear mathematical model can be successfully adopted to simulate the complex mechanical behaviour of the Polymeric Bearings in numerical studies.

PL

W pracy dokonano oceny efektywności modelu matematycznego, opisującego nieliniowe zachowanie prototypu wibroizolacji sejsmicznej w postaci Łożysk Polimerowych. W zaproponowanym modelu matematycznym siła pozioma jest nieliniową funkcją przemieszczenia oraz prędkości. Oceny efektywności modelu matematycznego do opisu nieliniowego zachowania łożysk polimerowych dokonano poprzez porównanie wyników badań eksperymentalnych przeprowadzonych na stole sejsmicznym, w których dwupiętrowy model konstrukcji o całkowitej wysokości 2,30 m poddano różnym obciążeniom dynamicznym, z wynikami analiz numerycznych. Duża zgodność wyników analiz numerycznych z wynikami otrzymanymi z badań eksperymentalnych potwierdziła poprawność zaproponowanego modelu matematycznego do symulacji zachowania Łożysk Polimerowych.

Słowa kluczowe

EN

polymeric bearings; base isolation; mathematical model; shaking table testing; earthquake; dynamic excitations

PL

łożyska polimerowe; wibroizolacja sejsmiczna; model matematyczny; stół sejsmiczny; trzęsienia ziemi; wymuszenia dynamiczne

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej im. Tadeusza Kościuszki
• Czasopismo: Czasopismo Techniczne. Budownictwo
• Rocznik: 2016
• Tom: Y. 113, iss. 3-B
• Strony: 43--54
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., il., wykr., tab.

Twórcy

autor

Falborski T.

• Department of Metal Structures and Construction Management, Faculty of Civil and Environmental Engineering, Gdańsk University of Technology

autor

Jankowski R.

• Department of Metal Structures and Construction Management, Faculty of Civil and Environmental Engineering, Gdańsk University of Technology

Bibliografia

• [1] Zembaty Z., Cholewicki A., Jankowski R., Szulc J., Trzęsienia ziemi 21 września 2004 r. w Polsce północno-wschodniej oraz ich wpływ na obiekty budowlane, Inżynieria i Budownictwo, vol. LXI, No. 1, 2005, 3–9.
• [2] Zembaty Z., Jankowski R., Cholewicki A., Szulc J. Trzęsienie ziemi 30 listopada 2004 r. na Podhalu oraz jego wpływ na obiekty budowlane, Inżynieria i Budownictwo, vol. LXI, No. 9, 2005, 507–511.
• [3] Buckle I.G., Passive control of structures for seismic loads, Proceedings of the 12th World Conference on Earthquake Engineering, Paper No. 2825, Auckland, Jan 30 – Feb 4, 2000, 1–8.
• [4] Kelly J.M., Earthquake-Resistant Design with Rubber, Springer-Verlag, New York 1993.
• [5] Mayes R.L., Naeim F., Design of structures with seismic isolation, [in:] Naeim F. (Ed.): The Seismic Design Handbook, Kluwer Academic, Boston 2001.
• [6] Naeim F., Kelly J.M., Design of Seismic Isolated Structures: From Theory to Practice, John Wiley & Sons, New York 1999.
• [7] Robinson W.H., Lead-rubber hysteretic bearings suitable for protecting structures during earthquakes, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol. 10, 1982, 593–604.
• [8] Skinner R.I., An Introduction to Seismic Isolation, John Wiley & Sons, New York 1993.
• [9] Yang Y.B., Chang K.C., Yau J.D., Base isolation, [in:] Chen W.F., Scawthorn C. (Eds.), Earthquake Engineering Handbook, CRC Press, London 2003.
• [10] Falborski T., Experimental determination of basic mechanical properties of elastomeric polymer, Advances in Chemical and Mechanical Engineering, Vol. 1, 2012, 147–150.
• [11] Falborski T., Jankowski R., Experimental study on static and dynamic properties of polymer mass, Current Scientific Challenges in Concrete and Steel Structures and Concrete Technology, Vol. 1, 2011, 41–48.
• [12] Falborski T., Jankowski R., Kwiecień A., Experimental study on polymer mass used to repair damaged structures, Key Engineering Materials, Vol. 488–489, 2012, 347–350.
• [13] Falborski T., Kwiecień A., Strankowski M., Piszczyk Ł., Jankowski R., The influence of temperature on properties of the polymer flexible joint used for strengthening historical masonries, Structural Analysis of Historical Constructions, Vol. 1, 2012, 816–822.
• [14] Falborski T., Strankowski M., Piszczyk Ł., Jankowski R., Kwiecień A., Experimental examination of an elastomeric polymer, Technology and Art, Vol. 3, 2012, 98–101.
• [15] Falborski T., Jankowski R., Łożysko polimerowe do redukcji i tłumienia drgań, zwłaszcza konstrukcji budowlanych, Patent Application No. P-401953.
• [16] Falborski T., Jankowski R., Shaking table experimental study on the base isolation system made of polymer bearings, Proceedings of the 15th World Conference on Earthquake Engineering, Paper No. 2119, Lisbon, Sep 24–28, 2012, 1–8.
• [17] Falborski T., Jankowski R., Polymeric Bearings – a new base isolation system to reduce structural damage during earthquakes, Key Engineering Materials, Vol. 569–570, 2013, 143–150.
• [18] Falborski T., Jankowski R., Reduction of vibrations of steel structure models with polymeric bearings – experimental study, Current Scientific Challenges in Concrete and Steel Structures, Material Technology and Structural Fire Protection, Vol. 1, 2014, 1–8.
• [19] Hwang J.S., Wu J.D., Pan T.C., Yang G., A mathematical hysteretic model for elastomeric isolation bearings, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol. 31, 2002, 771–789.
• [20] Jankowski R., Nonlinear rate dependent model of HDRB, Bulletin of Earthquake Engineering, Vol. 1, 2003, 397–403.
• [21] Kikuchi M., Aiken I.D., An analytical hysteresis model for elastomeric seismic isolation bearings, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol. 26, No. 2, 1997, 1–17.
• [22] Pan T.S., Yang G., Nonlinear analysis of base-isolated MDOF structures, Proceedings of the 11th World Conference on Earthquake Engineering, Paper No. 1534, 1996, 1–8.
• [23] Tsai C.S., Chiang T.C., Chen B.J., Lin S.B., An advanced analytical model for high damping rubber bearings, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol. 32, 2003, 1373–1387.
• [24] Chopra A.K., Dynamics of Structures: Theory and Applications to Earthquake Engineering, Prentice Hall, New Jersey 1995.
• [25] Clough R., Penzien J., Dynamics of Structures, McGraw-Hill, New York 1975.
• [26] Newmark N.M., A method of computing for structural dynamics, Journal of the Engineering Mechanics Division, Proceedings of the American Society of Civil Engineers, Vol. 85, No. EM3, Paper No. 2094, 1959, 67–94.