Analysis, design and applications of rotational friction dampers for seismic protection

• Autorzy: Mualla I. , Belev B.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rb.2015.199

Warianty tytułu

PL

Analiza, projektowanie i aplikacja obrotowo ciernych tłumików dla ochrony sejsmicznej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper introduces the basic types of damping devices and summarizes the benefits of implementing supplemental damping systems for seismic protection of buildings and other structures. A novel damper device based on the rotational friction hinge concept invented by the first author is described. The slip capacity of the device and its energy dissipation capacity can be easily increased by adding more layers of steel plates and friction pads. The experimental evaluation of the original damper unit was first carried out in DTU, Denmark under displacement and forcing frequency control. The friction pads were made from advanced material capable of sustaining up to 400 cycles without property degradation. In 2001, an international team including the authors conducted intensive research program on a three-storey building equipped with rotational friction dampers at the large-scale shake-table testing facility of the NCREE, Taiwan. The performance of the damped structure was examined for 14 cases of seismic input with peak ground acceleration (PGA) varying from 0.05g to 0.30g. The testing demonstrated the remarkable efficiency of the damping system for reducing the lateral displacements and interstorey drifts of the test building. Nonlinear time-history analyses were used for predicting the dynamic response of the structure and selecting adequate damper capacities. A few representative applications of RFDs for seismic protection of buildings and facilities in Europe and Japan are given which demonstrate the reliability of the devices and their most typical arrangements within new and existing structures. It is concluded that the displacement-dependent dampers such as friction and metallic are a powerful and nonexpensive engineering tool for solving vibrational problems both in new and existing structures.

PL

W artykule przedstawiono podstawowe typy urządzeń tłumiących i podsumowano korzyści z zastosowania dodatkowych systemów tłumiących w celu sejsmicznej ochrony budynków i innych konstrukcji. Opisano nowatorskie urządzenie tłumiące, wymyślonego przez pierwszego autora, bazujące na koncepcji tarcia obrotowego w przegubie. Zdolność do poślizgu urządzenia i jego zdolność do dyssypacji energetycznej może być łatwo zwiększana przez dodawanie kolejnych warstw blach stalowych i podkładek ciernych. Doświadczalna ocena prototypu urządzenia tłumiącego, pod kątem przemieszczeń i częstości drgań wymuszonych, została przeprowadzona w DTU, w Danii. Podkładki cierne zostały wykonane z zaawansowanego technologicznie materiału zdolnego wytrzymać do 400 cykli obciążenia bez degradacji swoich właściwości. W 2001 roku międzynarodowy zespół, w skład którego wchodzili również autorzy, przeprowadził intensywny program badawczy na trzykondygnacyjnym budynku, wyposażonym w tłumiki obrotowo cierne na stole wibracyjnym dużej skali obiekcie testowym NCREE, na Tajwanie. Przygotowaną Konstrukcję z tłumikami badano dla 14 przypadków obciążeń sejsmicznych ze szczytowymi wartościami przyśpieszenie ziemi (PGA) w granicach 0.05 g do 0.30 g. Badania wykazały niezwykłą efektywność systemu tłumiącego w redukcji giętnych przemieszczeń i przesunięć międzykondygnacyjnych w badanym budynku. Do określenia odpowiedzi dynamicznej konstrukcji i dobrania odpowiedniej mocy tłumika zostały użyte nieliniowe analizy przebiegów czasowych. Zaprezentowano kilka przykładowych zastosowań RFDs w celu sejsmicznego zabezpieczenia budynków i obiektów w Europie i Japonii, wykazując niezawodność urządzeń i ich najbardziej typowe układy wewnątrz nowych i istniejących budynków. Na koniec stwierdzono, że tłumiki związane z przemieszczeniami takimi jak tarcie są potężnym i niedrogim narzędziem inżynierii dla rozwiązywania problemów drgań zarówno w nowych jak i istniejących konstrukcjach.

Słowa kluczowe

EN

seismic resistance; dissipation; passive energy; damping system; experimental testing; nonlinear analysis

PL

nośność sejsmiczna; rozproszenie; energia pasywna; system tłumienia; badanie doświadczalne; analiza nieliniowa

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture
• Rocznik: 2015
• Tom: z. 62, nr 4
• Strony: 335--346
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., il.

Twórcy

autor

Mualla I.

• University of Architecture, Civil Engineering and Geodesy, Sofia, Bulgaria

autor

Belev B.

• CTO, Damptech, Denmark

Bibliografia

• [1] Mualla I.H., Belev B. Performance of steel frames with a new friction damper device under earthquake excitation. Engineering Structures, vol. 24(3), pp. 365-371.
• [2] Mualla I.H., Nielsen L.O., Belev B., Liao W.I., Loh C.H., Agrawal A. Performance of friction-damped frame structure: shaking table testing and numerical simulations. Proceedings of 7th US National Conference on Earthquake Engineering, Boston, USA, 2002, vol. I, pp. 287-294.
• [3] Mualla I.H., Nielsen L.O., Belev B., Liao W.I., Loh C.H., Agrawal A. Numerical predictions of shaking table tests on a full-scale friction-damped structure. Proceedings of 12th European Conference on Earthquake Engineering, London, 2002. Elsevier, paper 190.
• [4] NEHRP Guidelines for the seismic rehabilitation of buildings (FEMA 273). FEMA, Washington D.C., 1997.
• [5] NEHRP Recommended provisions for seismic regulations for new buildings and other structures, 2003 Edition, (FEMA 450). FEMA, Washington D.C., 2004.
• [6] Soong T.T., Dargush G.F. Passive energy dissipation systems in structural engineering. Wiley & Sons, 1997.
• [7] http://www.damptech.com [access: 2 April 2015 r.]