In this study, a square rectangular tall building is considered to investigate the effects of turbulence integral length scale and turbulence intensity on the along-wind responses, across-wind responses and torsional responses of the tall building by Large Eddy Simulation (LES). A recently proposed inflow turbulence generator called the discretizing and synthesizing random flow generation (DSRFG) approach is applied to simulate turbulent flow fields. It has been proved that the approach is able to generate a fluctuating turbulent flow field satisfying any given spectrum, desired turbulence intensity and wind speed profiles. Five profiles of turbulence integral length scale and turbulence intensity are respectively generated for the inflow fields by the DSRFG approach for investigating the effects of turbulence integral length scale and turbulence intensity on the wind-induced responses of the tall building. The computational results indicate that turbulence integral length scale does not have significant effect on the along-wind (displacement, velocity and acceleration) responses, across-wind displacement and velocity responses, while the across-wind acceleration and torsional responses vary without a clear rule with the parameter. On the other hand, the along-wind, across-wind and torsional responses increase with the growth of turbulence intensity.
Wind-induced response behavior of long-span roof structures is very complicated, showing significant contributions of multiple vibration modes. The largest load effects in a huge number of members should be considered for the sake of the equivalent static wind loads (ESWLs). Studies on essential matters and necessary conditions of the universal ESWLs are discussed. An efficient method for universal ESWLs on long-span roof structures is proposed. The generalized resuming forces including both the external wind loads and inertial forces are defined. Then, the universal ESWLs are given by a combination of eigenmodes calculated by proper orthogonal decomposition (POD) analysis. Firstly, the least squares method is applied to a matrix of eigenmodes by using the influence function. Then, the universal ESWLs distribution is obtained which reproduces the largest load effects simultaneously. Secondly, by choosing the eigenmodes of generalized resuming forces as the basic loading distribution vectors, this method becomes efficient. Meanwhile, by using the constraint equations, the universal ESWLs becomes reasonable. Finally, reproduced largest load effects by load-response-correlation (LRC) ESWLs and universal ESWLs are compared with the actual largest load effects obtained by the time domain response analysis for a long-span roof structure. The results demonstrate the feasibility and usefulness of the proposed universal ESWLs method.
To investigate the motion-induced aeroelastic effects (or aerodynamic feedback effects) on a square cylinder in uniform flow, a series of wind tunnel tests involving the pressure measurement of a rigid model (RM) and simultaneous measurement of the pressure and vibration of an aeroelastic model (AM) have been systematically carried out. More specifically, the aerodynamic feedback effects on the structural responses, on the mean and root-mean-square wind pressures, on the power spectra and coherence functions of wind pressures at selected locations, and on the aerodynamic forces were investigated. The results indicated the vibration in the lock-in range made the shedding vortex more coherent and better organized, and hence presented unfavorable wind-induced effects on the structure. Whereas the vibration in the non-lock-in range generally showed insignificant effects on the flow structures surrounding the square cylinder.
In accordance with Madrid and Kyoto Protocols, a 10kw wind turbine installed about 625m away from the King Sejong Station in the Antarctica has been in operation successfully. The current location of the wind turbine has different geographic surroundings from the previous candidate site considered in 2005 and that makes re-evaluation of wind resource at the current site including geographic effects necessary. Especially, strong wind flow derived by steep and complex terrain is dominant in the Antarctica so that computational flow analysis is required. The wind rose measured at the previous and current installation location are identical with strong meteorological correlation but prevailing directions of wind power density are different because of local wind acceleration due to complex terrain. Numerical analysis explains which effects brings this discordance between the two sites, and a design guideline required for additional wind turbine installation has been secured.
By using a computational program of three-dimensional aerostatic and aerodynamic stability analysis of long-span bridges under skew wind, the dynamic characteristics and structural stability(including the aerostatic and aerodynamic stability) of a three-tower cable-stayed-suspension hybrid bridge with main span of 1 400 meters are investigated numerically under skew wind, and the skew wind and aerostatic effects on the aerostatic and aerodynamic stability of three-tower cable-stayedsuspension hybrid bridge are ascertained. The results show that the three-tower cable-stayed-suspension hybrid bridge is a longspan structure with greater flexibility, and it is more susceptible to the wind action. The aerostatic instability of three-tower cable-stayed-suspension hybrid bridges is characterized by the coupling of vertical bending and torsion of the girder, and the skew wind does not affect the aerostatic instability mode. The skew wind has positive or negative effects on the aerostatic stability of the bridge, the influence is between -5.38% and 4.64%, and in most cases, it reduces the aerostatic stability of the bridge. With the increase of wind yaw angle, the critical wind speed of aerostatic instability does not vary as the cosine rule as proposed by the skew wind decomposition method, the skew wind decomposition method may overestimate the aerostatic stability, and the maximum overestimation is 16.7%. The flutter critical wind speed fluctuates with the increase of wind yaw angle, and it may reach to the minimum value under the skew wind. The skew wind has limited effect on the aerodynamic stability of three-tower cable-stayed-suspension hybrid bridge, however the aerostatic effect significantly reduces the aerodynamic stability of the bridge under skew wind, the reduction is between 3.66% and 21.86%, with an overall average drop of 11.59%. The combined effect of skew and static winds further reduces the critical flutter wind speed, the decrease is between 7.91% and 19.37%, with an overall average decrease of 11.85%. Therefore, the effects of skew and static winds must be comprehensively considered in the aerostatic and aerodynamic stability analysis of three-tower cable-stayed-suspension hybrid bridges.
