<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="research-article">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Built Environ.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Built Environment</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Built Environ.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2297-3362</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fbuil.2017.00017</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Built Environment</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Direct Linear System Identification Method for Multistory Three-dimensional Building Structure with General Eccentricity</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Shintani</surname> <given-names>Kenichirou</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<uri xlink:href="http://frontiersin.org/people/u/419482"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Yoshitomi</surname> <given-names>Shinta</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<uri xlink:href="http://frontiersin.org/people/u/264324"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name><surname>Takewaki</surname> <given-names>Izuru</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2"><sup>2</sup></xref>
<xref ref-type="corresp" rid="cor1">&#x0002A;</xref>
<uri xlink:href="http://frontiersin.org/people/u/166204"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1"><sup>1</sup><institution>Department of Architecture and Urban Engineering, Ritsumeikan University</institution>, <addr-line>Kusatsu</addr-line>, <country>Japan</country></aff>
<aff id="aff2"><sup>2</sup><institution>Department of Architecture and Architectural Engineering, Graduate School of Engineering, Kyoto University</institution>, <addr-line>Kyotodaigaku-Katsura, Kyoto</addr-line>, <country>Japan</country></aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by"><p>Edited by: Nikos D. Lagaros, National Technical University of Athens, Greece</p></fn>
<fn fn-type="edited-by"><p>Reviewed by: Stavros Chatzieleftheriou, National Technical University of Athens, Greece; Peng Pan, Tsinghua University, China</p></fn>
<corresp content-type="corresp" id="cor1">&#x0002A;Correspondence: Izuru Takewaki, <email>takewaki&#x00040;archi.kyoto-u.ac.jp</email></corresp>
<fn fn-type="other" id="fn001"><p>Specialty section: This article was submitted to Earthquake Engineering, a section of the journal Frontiers in Built Environment</p></fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>20</day>
<month>03</month>
<year>2017</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2017</year>
</pub-date><volume>3</volume>
<elocation-id>17</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>16</day>
<month>01</month>
<year>2017</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>27</day>
<month>02</month>
<year>2017</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#x000A9; 2017 Shintani, Yoshitomi and Takewaki.</copyright-statement>
<copyright-year>2017</copyright-year>
<copyright-holder>Shintani, Yoshitomi and Takewaki</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/"><p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) or licensor are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p></license>
</permissions>
<abstract>
<p>A method of physical parameter system identification (SI) is proposed here for three-dimensional (3D) building structures with in-plane rigid floors in which the stiffness and damping coefficients of each structural frame in the 3D building structure are identified from the measured floor horizontal accelerations. A batch processing least-squares estimation method for many discrete time domain measured data is proposed for the direct identification of the stiffness and damping coefficients of each structural frame. Although previous researches on the SI of 3D building structures are limited to a class of structures with regular eccentricity, this article removes this limitation. Advantageous features of the proposed identification method are that it is unnecessary to specify the stiffness eccentricities (location of the center of stiffness) before identification, and the identification of all stiffness and damping parameters can be performed simultaneously. The reliability and accuracy of the proposed method are demonstrated by numerical simulations.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>system identification</kwd>
<kwd>torsional response</kwd>
<kwd>general eccentricity</kwd>
<kwd>batch processing least-squares method</kwd>
<kwd>physical parameter identification</kwd>
</kwd-group>
<contract-num rid="cn01">15H04079</contract-num>
<contract-sponsor id="cn01">Japan Society for the Promotion of Science<named-content content-type="fundref-id">10.13039/501100001691</named-content></contract-sponsor>
<counts>
<fig-count count="9"/>
<table-count count="1"/>
<equation-count count="26"/>
<ref-count count="28"/>
<page-count count="8"/>
<word-count count="6064"/>
</counts>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="S1" sec-type="introduction">
<title>Introduction</title>
<p>A new physical parameter system identification (SI) theory is proposed in this article for three-dimensional (3D) building structures with in-plane rigid floors in which the stiffness and damping coefficients of each structural frame in the 3D building structure are identified from the measured floor horizontal accelerations. Research on physical parameter SI of 3D building structures with eccentricity is very limited (for example, Omrani et al., <xref ref-type="bibr" rid="B19">2012</xref>). This is because there are many parameters to be identified in 3D building structures. The approach by Omrani et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B19">2012</xref>) is based on the statistical analysis, and the quantity of eccentricity is assumed to be known. On the other hand, advantageous features of the proposed identification method are that it is unnecessary to specify the stiffness eccentricities (location of center of stiffness) before identification, and the identification of all stiffness and damping parameters can be performed simultaneously.</p>
<p>Recently, the business continuity plan (BCP) has been discussed academically and practically with great interest in the construction and operating management of various built environments. Unexpected hazards experienced during the last few decades made BCP a key subject, and many significant attempts on BCP have been made. It is recognized worldwide that the structural health monitoring plays a key role in BCP.</p>
<p>The structural health monitoring has a long history in many engineering fields, such as civil, mechanical, and aerospace engineering (Boller et al., <xref ref-type="bibr" rid="B2">2009</xref>; Takewaki et al., <xref ref-type="bibr" rid="B24">2011</xref>). The SI methodologies play a key role in the structural health monitoring. It is commonly understood that the modal parameter SI and physical parameter SI are two principal branches in the field of SI. Historically great concern has been directed to the modal parameter SI (Hart and Yao, <xref ref-type="bibr" rid="B6">1977</xref>; Agbabian et al., <xref ref-type="bibr" rid="B1">1991</xref>; Nagarajaiah and Basu, <xref ref-type="bibr" rid="B17">2009</xref>), which can provide the overall mechanical properties of a structural system and has a stable characteristic. On the other hand, the physical parameter SI has another merit from the different point of view that the physical parameters, e.g., stiffness and/or damping coefficient of the structural model, can be obtained directly, and this is quite effective for the damage detection. In spite of the fact that the physical parameter SI is preferred in the structural health monitoring, its advancement is limited due to the strict requirement of multiple measurements or the necessity of complicated manipulation (Hart and Yao, <xref ref-type="bibr" rid="B6">1977</xref>; Udwadia et al., <xref ref-type="bibr" rid="B25">1978</xref>; Shinozuka and Ghanem, <xref ref-type="bibr" rid="B20">1995</xref>; Takewaki and Nakamura, <xref ref-type="bibr" rid="B21">2000</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B22">2005</xref>; Brownjohn, <xref ref-type="bibr" rid="B3">2003</xref>; Nagarajaiah and Basu, <xref ref-type="bibr" rid="B17">2009</xref>; Takewaki et al., <xref ref-type="bibr" rid="B24">2011</xref>; Zhang and Johnson, <xref ref-type="bibr" rid="B27">2013a</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="B28">b</xref>; Johnson and Wojtkiewicz, <xref ref-type="bibr" rid="B12">2014</xref>; Wojtkiewicz and Johnson, <xref ref-type="bibr" rid="B26">2014</xref>).</p>
<p>In the field of physical parameter SI, Nakamura and Yasui (<xref ref-type="bibr" rid="B18">1999</xref>) developed a direct method using a least-squares method. They discussed a damage detection problem for steel buildings, which were severely damaged during the Hyogoken-Nanbu earthquake in 1995. However, their approach requires many measurement points and components. Therefore, it can be used only for one-dimensional shear-type building models. On the other hand, Takewaki and Nakamura (<xref ref-type="bibr" rid="B21">2000</xref>) were looking for a smart identification method and introduced a unique SI formulation based on the pioneering work devised by Udwadia et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B25">1978</xref>). In the method demonstrated by Udwadia et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B25">1978</xref>), the stiffness and damping coefficient at a given story of a shear building model (S model) can be identified directly from the floor acceleration records just above and below the target story using the so-called identification function. However, in the SI method proposed by Takewaki and Nakamura (<xref ref-type="bibr" rid="B21">2000</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B22">2005</xref>), there exists an issue to be overcome in applying to actual data, e.g., microtremors, due to the small signal/noise (SN) ratio in the low frequency range (Ikeda et al., <xref ref-type="bibr" rid="B10">2014</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B11">2015</xref>; Fujita et al., <xref ref-type="bibr" rid="B5">2015</xref>). Furthermore, an S model is not necessarily a suitable model of high-rise buildings with large aspect ratios due to the influence of building overall bending deformation. The former problem has been a major and most difficult problem in the field of the physical parameter SI method where the limit value evaluation of the transfer function for <inline-formula><mml:math id="M1"><mml:mn>&#x003C9;</mml:mn><mml:mo class="MathClass-rel">&#x02192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> is needed. The autoregressive with exogenous (ARX) model with constraints on the ARX parameters has been introduced by Maeda et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B15">2011</xref>), Kuwabara et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B14">2013</xref>), and Minami et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B16">2013</xref>) to avoid the difficulty caused by the noise. By applying the ARX model to transfer functions, the difficulty in the evaluation of limit value for a small SN ratio data has been avoided. On the other hand, the latter problem has been tackled by expanding the SI algorithm to the shear-bending model (Fujita et al., <xref ref-type="bibr" rid="B4">2013</xref>; Minami et al., <xref ref-type="bibr" rid="B16">2013</xref>).</p>
