Since its development in the early 1980's the force balance technique has become a standard method in the efficient determination of structural loads and responses. Its usefulness lies in the simplicity of the physical model, the relatively short records required from the wind tunnel testing and its versatility in the use of the data for different sets of dynamic properties. Its major advantage has been the ability to provide results in a timely manner, assisting the structural engineer to fine-tune their building at an early stage of the structural development. The analysis of the wind tunnel data has evolved from the simple un-coupled system to sophisticated methods that include the correction for non-linear mode shapes, the handling of complex geometry and the handling of simultaneous measurements on multiple force balances for a building group. This paper will review some of the components in the force balance data analysis both in historical perspective and in its current advancement. The basic formulation of the force balance methodology in both frequency and time domains will be presented. This includes all coupling effects and allows the determination of the resultant quantities such as resultant accelerations, as well as various load effects that generally were not considered in earlier force balance analyses. Using a building model test carried out in the wind tunnel as an example case study, the effects of various simplifications and omissions are discussed.
While establishing adequate load paths in the light-frame wood structures is critical to maintain the overall structural integrity and avoid significant damage under extreme wind events, the understanding of the load paths is limited by the high redundant nature of this building type. The objective of the current study is to evaluate the system effects and investigate the load paths in the wood structures especially the older buildings for a better performance assessment of the existing building stock under high winds, which will provide guidance for building constructions in the future. This is done by developing building models with configurations that are suspicious to induce failure per post damage reconnaissance. The effect of each configuration to the structural integrity is evaluated by the first failure wind speed, amajor indicator beyond the linear to the nonlinear range. A 3D finite-element (FE) building model is adopted as a control case that is modeled using a validated methodology in a highly-detailed fashion where the nonlinearity of connections is explicitly simulated. This model is then altered systematically to analyze the effects of configuration variations in the model such as the gable end sheathing continuity and the gable end truss stiffness, etc. The resolution of the wind loads from scaled wind tunnel tests is also discussed by comparing the effects to wind loads derived from large-scale wind tests.
The wind power plants were installed in many places because of the low climate changing effects since 2000. Generally, the wind power plants located in the seaside and the mountainous area and the heights of the windmills are about 40 m~140 m above the ground level. So the noises emitted from the wind power plants propagate far away compared with other environment noise sources like trains and cars noise. Because of these reasons, the noise emitted from the wind power plant is easy to cause the additional social problems like as noise complaints. Under the situation, the ministry of environment has established the guideline to evaluate the environmental effects for the wind power plant. According to the guideline, the noise of the wind power plant has to meet 55 dB(A) at daytime and 45 dB(A) at night in the residential area, which is regulated in the noise and vibration management law. But, it is difficult to estimate the noise emitted from the wind power plant because of the absence of the prediction model of the wind power plant noise. Therefore, the noise prediction model for wind power plants using the regression analysis method is developed in this study. For the development of the model, the sound pressure levels of the wind power plants in Jeju island are measured and the correlations between the sound pressure levels are analyzed. Finally, the prediction equation of the wind power plant noise using by regression analysis method derived. The prediction equation for the wind power plant noise proposed in this study can be useful to evaluate the environmental effects in any wind power plant development district.
부유식 해상풍력발전기의 시뮬레이션을 위해서 본 연구에서는 2MW 육상 풍력발전기에 부유구조물인 Tension Leg Platform(TLP) 구조를 추가하였다. 기상청 관측데이터와 해수면으로부터의 높이에 대해 풍속을 정의하는 지수법칙을 이용하여 풍하중을 산출하고 블레이드와 타워에 일정한 높이간격으로 적용하였다. 상대모리슨 방정식을 이용하여 파랑하중을 모델링하였다. 블레이드의 회전속도를 정격속도인 18rpm 으로 고려하고, 풍하중과 파랑하중 작용 시 2MW의 부유식 해상풍력기의 동적거동 해석을 수행하였다. 파랑하중에 대한 해상풍력기의 공진특성을 조사하기 위해 타워와 블레이드의 탄성체 모델을 구성하여 해상풍력기의 고유진동수를 계산하였다. 타워와 블레이드의 탄성효과가 해상풍력기의 거동에 미치는 영향을 분석하기 위해 타워만 탄성체로 구성된 탄성타워모델과 타워와 블레이드가 탄성체로 고려된 탄성타워 블레이드모델을 각각 강체 모델과 비교하였다.
The 486m-long roof of Shenzhen Citizens Centre is one of the world's longest spatial lattice roof structures. A comprehensive numerical study of wind effects on the long-span structure is presented in this paper. The discretizing and synthesizing of random flow generation technique (DSRFG) recently proposed by two of the authors (Huang and Li 2008) was adopted to produce a spatially correlated turbulent inflow field for the simulation study. The distributions and characteristics of wind loads on the roof were numerically evaluated by Computational Fluid Dynamics (CFD) methods, in which Large Eddy Simulation (LES) and Reynolds Averaged Navier-Stokes Equations (RANS) Model were employed. The main objective of this study is to explore a useful approach for estimations of wind effects on complex curved roof by CFD techniques. In parallel with the numerical investigation, simultaneous pressure measurements on the entire roof were made in a boundary layer wind tunnel to determine mean, fluctuating and peak pressure coefficient distributions, and spectra, spatial correlation coefficients and probability characteristics of pressure fluctuations. Numerical results were then compared with these experimentally determined data for validating the numerical methods. The comparative study demonstrated that the LES integrated with the DSRFG technique could provide satisfactory prediction of wind effects on the long-span roof with complex shape, especially on separation zones along leading eaves where the worst negative wind-induced pressures commonly occur. The recommended LES and inflow turbulence generation technique as well as associated numerical treatments are useful for structural engineers to assess wind effects on a long-span roof at its design stage.
