Negative stiffness-incorporated dampers have been widely accepted as effective vibration mitigation systems for flexible structural stiffness adjustment and enhanced energy dissipation. However, current investigations and optimal designs of negative stiffness-incorporated structures are limited to the linear elastic assumption of primary structures, potentially causing stability issues and unsatisfactory control performance. In this case, this study derives the stability criterion for negative stiffness amplifying damper (NSAD)-incorporated nonlinear structures and establishes stability-oriented design as well as modification formulae. The theoretical foundation of NSADs and nonlinear primary structures are initially introduced, based on which the stability criterion is derived according to the Routh–Hurwitz stability criterion. Following the existing design of linear elastic assumption, an endurance time acceleration series is generated subsequently to examine the proposed stability criterion for NSAD-equipped nonlinear structures. Consequently, the stability-oriented design method and corresponding modification formulae are proposed for near-field and far-field earthquakes, of which the effectiveness is validated through design cases. The results underscore the importance of considering structural nonlinearity for ensuring stability and designing NSAD-equipped nonlinear structures, demonstrating the feasibility of using the proposed correction factors to guarantee the stability of NSAD-equipped nonlinear structures subjected to multi-type earthquakes with various intensities. Additionally, the established design framework successively provides a high-efficiency energy dissipation device for seismic control of nonlinear structures, simultaneously generating easy-to-use design formulae for NSADs by combining the linear structure-based design and modification factors, facilitating direct design of nonlinear structures.

Images contain abundant valuable information about the health state of the photographed infrastructures. However, local defects are mostly detected in vision-based structural health monitoring (SHM), while global safety and risk at a larger scale are rarely assessed. To fill up this gap, a geometrical morphology-based image analysis framework is developed for structural global health assessment. A structured random forest edge detector is adopted to extract the edges in an image, and the morphological operations are subsequently used to highlight the edge skeleton, from which the continuous line segments are estimated by the Hough transform. Via these operations, the intrinsic geometrical features of different structures can be extracted and highlighted in an unsupervised manner and at a real-time speed. A global health indicator, line-to-edge ratio, is finally calculated to assess the structural state according to the fact that the deterioration of material will introduce abundant irregular edges in an image and break the lines at the structure boundaries. A destructive beam loading test video and a set of images from different bridge piers are analyzed for verification. The images are taken from arbitrary, uncontrolled, and backlighting views. The results show that the proposed framework can correctly quantify the health condition and detect the occurrence of damage for the in-field infrastructures.

The availability of reasonable input ground motions is a prerequisite for investigating the seismic response of near-fault structures. Currently, realistic near-fault pulse-like seismic records are lacking internationally. Moreover, the existing records exhibit distinct regional characteristics, which hardly meet the demand for seismic analysis of various engineering structures. Collecting and analyzing the pulse-like seismic records, a linear attenuation expression is proposed in this study to describe the time-varying frequency amplitude decay over duration. On this basis, a new model compatible with horizontal and vertical components is developed for near-fault ground motions. The model parameters are estimated for 100 near-fault records and regressed against the prediction equations. The variability and correlation of the ground motion in two directions are analyzed through the residual correlation matrix. Finally, taking a subway station as the engineering background, the effects of velocity pulse and vertical seismic motions on the underground structures are addressed through simulated motions and realistic records. Compared with existing approaches, the proposed method not only aligns with the time-frequency distribution characteristics of near-fault ground motions but also considers the correlation between horizontal and vertical components. In addition, consistent with the results from recorded ground motions, the synthetic motions yield enlarged seismic responses of the underground structure, thereby guaranteeing analysis accuracy for the engineered structures subjected to pulse-like ground motions. The inclusion of vertical excitation prominently amplifies the vertical displacement of the slab under pulse-like ground motions.