<p>To develop a hybrid method of the modal parameter SI and physical parameter SI, some researchers proposed a reliable SI method in which the physical parameters are identified from the preidentified modal parameters (Hjelmstad et al., <xref ref-type="bibr" rid="B8">1995</xref>). However, it needs a deeper consideration of the relation between the physical parameters and the modal parameters together with the detailed theoretical investigation on inverse problem formulation (Hjelmstad, <xref ref-type="bibr" rid="B7">1996</xref>).</p>
<p>As another effective approach, the SI method using Kalman filter or extended Kalman filter was developed many years ago (Hoshiya and Saito, <xref ref-type="bibr" rid="B9">1984</xref>). Although the approach is general and can consider noise issues appropriately, it requires strong mathematical backgrounds, and simple use may be difficult. Recently, an approach to the SI based on the Bayesian updating is developing very fast (Boller et al., <xref ref-type="bibr" rid="B2">2009</xref>). The procedure of simple application of this approach to actual problems is desired.</p>
<p>A method of physical parameter SI is proposed here for 3D building structures with in-plane rigid floors. A batch processing least-squares estimation method for many discrete time domain measured data is proposed for the direct identification of the stiffness and damping coefficients of each structural frame in the 3D building structure. The reliability and accuracy of the proposed method are demonstrated by numerical simulations.</p>
</sec>
<sec id="S2">
<title>Model for Identification and Equations of Motion</title>
<p>Consider an <italic>N</italic>-story 3D shear building model, as shown in Figure <xref ref-type="fig" rid="F1">1</xref>A, with in-plane rigid horizontal floors. Each story of this model has four vertical plane frames parallel to the <italic>x</italic> or <italic>y</italic> axis. It is unnecessary that the vertical plane frames exist in the common plane through all stories. The locations of these four frames in the <italic>n</italic>th story are denoted by <inline-formula><mml:math id="M2"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xn</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xn</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yn</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yn</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> as shown in Figure <xref ref-type="fig" rid="F1">1</xref>B, and the locations of the center of mass <inline-formula><mml:math id="M3"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> in the <italic>n</italic>th story are denoted by <inline-formula><mml:math id="M4"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xn</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yn</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. Each vertical plane frame is a shear-type model and consists of a stiffness element and a viscous damping element. Let <inline-formula><mml:math id="M5"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xn</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xn</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yn</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yn</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M6"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xn</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xn</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yn</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yn</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> denote the horizontal stiffnesses and damping coefficients, respectively, of four vertical plane frames in the <italic>n</italic>th story. The advantage of the present model is that the specification of the location of the center of stiffness is unnecessary. The center of stiffness is determined automatically after the identification of horizontal stiffnesses of the vertical frames. On the other hand, the masses are concentrated at the corners of the plan. Let <inline-formula><mml:math id="M7"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> denote the mass located at the intersection of <inline-formula><mml:math id="M8"><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi><mml:mspace width="0.3em" class="nbsp"/><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> frame and <inline-formula><mml:math id="M9"><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi><mml:mspace width="0.3em" class="nbsp"/><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> frame (see Figure <xref ref-type="fig" rid="F1">1</xref>B).</p>
<fig position="float" id="F1">
<label>Figure 1</label>
<caption><p><bold>Three-dimensional shear building model with four vertical plane frames subjected to inclined horizontal ground motion: (A) overview and (B) plan</bold>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fbuil-03-00017-g001.tif"/>
</fig>
<p>This building model is subjected to the horizontal ground acceleration <inline-formula><mml:math id="M10"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in the direction angle &#x003D5; from the <italic>x</italic>-axis. Let <inline-formula><mml:math id="M11"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>&#x003B8;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> denote the horizontal displacements of the center of mass in the <italic>x</italic> and <italic>y</italic> directions and the angle of floor rotation around the vertical axis in the <italic>n</italic>th story.</p>
<p>Let <inline-formula><mml:math id="M12"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> denote the <inline-formula><mml:math id="M13"><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi><mml:mspace width="0.3em" class="nbsp"/><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> frame displacements in the <italic>x</italic>-direction in the <italic>i</italic>th story and let <inline-formula><mml:math id="M14"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> denote the <inline-formula><mml:math id="M15"><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi><mml:mspace width="0.3em" class="nbsp"/><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> frame displacements in the <italic>y</italic>-direction in the <italic>i</italic>th story (see Figure <xref ref-type="fig" rid="F1">1</xref>B). These displacements can be expresses as
<disp-formula id="E1"><label>(1)</label><mml:math id="M16"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yi</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>&#x003B8;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E2"><label>(2)</label><mml:math id="M17"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-bin">&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xi</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>&#x003B8;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
where
<disp-formula id="E3"><label>(3a,b)</label><mml:math id="M18"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yi</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yi</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yi</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xi</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xi</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xi</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-punc">.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>A more detailed explanation can be found in Figures <xref ref-type="fig" rid="F2">2</xref> and <xref ref-type="fig" rid="F3">3</xref>.</p>
<fig position="float" id="F2">
<label>Figure 2</label>
<caption><p><bold>Definition of displacements: (A) <italic>x</italic>-direction displacement without rotation and (B) <italic>x</italic>-direction displacement due to rotation around center of mass</bold>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fbuil-03-00017-g002.tif"/>
</fig>
<fig position="float" id="F3">
<label>Figure 3</label>
<caption><p><bold>Definition of displacements: (A) <italic>y</italic>-direction displacement without rotation and (B) <italic>y</italic>-direction displacement due to rotation around center of mass</bold>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fbuil-03-00017-g003.tif"/>
</fig>
<p>Let <bold>M</bold>, <bold>C</bold>, and <bold>K</bold> denote the stiffness, damping, and stiffness matrices, respectively, of this model. The equations of motion of this 3D building structure can be expressed by
<disp-formula id="E4"><label>(4)</label><mml:math id="M19"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">M</mml:mtext><mml:mover accent='true'><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext><mml:mover accent='true'><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext mathvariant="bold">Ky</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="bold">Mr</mml:mtext><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>The vectors <bold>r</bold> and <bold>y</bold> are defined by
<disp-formula id="E5"><label>(5)</label><mml:math id="M20"><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mtr><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mn>&#x003D5;</mml:mn><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x022EF;</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mn>&#x003D5;</mml:mn><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mi mathvariant="normal">sin</mml:mi><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mn>&#x003D5;</mml:mn><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x022EF;</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mi mathvariant="normal">sin</mml:mi><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mn>&#x003D5;</mml:mn><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x022EF;</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr></mml:mtr></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E6"><label>(6)</label><mml:math id="M21"><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mtr><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:mo class="MathClass-rel">&#x022EF;</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:mo class="MathClass-rel">&#x022EF;</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mn>&#x003B8;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x022EF;</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>&#x003B8;</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array" columnalign="center"></mml:mtd></mml:mtr></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo class="MathClass-punc">.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>The mass matrix <bold>M</bold> is obtained as