Wind-induced mean and dynamic interference effects of tall buildings are studied in detail by a series of wind tunnel tests in this paper. Interference excitations of several types of upwind structures of different sizes in different upwind terrains are considered. Comprehensive interference characteristics are investigated by artificial neural networks and correlation analysis. Mechanism of the wakes vortex-induced resonance is discussed, too. Measured results show significant correlations exist in the distributions of the interference factors of different configurations and upwind terrains and, therefore, a series of relevant regression equations are proposed to simplify the complexity of the multi-parameter wind induced interference effects between two tall buildings.
The paper describes a study of the effects of structural coupling on the wind-induced response of twin tall buildings connected by a skybridge. Development of a dual high-frequency force balance used in wind tunnel investigation and background information on the methodology employed in analysis are presented. Comparisons of the wind-induced building response (rooftop acceleration) of structurally coupled and uncoupled twin buildings are provided and the influence of structural coupling is assessed. It is found that the adverse aerodynamic interference effects caused by close proximity of the buildings can be significantly reduced by the coupling. Neglecting of such interactions may lead to excessively conservative estimates of the wind-induced response of the buildings. The presented findings suggest that structural coupling should be included in wind-resistant design of twin tall buildings.
The environmental elements which naturally occur can result in structural damages and operating faults of vessels under the navigation and mooring. These primary factors are considered as wind, waves and tide. In order to investigate wind shielding effects with respect to wind load conditions between two ships which face the wind directly or slantingly to the wind direction, this numerical simulation was preferred in terms of the variation of wind loads according to different distances, wind velocities and wind directions between two ships. The results were proved to be quite reasonable, comparing with experimental data from Danish Maritime Institute, and the report, "Environmental Conditions And Environmental Loads" published by Det Norske Veritas.
Several frameworks for the dynamic analysis of wind-vehicle-bridge systems were presented in the past decade to study the safety or ride comfort of road vehicles as they pass through bridges under crosswinds. The wind loads on the vehicles were generally formed based on the aerodynamic parameters of the stationary vehicles on the ground, and the wind loads for the pure bridge decks without the effects of road vehicles. And very few studies were carried out to explore the dynamic effects of the aerodynamic interference between road vehicles and bridge decks, particularly for the moving road vehicles. In this study, the aerodynamic parameters for both the moving road vehicle and the deck considering the mutually-affected aerodynamic effects are formulized firstly. And the corresponding wind loads on the road vehicle-bridge system are obtained. Then a refined analytical framework of the WVB system incorporating the resultant wind loads, a driver model, and the road roughness in plane to fully consider the lateral motion of the road vehicle under crosswinds is proposed. It is shown that obvious lateral and yaw motions of the road vehicle occur. For the selected single road vehicle passing a long span bridge, slight effects are caused by the aerodynamic interference between the moving vehicle and deck on the dynamic responses of the system.
By using the 'failure' model approach, the effects of wind direction on the flight of sheathing panels from the roof of a model house in extreme winds was investigated. A complex relationship between the initial conditions, failure velocities, flight trajectories and speeds was observed. It was found that the local flow field above the roof and in the wake of the house have important effects on the flight of the panels. For example, when the initial panel location is oblique to the wind direction and in the region of separated flow near the roof edge, the panels do not fly from the roof since the resultant aerodynamic forces are small, even though the pressure coefficients at failure are high. For panels that do fly, wake effects from the building are a source of significant variation of flight trajectories and speeds. It was observed that the horizontal velocities of the panels span a range of about 20% - 95% of the roof height gust speed at failure. Numerical calculations assuming uniform, smooth flow appear to be useful for determining panel speeds; in particular, using the mean roof height, 3 sec gust speed provides a useful upper bound for determining panel speeds for the configuration examined. However, there are significant challenges for estimating trajectories using this method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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