Structural health monitoring (SHM) is of great importance to super high-rise buildings. The Shanghai Tower is currently the tallest building in China, and a complete SHM system was simultaneously constructed at the beginning of the construction of the tower. Due to the variety of sensor types and the large number of measurement points in the SHM system, an online automatic structural health assessment method with few computations and no manual intervention is needed. This paper introduces a structural health assessment method for the Shanghai Tower that uses the coefficients of an autoregressive (AR) time series model as structural state indicators. An analysis of collected data indicates that the coefficients of the AR model are affected by environmental factors, and the principal component analysis method is used to remove the influence of environmental factors. Finally, the control chart method is used to track the changes in structural state indicators, and a plan for online automatic structure health state evaluation is proposed. This method is applied to long-term acceleration and inclination data from the Shanghai Tower and successfully identifies the changes in the structural state. Overall, the structural state indicators of the Shanghai Tower are stable, and the structure is in a healthy state.
Crack control remains a primary concern for mass concrete structures, where the majority of cracking is caused by temperature changes during the hydration process. One-time pouring is a useful construction method for mass concrete structures. The suitability of this method for constructingon of the Shanghai Tower's mass concrete foundation slab of Shanghai Tower is considered here by a numerical simulation method based on a 6- meter- thick slab. Some of the conclusions, which can be verified by monitoring results conducted during construction, are as follows. The temperature gradient is greater in the vertical direction than in the radial direction, therefore, the vertical temperature gradient should be carefully considered for the purpose of crack control. Moreover, owing to cooling conditions at the surfaces and the cement mortar content of the slab, the temperatures and temperature gradients with respect to time vary according to the position within the slab.
As concrete wind-turbine towers are increasingly being used in wind-farm construction, there is a growing need to understand the behavior of concrete wind-turbine towers. In particular, experimental evaluations of concrete wind-turbine towers are necessary to demonstrate the dynamic characteristics and load-carrying capacity of such towers. This paper describes a model test of a prestressed concrete wind-turbine tower that examines the dynamic characteristics and load-carrying performance of the tower. Additionally, a numerical model is presented and used to verify the design approach. The test results indicate that the first natural frequency of the prestressed concrete wind turbine tower is 0.395 Hz which lies between frequencies 1P and 3P (0.25-0.51 Hz). The damper ratio is 3.3%. The maximum concrete compression stresses are less than the concrete design compression strength, the maximum tensile stresses are less than zero and the prestressed strand stresses are less than the design strength under both the serviceability and ultimate limit state loads. The maximum displacement of the tower top are 331 mm and 648 mm for the serviceability limit state and ultimate limit state, respectively, which is less than L/100 = 1000 mm. Compared with traditional tall wind-turbine steel towers, the prestressed concrete tower has better material damping properties, potential lower maintenance cost, and lower construction costs. Thus, the prestressed concrete wind-turbine tower could be an innovative engineering solution for multi-megawatt wind turbine towers, in particular those that are taller than 100 m.
This paper presents the structural health monitoring (SHM) of Shanghai Tower. In order to provide useful information for safety evaluation and regular maintenance under construction and in-service condition, a comprehensive structural health monitoring (SHM) system is installed in Shanghai Tower, which is composed of a main monitoring station and eleven substations. Structural responses at different construction stages are measured using this SHM system and presented in this study. Meanwhile, a detailed finite element model (FEM) is created and comparison of results between SHM and FEM is carried out. Results indicate that the time-dependent property of concrete creep is of great importance to structural response and the measured data can be used in FEM updating to obtain more accurate FEM models at different construction stages. Therefore, installation of structural health monitoring system in super-tall buildings could be considered as an effective way to assure structural safety during the construction process.