<disp-formula id="E7"><label>(7)</label><mml:math id="M22"><mml:mtext mathvariant="bold">M</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mtable class="array"><mml:mtr><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:mtext mathvariant="bold">0</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array" columnalign="center"></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:mtext mathvariant="bold">0</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
where
<disp-formula id="E8"><label>(8a, b)</label><mml:math id="M23"><mml:mtable columnalign="left" class="align"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right" class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>diag</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mo class="MathClass-rel">&#x022EF;</mml:mo><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mo class="MathClass-rel">&#x022EF;</mml:mo><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left" class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>diag</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mo class="MathClass-rel">&#x022EF;</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ri</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mo class="MathClass-rel">&#x022EF;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">rN</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-punc">.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>The mass <italic>m<sub>i</sub></italic> and the mass moment of inertia <italic>m<sub>ri</sub></italic> in the <italic>i</italic>th story can be expressed as
<disp-formula id="E9"><label>(8c&#x02013;f)</label><mml:math id="M24"><mml:mtable columnalign="left" class="align"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right" class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:munderover><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:munderover></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xi</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:munderover></mml:mstyle></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yi</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:munderover></mml:mstyle></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left" class="align-label"></mml:mtd><mml:mtd class="align-label"></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left" class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ri</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:munderover></mml:mstyle></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xi</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yi</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo class="MathClass-bin">&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:munderover></mml:mstyle></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yi</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xi</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo class="MathClass-punc">.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>On the other hand, the stiffness matrix <bold>K</bold> can be expressed by
<disp-formula id="E10"><label>(9)</label><mml:math id="M25"><mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mtable class="array"><mml:mtr><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xx</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xr</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yy</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yr</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">rx</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ry</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">rr</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
where
<disp-formula id="E11"><label>(10)</label><mml:math id="M26"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:munderover></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:munderover></mml:mstyle></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ai</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-bin">&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:munderover></mml:mstyle></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ai</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo class="MathClass-punc">.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>In Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="E10">10</xref>, <italic>xx</italic>, <italic>xr</italic>, <italic>rx</italic>, <italic>yy</italic>, <italic>yr</italic>, <italic>ry</italic>, and <italic>rr</italic> should be substituted in the suffix {<italic>a</italic>}. <inline-formula><mml:math id="M27"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ai</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M28"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ai</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are the element stiffness matrix of <italic>N</italic>&#x02009;&#x000D7;&#x02009;<italic>N</italic> in which <inline-formula><mml:math id="M29"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ai</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> defined below exists as the only non-zero terms in (<italic>i</italic>&#x02009;&#x02212;&#x02009;1, <italic>i</italic>) rows and (<italic>i</italic>&#x02009;&#x02212;&#x02009;1, <italic>i</italic>) columns.
<disp-formula id="E12"><label>(11a, b)</label><mml:math id="M30"><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:munderover><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:msub><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:munderover><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mtext mathvariant="bold">L</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E13"><label>(12a, b)</label><mml:math id="M31"><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:munderover><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:msub><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:munderover><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mtext mathvariant="bold">L</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E14"><label>(13a&#x02013;c)</label><mml:math id="M32"><mml:mtable columnalign="left" class="align"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left" class="align-odd"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">rri</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:munderover></mml:mstyle></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">rri</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-bin">&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:munderover></mml:mstyle></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">rri</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left" class="align-label"></mml:mtd><mml:mtd class="align-label"></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left" class="align-odd"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">rri</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xi</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">LL</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yi</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">rri</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yi</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">LL</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xi</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
where
<disp-formula id="E15"><label>(14a&#x02013;e)</label><mml:math id="M33"><mml:mtable columnalign="left" class="align"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left" class="align-odd"><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mtable class="array"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yi</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mtable class="array"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yi</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yi</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xi</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mtable class="array"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xi</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xi</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace width="2em"/>
</mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left" class="align-odd"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">LL</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yi</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mtable class="array"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yi</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yi</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yi</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext>
<mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">LL</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xi</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mtable class="array"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xi</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xi</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xi</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Finally, the damping matrix <bold>C</bold> is assumed to be proportional to the stiffness matrix and expressed as
<disp-formula id="E16"><label>(15)</label><mml:math id="M34"><mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext></mml:mtext><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mn>&#x003C9;</mml:mn><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mtext></mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mtext mathvariant="bold">&#x02009;K</mml:mtext><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
where <italic>h</italic> is the lowest-mode damping ratio and &#x003C9; is the fundamental natural circular frequency.</p>
</sec>
<sec id="S3">
<title>Formulation of Direct SI</title>
<p>In this section, a new formulation of direct SI is presented. An advantageous feature of the proposed identification method is that it is unnecessary to specify the stiffness eccentricities (location of center of stiffness) before identification.</p>
<p>Assume that <inline-formula><mml:math id="M69"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x000A8;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M70"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are measured. More specifically assume that <inline-formula><mml:math id="M71"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M72"><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">&#x0007B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x000A8;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-bin">&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">&#x0007D;</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are measured. As an example, it is sufficient to measure the <italic>x</italic> and <italic>y</italic>-direction absolute accelerations at the diagonal two edges at all floors in Figure <xref ref-type="fig" rid="F1">1</xref>B in addition to the <italic>x</italic> and <italic>y</italic>-direction absolute accelerations at the base. Then, <inline-formula><mml:math id="M73"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and y(<italic>t</italic>) can be integrated numerically.</p>
<p>By transforming the equations of motion into the equations in terms of unknown parameters, i.e., stiffness and damping coefficients, the following relations are derived.