The purpose of this paper is to find a more accurate method to evaluate pedestrian wind by computational fluid dynamics approach. Previous computational fluid dynamics studies of wind environmental problems were mostly performed by simplified models, which only use simple geometric shapes, such as cubes and cylinders, to represent buildings and structures. However, to have more accurate and complete evaluation results, various shapes of blocking objects, such as trees, should also be taken into consideration. The aerodynamic effects of these various shapes of objects can decrease wind velocity and increase turbulence intensity. Previous studies simply omitted the errors generated from these various shapes of blocking objects. Adding real geometrical trees to the numerical models makes the calculating domain of CFD very complicated due to geometry generation and grid meshing problems. In this case the function of Porous Media Condition can solve the problem by adding trees into numerical models without increasing the mesh grids. The comparison results between numerical and wind tunnel model are close if the parameters of porous media condition are well adjusted.
The purpose of this review paper is to briefly describe main the features of novel procedures developed by the National of Standards and Technology (NIST) for the design of tall buildings. Topics considered in the paper include: the division of tasks between wind and structural engineers; the determination of wind effects with specified mean recurrence intervals by accounting for wind directionality; the risk-consistent design of structures subjected to multiple wind hazards; iterative dynamic analyses and member sizing, including the use of modern optimization approaches; and commonalities of and differences between Database-assisted Design (DAD) and Equivalent Static Wind Loads procedures. An example of the application of the DAD procedure is presented for a reinforced concrete structure. Also included in the paper is an introduction to ongoing research on the estimation of wind load factors or of augmented design mean recurrence intervals commensurate with the uncertainties in the factors that determine the wind effects.
Background: To understand shade and wind effects on seedling traits of common reed (Phragmites australis), we conducted a mesocosm experiment manipulating day length (10 h daytime a day as open canopy conditions or 6 h daytime a day as partially closed canopy conditions) and wind speed (0 m/s as windless conditions or 4 m/s as windy conditions). Results: Most values of functional traits of leaf blades, culms, and biomass production of P. australis were higher under long day length. In particular, we found sole positive effects of long day length in several functional traits such as internode and leaf blade lengths and the values of above-ground dry weight (DW), rhizome DW, and total DW. Wind-induced effects on functional traits were different depending on functional traits. Wind contributed to relatively low values of chlorophyll contents, angles between leaf blades, mean culm height, and maximum culm height. In contrast, wind contributed to relatively high values of culm density and below-ground DW. Conclusions: Although wind appeared to inhibit the vertical growth of P. australis through physiological and morphological changes in leaf blades, it seemed that P. australis might compensate the inhibited vertical growth with increased horizontal growth such as more numerous culms, indicating a highly adaptive characteristic of P. australis in terms of phenotypic plasticity under windy environments.
A novel approach is presented to improve dynamic responses of a pedestrian bridge by utilizing decorative wind chimes. Through wind tunnel tests, it was verified that wind chimes can provide stabilization effects against flutter instability, especially at positive or negative wind angles of attack. At zero degrees of angle of attack, the wind chimes can change the flutter pattern from rapid divergence to gradual divergence. The decorative wind chimes can also provide damping effects to suppress the lateral sway motion of the bridge caused by pedestrian footfalls and wind forces. For this purpose, the swing frequency of the wind chimes should be about the same as the structural frequency, which can be achieved by adjusting the swing length of the wind chimes. The mass and the swing damping level are other two important and mutually interactive parameters in addition to the swing length. In general, 3% to 5% swing damping is necessary to achieve favorite results. In the study case, the equivalent damping level of the entire system can be increased from originally assumed 1% up to 5% by using optimized wind chimes.
This paper surveys and complements contributions by the National Institute of Standards and Technology to techniques ensuring that the wind tunnel procedure for the design of high-rise structures is based on sound methods and allows unambiguous inter-laboratory comparisons. Developments that enabled substantial advances in these techniques include: Instrumentation for simultaneously measuring pressures at multiple taps; time-domain analysis methods for estimating directional dynamic effects; creation of large simulated extreme directional wind speed data sets; non-parametric methods for estimating mean recurrence intervals (MRIs) of Demand-to-Capacity Indexes (DCIs); and member sizing based on peak DCIs with specified MRIs. To implement these advances changes are needed in the traditional division of tasks between wind and structural engineers. Wind engineers should provide large sets of directional wind speeds, pressure coefficient time series, and estimates of uncertainties in wind speeds and pressure coefficients. Structural engineers should perform the dynamic analyses, estimates of MRIs of wind effects, sensitivity studies, and iterative sizing of structural members. The procedure is transparent, eliminates guesswork inherent in frequency domain methods and due to the lack of pressure measurements, and enables structural engineers to be in full control of the structural design for wind.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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