Shaking table test is an important and useful method to help structural engineers get better knowledge about the seismic performance of the buildings with complex structure, just like Shanghai tower. According to Chinese seismic design guidelines, buildings with a very complex and special structural system, or whose height is far beyond the limitation of interrelated codes, should be firstly studied through the experiment on seismic behavior. To investigate the structural response, the weak storey and crack pattern under earthquakes of different levels, and to help the designers improve the design scheme, the shaking table model tests of a scaled model of Shanghai tower were carried out at the State Key Laboratory of Disaster Reduction in Civil Engineering, Tongji University, Shanghai, China. This paper describes briefly the structural system, the design method and manufacture process of the scaled model, and the test results as well.
The combination of spatial latticed structures (hereafter SLS) and flexible cables, the cable-stayed spatial latticed structures (hereafter CSLS) can cross longer span. According to variation principle, a novel geometric nonlinear formulation for 3-D bar elements considering large displacement and infinitesimal rotation increments with second-order precision is developed. The cable nonlinearity is investigated and it is taken that the secant modulus method can be considered as an exact method for a cable member. The tower column with which the cables link is regarded as a special kind of beam element, and, a new simplified stiffness formulation is presented. The computational strategies for the nonlinear dynamic response of structures are given, and the ultimate load carrying capacities and seismic responses are analyzed numerically. It is noted that, compared with corresponding spatial latticed shells, the cable-stayed spatial latticed shells have more strength and more stiffness, and that the verical seismic responses of both CSLS and CLS are remarkably greater than the horizontal ones. In addition, the computation shows that the stiffness of tower column influences the performance of CSLS to a certain extent and the improvement of structural strength and stiffness of CSLS is relevant not only to cables but also to tower columns.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.10
no.1
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pp.9-20
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2018
Due to integrated stochastic wind and wave loads, the supporting platform of a Floating Offshore Wind Turbine (FOWT) has to bear six Degrees of Freedom (DOF) motion, which makes the random cyclic loads acting on the structural components, for instance the tower base, more complicated than those on bottom-fixed or land-based wind turbines. These cyclic loads may cause unexpected fatigue damages on a FOWT. This paper presents a study on short-term fatigue damage at the tower base of a 5 MW FOWT with a spar-type platform. Fully coupled time-domain simulations code FAST is used and realistic environment conditions are considered to obtain the loads and structural stresses at the tower base. Then the cumulative fatigue damage is calculated based on rainflow counting method and Miner's rule. Moreover, the effects of the simulation length, the wind-wave misalignment, the wind-only condition and the wave-only condition on the fatigue damage are investigated. It is found that the wind and wave induced loads affect the tower base's axial stress separately and in a decoupled way, and the wave-induced fatigue damage is greater than that induced by the wind loads. Under the environment conditions with rated wind speed, the tower base experiences the highest fatigue damage when the joint probability of the wind and wave is included in the calculation. Moreover, it is also found that 1 h simulation length is sufficient to give an appropriate fatigue damage estimated life for FOWT.
A semi-stochastic process model of reliability was established for hyperbolic cooling towers subjected to combined loadings of wind force, self-weight, temperature loading. Effect of the soil-structure interaction on reliability was evaluated. By involving the gust factor, an equivalent static scheme was employed to convert the dynamic model to static model. The TR combination rule was used to consider relations between load responses. An analysis example was made on the 90M cooling tower of Maoming, Guangdong of China. Numerical results show that the design not including interaction turns to be conservative.
Chunyu, Tian;Congzhen, Xiao;Hong, Zhang;Jinzhe, Cao
International Journal of High-Rise Buildings
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v.1
no.3
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pp.221-228
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2012
Shanghai Tower is a super high-rise building of 632 m height with 'mega frame-core- outrigger truss' structure system. Due to the complexity and irregularity of structure, shaking table test was carried out to investigate its seismic performance. A 1/40 scaled test model was designed, built and tested on shaking table under earthquake of small, moderate and large levels. The experimental results showed that the structure can meet the requirements of Chinese codes and reach scheduled performance objectives. Elastic and plastic time-history analysis on the structure were carried out and the results were compared to experimental results. Based on the research results some suggestions were proposed to contribute favorable effect on the seismic capacity of the structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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