<disp-formula id="E17"><label>(16)</label><mml:math id="M74"><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mn>&#x00398;</mml:mn></mml:mstyle><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="bold">Z</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
where
<disp-formula id="E18"><label>(17)</label><mml:math id="M75"><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mn>&#x00398;</mml:mn></mml:mstyle><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mtable class="array"><mml:mtr><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo class="MathClass-punc">.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E19"><label>(18a&#x02013;d)</label><mml:math id="M76"><mml:mtable columnalign="left" class="align"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right" class="align-odd"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mo class="MathClass-op">&#x02026;</mml:mo><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xi</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mo class="MathClass-op">&#x02026;</mml:mo><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xN</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mspace width="2em"/></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" class="align-label"></mml:mtd><mml:mtd class="align-label"><mml:mspace width="2em"/></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right" class="align-odd"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mo class="MathClass-op">&#x02026;</mml:mo><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yi</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mo class="MathClass-op">&#x02026;</mml:mo><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yN</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mspace width="2em"/></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" class="align-label"></mml:mtd><mml:mtd class="align-label"><mml:mspace width="2em"/></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right" class="align-odd"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mo class="MathClass-op">&#x02026;</mml:mo><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xi</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mo class="MathClass-op">&#x02026;</mml:mo><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xN</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yl</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mspace width="2em"/></mml:mtd><mml:mtd columnalign="right" class="align-label"></mml:mtd><mml:mtd class="align-label"><mml:mspace width="2em"/></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="right" class="align-odd"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mo class="MathClass-op">&#x02026;</mml:mo><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yi</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mo class="MathClass-op">&#x02026;</mml:mo><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">yN</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">xj</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-punc">.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E20"><label>(19)</label><mml:math id="M77"><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mtable class="array"><mml:mtr><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:mtext mathvariant="bold">0</mml:mtext><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:mtext mathvariant="bold">0</mml:mtext><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:mtext mathvariant="bold">0</mml:mtext><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:mtext mathvariant="bold">0</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:mtext mathvariant="bold">0</mml:mtext><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:mtext mathvariant="bold">0</mml:mtext><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:mtext mathvariant="bold">0</mml:mtext><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:mtext mathvariant="bold">0</mml:mtext><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/></mml:mtd><mml:mtd class="array" columnalign="center"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo class="MathClass-punc">.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p><inline-formula><mml:math id="M78"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M79"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="E19">19</xref> are the element coefficient matrices of <italic>N</italic> &#x000D7; <italic>N</italic>. <italic>x</italic>, <italic>y</italic>, and <italic>r</italic> are substituted in the suffix {<italic>a</italic>} and <italic>x</italic>1, <italic>x</italic>2, <italic>y</italic>1, and <italic>y</italic>2 are substituted in the suffix {<italic>b</italic>}. <inline-formula><mml:math id="M80"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ai</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> defined below exists as the only non-zero terms in (<italic>i</italic>&#x02009;&#x02212;&#x02009;1, <italic>i</italic>) rows and <italic>i</italic>th column of <inline-formula><mml:math id="M81"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.
<disp-formula id="E21"><label>(20a&#x02013;g)</label><mml:math id="M82"><mml:mtable columnalign="left" class="align"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mtext mathvariant="bold">Tu</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mtext mathvariant="bold">L</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mtext mathvariant="bold">&#x003B8;</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mtext mathvariant="bold">Tv</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mtext mathvariant="bold">L</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mtext mathvariant="bold">&#x003B8;</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mtext mathvariant="bold">L</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mtext mathvariant="bold">LL</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mtext mathvariant="bold">&#x003B8;</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mtext mathvariant="bold">L</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mtext mathvariant="bold">LL</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mtext mathvariant="bold">&#x003B8;</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width="1em"/><mml:msub><mml:mtext mathvariant="bold">u</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo> <mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow> <mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mtext>v</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo> <mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow> <mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;&#x0200B;</mml:mtext><mml:msub><mml:mtext mathvariant="bold">&#x003B8;</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo> <mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>&#x003B8;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>&#x003B8;</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow> <mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>As for <inline-formula><mml:math id="M83"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <italic>u</italic>,&#x003BD;, and &#x003B8; are replaced by <inline-formula><mml:math id="M91"><mml:mover accent='true'><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M92"><mml:mover accent='true'><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M93"><mml:mover accent='true'><mml:mi mathvariant="normal">&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>, respectively. In Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="E16">16</xref>, <bold>Z</bold>(<italic>t</italic>) is defined by
<disp-formula id="E22"><label>(21)</label><mml:math id="M84"><mml:mtext mathvariant="bold">Z</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="bold">M</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">&#x0007B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-op">&#x000A8;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-bin">&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">&#x0007D;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-punc">.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>The errors in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="E16">16</xref> derived from the equations of motion can be expressed by
<disp-formula id="E23"><label>(22)</label><mml:math id="M85"><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mn>&#x003B5;</mml:mn></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mn>&#x00398;</mml:mn></mml:mstyle><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="bold">Z</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-punc">.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>The sum of the squares of the errors <bold>&#x003B5;</bold>(<italic>t</italic>) during the time duration from <italic>t</italic><sub>1</sub> to <italic>t</italic><sub>2</sub> can be expressed by
<disp-formula id="E24"><label>(23)</label><mml:math id="M86"><mml:mtable columnalign="left" class="align"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left" class="align-odd"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mn>&#x003B5;</mml:mn></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-bin">&#x022C5;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mn>&#x003B5;</mml:mn></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mn>&#x00398;</mml:mn></mml:mstyle><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="bold">Z</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mn>&#x00398;</mml:mn></mml:mstyle><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mtext mathvariant="bold">Z</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace width="2em"/></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left" class="align-label"></mml:mtd><mml:mtd class="align-label"><mml:mspace width="2em"/></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left" class="align-odd"><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mn>&#x00398;</mml:mn></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mn>&#x00398;</mml:mn></mml:mstyle><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mn>&#x00398;</mml:mn></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">Z</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mn>&#x00398;</mml:mn></mml:mstyle><mml:mo class="MathClass-bin">&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">Z</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">Z</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo class="MathClass-punc">.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>The differential of <italic>E</italic> with respect to <bold>&#x00398;</bold> provides
<disp-formula id="E25"><label>(24)</label><mml:math id="M87"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mn>&#x00398;</mml:mn></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mn>&#x00398;</mml:mn></mml:mstyle><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">Z</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-punc">.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>The least-squares estimation method incorporating the batch processing (Takewaki and Nakamura, <xref ref-type="bibr" rid="B23">2010</xref>) provides the parameters <bold>&#x00398;</bold>, which minimize the error <italic>E</italic>.
<disp-formula id="E26"><label>(25)</label><mml:math id="M88"><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mn>&#x00398;</mml:mn></mml:mstyle><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mspace width="0.3em" class="thinspace"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-bin">&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mfenced separators="" open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">&#x02009;Z</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo class="MathClass-punc">.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>It is important to note that the identification of all stiffness and damping parameters can be performed simultaneously.</p>
</sec>
<sec id="S4">
<title>Numerical Example</title>
<sec id="S4-1">
<title>Examples without Noise</title>
<p>To verify the validity and accuracy of the proposed method, a three-story model and a five-story model as shown in Figures <xref ref-type="fig" rid="F4">4</xref> and <xref ref-type="fig" rid="F5">5</xref>, respectively, have been used. The three-story model has storywise different plans and the five-story model has a storywise common plan. The model parameters are shown in Table <xref ref-type="table" rid="T1">1</xref>. The damping ratio in the lowest mode is assumed to be 0.02. As an input ground motion, El Centro NS 1940 as shown in Figure <xref ref-type="fig" rid="F6">6</xref> has been used and input in the direction angle &#x003D5; &#x0003D; &#x003C0;&#x02215;4. The data during 10(s) from the beginning were used for identification. The time history responses of these two models have been simulated numerically using the Newmark-beta method. The time increment is 0.02&#x02009;s.</p>
<fig position="float" id="F4">
<label>Figure 4</label>
<caption><p><bold>Three-story model with storywise different plans: (A) overview, (B) plan, (C) side view 1, and (D) side view 2</bold>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fbuil-03-00017-g004.tif"/>
</fig>
<fig position="float" id="F5">
<label>Figure 5</label>
<caption><p><bold>Five-story model with common plan: (A) overview and (B) plan</bold>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fbuil-03-00017-g005.tif"/>
</fig>
<table-wrap position="float" id="T1">
<label>Table 1</label>
<caption><p><bold>Model parameters</bold>.</p></caption>
<table frame="hsides" rules="groups">
<thead>
<tr>
<th align="left">Number of stories</th>
<th align="center" colspan="3">Coordinates of center of mass <italic>Gn</italic> <inline-formula><mml:math id="M35"><mml:mtext>(</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">xn</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">G</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">yn</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">G</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mtext>)</mml:mtext></mml:math></inline-formula> in m</th>
<th align="center">Number of stories</th>
<th align="center" colspan="3">Coordinates of center of mass <italic>Gn</italic> <inline-formula><mml:math id="M36"><mml:mtext>(</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">xn</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">G</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-punc">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">r</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">yn</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold-italic">G</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mtext>)</mml:mtext></mml:math></inline-formula> in m</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td align="left">3 story</td>
<td align="center"><italic>G</italic>1&#x02009;&#x0003D;&#x02009;(7,10.5)</td>
<td align="center"><italic>G</italic>2&#x02009;&#x0003D;&#x02009;(7,13)</td>
<td align="center"><italic>G</italic>3&#x02009;&#x0003D;&#x02009;(5,13)</td>
<td align="center">5 story</td>
<td align="center"><italic>G</italic>1&#x02009;&#x0003D;&#x02009;(7,10.5)</td>
<td align="center"><italic>G</italic>2&#x02009;&#x0003D;&#x02009;(7,10.5)</td>
<td align="center"><italic>G</italic>3&#x02009;&#x0003D;&#x02009;(7,10.5)</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"/>
<td align="center"/>
<td align="center"/>
<td align="center"/>
<td align="center"/>
<td align="center">G4&#x02009;&#x0003D;&#x02009;(7,10.5)</td>
<td align="center">G5&#x02009;&#x0003D;&#x02009;(7,10.5)</td>
<td align="center"/>
</tr>
<tr>
<td align="center" colspan="8"><hr/></td>
</tr>
<tr>
<td align="center" colspan="4"><bold>Frame stiffness (kN/m)</bold></td>
<td align="center" colspan="4"><bold>Frame stiffness (kN/m)</bold></td>
</tr>
<tr>
<td align="center" colspan="8"><hr/></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><inline-formula><mml:math id="M37"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">x1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>[</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi><mml:mtext>1]</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>3,500</mml:mtext></mml:math></inline-formula></td>
<td align="center"><inline-formula><mml:math id="M38"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">x1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>[</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi><mml:mtext>2]</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>2,000</mml:mtext></mml:math></inline-formula></td>
<td align="center"><inline-formula><mml:math id="M39"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>[</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mtext>1]</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>2,000</mml:mtext></mml:math></inline-formula></td>
<td align="center"><inline-formula><mml:math id="M40"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>[</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mtext>2]</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>3,000</mml:mtext></mml:math></inline-formula></td>
<td align="center"><inline-formula><mml:math id="M41"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>[</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi><mml:mtext>1]</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>3,500</mml:mtext></mml:math></inline-formula></td>
<td align="center"><inline-formula><mml:math id="M42"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>[</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi><mml:mtext>2]</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>2,000</mml:mtext></mml:math></inline-formula></td>
<td align="center"><inline-formula><mml:math id="M43"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>[</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mtext>1]</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>2,000</mml:mtext></mml:math></inline-formula></td>
<td align="center"><inline-formula><mml:math id="M44"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>[</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mtext>2]</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>3,000</mml:mtext></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><inline-formula><mml:math id="M45"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">x2</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>[</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi><mml:mtext>1]</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>3,000</mml:mtext></mml:math></inline-formula></td>
<td align="center"><inline-formula><mml:math id="M46"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">x2</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>[</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi><mml:mtext>2]</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>2,500</mml:mtext></mml:math></inline-formula></td>
<td align="center"><inline-formula><mml:math id="M47"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mtext>2</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>[</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mtext>1]</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>3,000</mml:mtext></mml:math></inline-formula></td>
<td align="center"><inline-formula><mml:math id="M48"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mtext>2</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>[</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mtext>2]</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>2,000</mml:mtext></mml:math></inline-formula></td>
<td align="center"><inline-formula><mml:math id="M49"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mtext>2</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>[</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi><mml:mtext>1]</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>3,000</mml:mtext></mml:math></inline-formula></td>
<td align="center"><inline-formula><mml:math id="M50"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mtext>2</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>[</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi><mml:mtext>2]</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>2,500</mml:mtext></mml:math></inline-formula></td>
<td align="center"><inline-formula><mml:math id="M51"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mtext>2</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>[</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mtext>1]</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>3,000</mml:mtext></mml:math></inline-formula></td>
<td align="center"><inline-formula><mml:math id="M52"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mtext>2</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>[</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mtext>2]</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>2,000</mml:mtext></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><inline-formula><mml:math id="M53"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">x3</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>[</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi><mml:mtext>1]</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>3,500</mml:mtext></mml:math></inline-formula></td>
<td align="center"><inline-formula><mml:math id="M54"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">x3</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>[</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi><mml:mtext>2]</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>2,000</mml:mtext></mml:math></inline-formula></td>
<td align="center"><inline-formula><mml:math id="M55"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mtext>3</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>[</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mtext>1]</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>2,500</mml:mtext></mml:math></inline-formula></td>
<td align="center"><inline-formula><mml:math id="M56"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mtext>3</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>[</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mtext>2]</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>3,000</mml:mtext></mml:math></inline-formula></td>
<td align="center"><inline-formula><mml:math id="M57"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mtext>3</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>[</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi><mml:mtext>1]</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>3,500</mml:mtext></mml:math></inline-formula></td>
<td align="center"><inline-formula><mml:math id="M58"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mtext>3</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>[</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi><mml:mtext>2]</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>2,000</mml:mtext></mml:math></inline-formula></td>
<td align="center"><inline-formula><mml:math id="M59"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mtext>3</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>[</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mtext>1]</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>2,500</mml:mtext></mml:math></inline-formula></td>
<td align="center"><inline-formula><mml:math id="M60"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mtext>3</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>[</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mtext>2]</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>3,000</mml:mtext></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"/>
<td align="center"/>
<td align="center"/>
<td align="center"/>
<td align="center"><inline-formula><mml:math id="M61"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mtext>4</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>[</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi><mml:mtext>1]</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>3,300</mml:mtext></mml:math></inline-formula></td>
<td align="center"><inline-formula><mml:math id="M62"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mtext>4</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>[</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi><mml:mtext>2]</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>2,500</mml:mtext></mml:math></inline-formula></td>
<td align="center"><inline-formula><mml:math id="M63"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mtext>4</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>[</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mtext>1]</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>2,000</mml:mtext></mml:math></inline-formula></td>
<td align="center"><inline-formula><mml:math id="M64"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mtext>4</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>[</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mtext>2]</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>2,500</mml:mtext></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"/>
<td align="center"/>
<td align="center"/>
<td align="center"/>
<td align="left"><inline-formula><mml:math id="M65"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mtext>5</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>[</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi><mml:mtext>1]</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>3,500</mml:mtext></mml:math></inline-formula></td>
<td align="left"><inline-formula><mml:math id="M66"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mtext>5</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>[</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi><mml:mtext>2]</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>2,000</mml:mtext></mml:math></inline-formula></td>
<td align="left"><inline-formula><mml:math id="M67"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mtext>5</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>[</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mtext>1]</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>2,500</mml:mtext></mml:math></inline-formula></td>
<td align="left"><inline-formula><mml:math id="M68"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">k</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mtext>5</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>[</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mtext>2]</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="MathClass-rel">&#x0003D;</mml:mo><mml:mtext>2,000</mml:mtext></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td align="center" colspan="8"><hr/></td>
</tr>
<tr>
<td align="center" colspan="2"><bold>Plan size (m) (first floor)</bold></td>
<td align="center"><bold>Nodal mass (kg)</bold></td>
<td align="center"/>
<td align="center" colspan="2"><bold>Plan size (m)</bold></td>
<td align="center"><bold>Nodal mass (kg)</bold></td>
</tr>
<tr>
<td align="center" colspan="3"><hr/></td>
<td align="center"/>
<td align="center" colspan="3"><hr/></td>
<td align="center"/>
</tr>
<tr>
<td align="left">Lx&#x02009;&#x0003D;&#x02009;10</td>
<td align="center">Ly&#x02009;&#x0003D;&#x02009;15</td>
<td align="center">16,500</td>
<td align="center"/>
<td align="center">Lx&#x02009;&#x0003D;&#x02009;10</td>
<td align="center">Ly&#x02009;&#x0003D;&#x02009;15</td>
<td align="center">16,500</td>
<td align="center"/>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<fig position="float" id="F6">
<label>Figure 6</label>
<caption><p><bold>Input ground acceleration</bold>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fbuil-03-00017-g006.tif"/>
</fig>
<p>Figure <xref ref-type="fig" rid="F7">7</xref> shows the correspondence between the given stiffness and damping coefficients and the identified values in the three-story model. On the other hand, Figure <xref ref-type="fig" rid="F8">8</xref> presents the correspondence between the given stiffness and damping coefficients and the identified values in the five-story model. The horizontal axis illustrates the location of the stiffness and damping parameters, e.g., <italic>x</italic>1(1F) indicates <inline-formula><mml:math id="M89"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <italic>x</italic>2(1F) indicates <inline-formula><mml:math id="M90"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="MathClass-open">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo class="MathClass-close">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. It can be observed that the proposed identification method has a reliable accuracy in both the stiffness and the damping.</p>
<fig position="float" id="F7">
<label>Figure 7</label>
<caption><p><bold>Accuracy of identification without noise (three-story model): (A) stiffness and (B) damping coefficient</bold>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fbuil-03-00017-g007.tif"/>
</fig>
<fig position="float" id="F8">
<label>Figure 8</label>
<caption><p><bold>Accuracy of identification without noise (five-story model): (A) stiffness and (B) damping coefficient</bold>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fbuil-03-00017-g008.tif"/>
</fig>
<p>To investigate the effect of the input direction of ground motions on the identification accuracy, &#x003D5;&#x02009;&#x0003D;&#x02009;0, &#x003C0;/5 were used in addition to &#x003D5;&#x02009;&#x0003D;&#x02009;&#x003C0;/4. It has been confirmed that the sufficient accuracy is maintained regardless of the input motion direction. As for the effect of the location of data window used for identification on the identification accuracy, no remarkable effect has been observed except during the short duration at the beginning. Furthermore, it has been found that the duration longer than 2&#x02009;s is sufficient.</p>
</sec>
<sec id="S4-2">
<title>Examples with Noise</title>
<p>To investigate the effect of noise on the accuracy of identification (Koyama et al., <xref ref-type="bibr" rid="B13">2015</xref>), noises have been added to the input and response values simulated without noise. The noise was produced by using a band-limited white noise with the frequency range 0.075&#x02013;150 (rad/s). Different independent noises were added to the original input and response data (acceleration, velocity, and displacement) simulated without noise. Root mean square values were employed to quantify the noise level, and the data during 10(s) from the beginning were used for identification.</p>
<p>Figure <xref ref-type="fig" rid="F9">9</xref> shows the plot of story stiffness and damping coefficient with respect to the noise level in the three-story model. It can be observed that, although the accuracy of stiffness degrades gradually for the increase of noise, the order of accuracy degradation in damping is larger. This phenomenon corresponds well with the well-recognized knowledge in the field of SI (Takewaki and Nakamura, <xref ref-type="bibr" rid="B22">2005</xref>; Boller et al., <xref ref-type="bibr" rid="B2">2009</xref>; Takewaki et al., <xref ref-type="bibr" rid="B24">2011</xref>). Furthermore, although most of stiffnesses become smaller with the increase of noise level, some damping coefficients become smaller and others become larger.</p>
<fig position="float" id="F9">
<label>Figure 9</label>
<caption><p><bold>Influence of noise level on accuracy of identification of stiffness and damping in three-story model: (A) stiffness and (B) damping coefficient</bold>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fbuil-03-00017-g009.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
<sec id="S5">
<title>Extension to Model with In-Plane Flexible Floor</title>
<p>Since the present theory has flexibility and generality (treatment of each vertical frame as independent stiffness and damping element), it can be extended to 3D building structures with in-plane flexible floors by specifying the in-plane flexibility of floors. There are four degrees of freedom in each story (four horizontal degrees of freedom). The four degrees of freedom in each story are related by introducing the in-plane shear stiffness of flexible floors. Because the batch processing least-squares estimation method explained in Section &#x0201C;<xref ref-type="sec" rid="S3">Formulation of Direct SI</xref>&#x0201D; does not depend on the number of degrees of freedom and the number of parameters to be identified, a similar formulation may be possible for the model with in-plane flexible floors. This formulation will be presented in the future.</p>
</sec>
<sec id="S6">
<title>Conclusion</title>
<p>A method of physical parameter SI has been proposed for 3D building structures in which the stiffness and damping coefficients of each structural frame in the building structure are identified from the measured floor horizontal accelerations. The following conclusions have been derived.</p>
<list list-type="simple">
<list-item><label>(1)</label> <p>A batch processing least-squares estimation method for many discrete measured data has been proposed for the direct identification of the stiffness and damping coefficients of each story. A model with in-plane rigid floors has been used as the model for the physical parameter SI. Advantageous features of the proposed identification method are that it is unnecessary to specify the stiffness eccentricities (location of center of stiffness) before identification, and the identification of all stiffness and damping parameters can be performed simultaneously.</p></list-item>
<list-item><label>(2)</label> <p>Numerical simulations have been conducted for three-story and five-story 3D building structures with different mass and stiffness eccentricities. It has been demonstrated that, irrespective of the condition of mass and stiffness eccentricities, the proposed method is reliable and accurate in noise-free models. On the other hand, the identification accuracy degrades gradually as the noise level increases. However, a certain accuracy level can be maintained by limiting the level of noise.</p></list-item>
</list>
</sec>
<sec id="S7">
<title>Author Contributions</title>
<p>KS formulated the problem, conducted the computation, and wrote the paper. SY supervised the research, helped the computation, and wrote the paper. IT supervised the research and wrote the paper.</p>
</sec>
<sec id="S8">
<title>Conflict of Interest Statement</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest. The reviewer SC and the handling editor declared their shared affiliation, and the handling editor states that the process nevertheless met the standards of a fair and objective review.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec id="S9">
<title>Funding</title>
<p>Part of the present work is supported by the Grant-in-Aid for Scientific Research (KAKENHI) of Japan Society for the Promotion of Science (No. 15H04079) and Sumitomo Rubber Industries, Co. This support is greatly appreciated.</p>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Agbabian</surname> <given-names>M. S.</given-names></name> <name><surname>Masri</surname> <given-names>S. F.</given-names></name> <name><surname>Miller</surname> <given-names>R. K.</given-names></name> <name><surname>Caughey</surname> <given-names>T. K.</given-names></name></person-group> (<year>1991</year>). <article-title>System identification approach to detection of structural changes</article-title>. <source>J. Engng. Mech.</source> <volume>117</volume>, <fpage>370</fpage>&#x02013;<lpage>390</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1061/(ASCE)0733-9399(1991)117:2(370)</pub-id></citation></ref>
<ref id="B2"><citation citation-type="book"><person-group person-group-type="editor"><name><surname>Boller</surname> <given-names>C.</given-names></name> <name><surname>Chang</surname> <given-names>F.-K.</given-names></name> <name><surname>Fujino</surname> <given-names>Y.</given-names></name></person-group> (eds) (<year>2009</year>). <source>Encyclopedia of Structural Control and Health Monitoring</source>, Vol. <volume>1&#x02013;5</volume>. <publisher-loc>Chichester, UK</publisher-loc>: <publisher-name>Wiley</publisher-name>.</citation></ref>
<ref id="B3"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Brownjohn</surname> <given-names>J. M. W.</given-names></name></person-group> (<year>2003</year>). <article-title>Ambient vibration studies for system identification of tall building</article-title>. <source>Earth. Eng. Struct. Dyn.</source> <volume>32</volume>, <fpage>71</fpage>&#x02013;<lpage>95</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1002/eqe.215</pub-id></citation></ref>
<ref id="B4"><citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Fujita</surname> <given-names>K.</given-names></name> <name><surname>Ikeda</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Shirono</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Takewaki</surname> <given-names>I.</given-names></name></person-group> (<year>2013</year>). &#x0201C;<article-title>System identification of high-rise buildings using shear-bending model and ARX model: experimental investigation</article-title>,&#x0201D; in <source>Proc. of ICEAS13 in ASEM13, September 8-12</source> (<publisher-loc>Jeju, Korea</publisher-loc>), <fpage>2803</fpage>&#x02013;<lpage>2815</lpage>.</citation></ref>
<ref id="B5"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Fujita</surname> <given-names>K.</given-names></name> <name><surname>Ikeda</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Takewaki</surname> <given-names>I.</given-names></name></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Application of story-wise shear building identification method to actual ambient vibration</article-title>. <source>Front. Built Env.</source> <volume>1</volume>:<fpage>2</fpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fbuil.2015.00002</pub-id></citation></ref>
<ref id="B6"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hart</surname> <given-names>G. C.</given-names></name> <name><surname>Yao</surname> <given-names>J. T. P.</given-names></name></person-group> (<year>1977</year>). <article-title>System identification in structural dynamics</article-title>. <source>J. Engng. Mech. Div.</source> <volume>103</volume>, <fpage>1089</fpage>&#x02013;<lpage>1104</lpage>.</citation></ref>
<ref id="B7"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hjelmstad</surname> <given-names>K. D.</given-names></name></person-group> (<year>1996</year>). <article-title>On the uniqueness of modal parameter estimation</article-title>. <source>J. Sound Vib.</source> <volume>192</volume>, <fpage>581</fpage>&#x02013;<lpage>598</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1006/jsvi.1996.0205</pub-id></citation></ref>
<ref id="B8"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hjelmstad</surname> <given-names>K. D.</given-names></name> <name><surname>Banan</surname> <given-names>M. R.</given-names></name> <name><surname>Banan</surname> <given-names>M. R.</given-names></name></person-group> (<year>1995</year>). <article-title>On building finite element models of structures from modal response</article-title>. <source>Earthq. Engng. Struct. Dyn.</source> <volume>24</volume>, <fpage>53</fpage>&#x02013;<lpage>67</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1002/eqe.4290240105</pub-id></citation></ref>
<ref id="B9"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hoshiya</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Saito</surname> <given-names>E.</given-names></name></person-group> (<year>1984</year>). <article-title>Structural identification by extended Kalman filter</article-title>. <source>J. Engng. Mech.</source> <volume>110</volume>, <fpage>1757</fpage>&#x02013;<lpage>1770</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1061/(ASCE)0733-9399(1984)110:12(1757)</pub-id></citation></ref>
<ref id="B10"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ikeda</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Fujita</surname> <given-names>K.</given-names></name> <name><surname>Takewaki</surname> <given-names>I.</given-names></name></person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Story-wise system identification of actual shear building using ambient vibration data and ARX model</article-title>. <source>Earthq. Struct.</source> <volume>7</volume>, <fpage>1093</fpage>&#x02013;<lpage>1118</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.12989/eas.2014.7.6.1093</pub-id></citation></ref>
<ref id="B11"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ikeda</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Fujita</surname> <given-names>K.</given-names></name> <name><surname>Takewaki</surname> <given-names>I.</given-names></name></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Reliability of system identification technique in super high-rise building</article-title>. <source>Front. Built Env.</source> <volume>1</volume>:<fpage>11</fpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fbuil.2015.00011</pub-id></citation></ref>
<ref id="B12"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Johnson</surname> <given-names>E.</given-names></name> <name><surname>Wojtkiewicz</surname> <given-names>S.</given-names></name></person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Efficient sensitivity analysis of structures with local modifications. II: transfer functions and spectral densities</article-title>. <source>J. Engng. Mech.</source> <volume>140</volume>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1061/(ASCE)EM.1943-7889.0000769</pub-id></citation></ref>
<ref id="B13"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Koyama</surname> <given-names>R.</given-names></name> <name><surname>Fujita</surname> <given-names>K.</given-names></name> <name><surname>Takewaki</surname> <given-names>I.</given-names></name></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Influence of wind disturbance on smart stiffness identification of building structure using limited micro-tremor observation</article-title>. <source>Struct. Eng. Mech.</source> <volume>56</volume>, <fpage>293</fpage>&#x02013;<lpage>315</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.12989/sem.2015.56.2.293</pub-id></citation></ref>
<ref id="B14"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kuwabara</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Yoshitomi</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Takewaki</surname> <given-names>I.</given-names></name></person-group> (<year>2013</year>). <article-title>A new approach to system identification and damage detection of high-rise buildings</article-title>. <source>Struct. Control Health Monitoring</source> <volume>20</volume>, <fpage>703</fpage>&#x02013;<lpage>727</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1002/stc.1486</pub-id></citation></ref>
<ref id="B15"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Maeda</surname> <given-names>T.</given-names></name> <name><surname>Yoshitomi</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Takewaki</surname> <given-names>I.</given-names></name></person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Stiffness-damping identification of buildings using limited earthquake records and ARX model</article-title>. <source>J. Struct. Construct. Eng.</source> <volume>666</volume>, <fpage>1415</fpage>&#x02013;<lpage>1423</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.3130/aijs.76.1415</pub-id></citation></ref>
<ref id="B16"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Minami</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Yoshitomi</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Takewaki</surname> <given-names>I.</given-names></name></person-group> (<year>2013</year>). <article-title>System identification of super high-rise buildings using limited vibration data during the 2011 Tohoku (Japan) earthquake</article-title>. <source>Struct. Control Health Monitoring</source> <volume>20</volume>, <fpage>1317</fpage>&#x02013;<lpage>1338</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1002/stc.1537</pub-id></citation></ref>
<ref id="B17"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Nagarajaiah</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Basu</surname> <given-names>B.</given-names></name></person-group> (<year>2009</year>). <article-title>Output only modal identification and structural damage detection using time frequency &#x00026; wavelet techniques</article-title>. <source>Earthq. Eng. Eng. Vib.</source> <volume>8</volume>, <fpage>583</fpage>&#x02013;<lpage>605</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11803-009-9120-6</pub-id></citation></ref>
<ref id="B18"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Nakamura</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Yasui</surname> <given-names>Y.</given-names></name></person-group> (<year>1999</year>). <article-title>Damage evaluation of a steel structure subjected to strong earthquake motion based on ambient vibration measurements</article-title>. <source>J. Struct. Construct. Eng.</source> <volume>517</volume>, <fpage>61</fpage>&#x02013;<lpage>68</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.3130/aijs.64.61_1</pub-id></citation></ref>
<ref id="B19"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Omrani</surname> <given-names>R.</given-names></name> <name><surname>Hudson</surname> <given-names>R. E.</given-names></name> <name><surname>Taciroglu</surname> <given-names>E.</given-names></name></person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Story-by-story estimation of the stiffness parameters of laterally-torsionally coupled buildings using forced or ambient vibration data: I. Formulation and verification</article-title>. <source>Earthq. Eng. Struct. Dyn.</source> <volume>41</volume>, <fpage>1609</fpage>&#x02013;<lpage>1634</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1002/eqe.1192</pub-id></citation></ref>
<ref id="B20"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Shinozuka</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Ghanem</surname> <given-names>R.</given-names></name></person-group> (<year>1995</year>). <article-title>Structural-system identification II: experimental verification</article-title>. <source>J. Eng. Mech.</source> <volume>121</volume>, <fpage>265</fpage>&#x02013;<lpage>273</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1061/(ASCE)0733-9399(1995)121:2(265)</pub-id></citation></ref>
<ref id="B21"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Takewaki</surname> <given-names>I.</given-names></name> <name><surname>Nakamura</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>2000</year>). <article-title>Stiffness-damping simultaneous identification using limited earthquake records</article-title>. <source>Earthq. Eng. Struct. Dyn.</source> <volume>29</volume>, <fpage>1219</fpage>&#x02013;<lpage>1238</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1002/1096-9845(200008)29:8&#x0003C;1219::AID-EQE968&#x0003E;3.0.CO;2-X</pub-id></citation></ref>
<ref id="B22"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Takewaki</surname> <given-names>I.</given-names></name> <name><surname>Nakamura</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>2005</year>). <article-title>Stiffness-damping simultaneous identification under limited observation</article-title>. <source>J. Eng. Mech.</source> <volume>131</volume>, <fpage>1027</fpage>&#x02013;<lpage>1035</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1061/(ASCE)0733-9399(2005)131:10(1027)</pub-id></citation></ref>
<ref id="B23"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Takewaki</surname> <given-names>I.</given-names></name> <name><surname>Nakamura</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Temporal variation of modal properties of a base-isolated building during an earthquake</article-title>. <source>J. Zhejiang Univ.-SCIENCE A</source> <volume>11</volume>, <fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>8</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1631/jzus.A0900462</pub-id></citation></ref>
<ref id="B24"><citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Takewaki</surname> <given-names>I.</given-names></name> <name><surname>Nakamura</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Yoshitomi</surname> <given-names>S.</given-names></name></person-group> (<year>2011</year>). <source>System Identification for Structural Health Monitoring</source>. <publisher-loc>UK</publisher-loc>: <publisher-name>WIT Press</publisher-name>.</citation></ref>
<ref id="B25"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Udwadia</surname> <given-names>F. E.</given-names></name> <name><surname>Sharma</surname> <given-names>D. K.</given-names></name> <name><surname>Shah</surname> <given-names>P. C.</given-names></name></person-group> (<year>1978</year>). <article-title>Uniqueness of damping and stiffness distributions in the identification of soil and structural systems</article-title>. <source>J. Appl. Mech.</source> <volume>45</volume>, <fpage>181</fpage>&#x02013;<lpage>187</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1115/1.3424224</pub-id></citation></ref>
<ref id="B26"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wojtkiewicz</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Johnson</surname> <given-names>E.</given-names></name></person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Efficient sensitivity analysis of structures with local modifications. I: time domain responses</article-title>. <source>J. Engng. Mech.</source> <volume>140</volume>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1061/(ASCE)EM.1943-7889.0000768</pub-id></citation></ref>
<ref id="B27"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zhang</surname> <given-names>D.</given-names></name> <name><surname>Johnson</surname> <given-names>E.</given-names></name></person-group> (<year>2013a</year>). <article-title>Substructure identification for shear structures I: substructure identification method</article-title>. <source>Struct. Control Health Monitoring</source> <volume>20</volume>, <fpage>804</fpage>&#x02013;<lpage>820</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1002/stc.1497</pub-id></citation></ref>
<ref id="B28"><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zhang</surname> <given-names>D.</given-names></name> <name><surname>Johnson</surname> <given-names>E.</given-names></name></person-group> (<year>2013b</year>). <article-title>Substructure identification for shear structures with nonstationary structural responses</article-title>. <source>J. Engng. Mech.</source> <volume>139</volume>, <fpage>1769</fpage>&#x02013;<lpage>1779</lpage>.<pub-id pub-id-type="doi">10.1061/(ASCE)EM.1943-7889.0000626</pub-id></citation></ref>
</ref-list>
</back>
</article>