For a systematic study on wind-induced vibration characteristics of large hyperbolic cooling towers with different feature sizes, the pressure measurement tests are finished on the rigid body models of three representative cooling towers with the height of 155 m, 177 m and 215 m respectively. Combining the refined frequency-domain algorithm of wind-induced responses, the wind-induced average response, resonant response, background response, coupling response and wind vibration coefficients of large cooling towers with different feature sizes are obtained. Based on the calculating results, the parametric analysis on wind-induced vibration of cooling towers is carried out, e.g. the feature sizes, damping ratio and the interference effect of surrounding buildings. The discussion shows that the increase of feature sizes makes wind-induced average response and fluctuating response larger correspondingly, and the proportion of resonant response also gradually increased, but it has little effect on the wind vibration coefficient. The increase of damping ratio makes resonant response and the wind vibration coefficient decreases obviously, which brings about no effect on average response and background response. The interference effect of surrounding buildings makes the fluctuating response and wind vibration coefficient increased significantly, furthermore, the increase ranges of resonant response is greater than background response.
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.
A team of researchers and practitioners were recently assembled to prepare a monograph on "Wind-Induced Motion of Tall Buildings: Designing for Habitability". This monograph presents a state-of-the-art report of occupant response to wind-induced building motion and acceptability criteria for wind-excited tall buildings. It provides background information on a range of pertinent subjects, including: ${\bullet}$ Physiological, psychological and behavioural traits of occupant response to wind-induced building motion; ${\bullet}$ A summary of investigations and findings of human response to real and simulated building motions based on field studies and motion simulator experiments; ${\bullet}$ A review of serviceability criteria to assess the acceptability of wind-induced building motion adopted by international and country-based standards organizations; ${\bullet}$ General acceptance guidelines of occupant response to wind-induced building motion based on peak acceleration thresholds; and ${\bullet}$ Mitigation strategies to reduce wind-induced building motion through structural optimization, aerodynamic treatment and vibration dissipation/absorption. This monograph is to be published by the American Society of Civil Engineers (ASCE) and equips building owners and tall building design professionals with a better understanding of the complex nature of occupant response to and acceptability of wind-induced building motion. This paper is a brief summary of the works reported in the monograph.
Due to the irregular shape and the deviation of stiffness center and gravity center, buildings always suffer from complex surface load and vibration response under wind action. This study is dedicated to analyze the surface wind load and wind-induced response of an irregular building, and to discuss the possibility of top swimming pool as a TLD to diminish wind-induced vibration of the structure. Wind tunnel test was carried out on a hotel with irregular shape to analyze the wind load and structural response under 8 wind incident angles. Then a precise numerical model was established and calibrated through experimental results. The top swimming pool was designed according to the principle of frequency modulation, and equations of motion of the control system were derived theoretically. Finally, the wind induced response of the structure controlled by the pool was calculated numerically. The results show that both of wind loads and wind-induced responses of the structure are significantly different with wind incident angle varies, and the across-wind response is nonnegligible. The top swimming pool has acceptable damping effect, and can be designed as TLD to mitigate wind response.
The paper is concerned with the numerical study of the cross-wind response of the 295 m-tall six-flue industrial chimney, located in the power station of Belchatow, Poland. The response of the chimney due to turbulent wind flow is caused by the lateral turbulence component and vortex excitation with taking into account motion-induced wind forces. The cross-wind response has been estimated by means of the random vibration approach. Three power spectral density functions suggested by Kaimal, Tieleman and Solari for the evaluation of the lateral turbulence component response are taken into account. The vortex excitation response has been calculated by means of the Vickery and Basu's model including some complements. Motion-induced wind forces acting on a vibrating chimney have been modeled as a nonlinear aerodynamic damping force. The influence of three components mentioned above on the total cross-wind response of the chimney has been investigated. Moreover, the influence of damping ratios, evaluated by Multi-mode Random Decrement Technique, and number of mode shapes of the chimney have been examined. Computer programmes have been developed to obtain responses of the chimney. The numerical results and their comparison are presented.
This study focused on the non-synoptic, tornado-like wind-induced effects on flexible horizontal structures that are extremely sensitive to winds. More specifically, the nonuniform, intensive vertical wind-velocity and transient natures of tornado events and their effects on the global behavior of a long-span bridge were investigated. In addition to the static part in the modeling of tornado-like wind-induced loads, the motion-induced effects were modeled using the semi-empirical model with a two-dimensional (2-D) indicial response function. Both nonlinear wind-induced static analysis and linear aeroelastic analysis in the time domain were conducted based on a 3-D finite-element model to investigate the bridge performance under the most unfavorable tornado pattern considering wind-structure interactions. The results from the present study highlighted the important effects due to abovementioned tornado natures (i.e., nonuniform, intensive vertical wind-velocity and transient features) on the long-span bridge, and hence may facilitate more appropriate wind design of flexible horizontal structures in the tornado-prone areas.
Advances in structural materials and construction methods have resulted in flexible and light tall buildings, making an assessment of structural safety during strong wind and serviceability/habitability during comparable medium/weak wind important design criteria. So far, lots of studies on suppressing the wind-induced responses have been carried out for tall buildings with aerodynamic modification. Most of the studies on aerodynamic modification have forced on the corner modification, while the studies on taper and set-back are limited. Changes of sectional shape through taper and set-back can modify the flow pattern around the models, encouraging more 3-dimensionalities, which results in reducing the wind-induced excitations. This paper discusses the characteristics of overturning moments and wind-induced responses of the tall buildings with height variations. The reduction of mean along-wind and fluctuating across-wind overturning moments are apparent in the suburban area than in urban area. A series of the response analyses, the rms displacement responses of the tall buildings with height variations are reduced greatly, while the rms acceleration responses are not necessarily reduced, showing dependences on wind direction.
This study presents a comprehensive investigation of wind load characteristics and wind-induced responses associated with different wind incidence angles and terrains of the 1000kV UHV substation frame. High-frequency force balance (HFFB) force measurement wind tunnel tests are conducted on the overall and segment models to characterize wind loads characteristics such as the aerodynamic force coefficients and the shape factors. The most unfavorable wind incidence angles and terrains for aerodynamic characteristics are obtained. A finite element model of the substation frame is built to determine the wind-induced response characters based on the aerodynamic force coefficients and bottom forces of the segment models. The mean and root mean square (RMS) values of displacement responses at different heights of the frame structure are compared and analyzed. The influence of wind incidence angle and terrains on wind-induced responses is also examined. The displacement responses in terms of the crest factor method are subsequently transformed into dynamic response factors. The recommended values of dynamic response factors at four typical heights have been proposed to provide a reference for the wind resistance design of such structures.
Teng Y. Xue;Hong B. Liu;Ting Zhou;Xin C. Chen;Xiang Zhang;Zhi P. Zou
Wind and Structures
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제37권3호
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pp.245-254
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2023
In this paper, the wind-induced response of Jiayuguan wooden building (world cultural heritage) in Northwest China was studied. ANSYS finite element software was used to establish four kinds of building models under different working conditions and carry out modal analysis. The simulation results were compared with the field dynamic test results, obtaining the model which reflects the real vibration characteristics of the wooden tower. Time history data of fluctuating wind speed was obtained by MATLAB programming. Time domain method and ANSYS were used to analyze the wind-induced vibration response time history of Jiayuguan wooden building, obtaining the displacement time history curve of the structure. It was suggested that the wind-induced vibration coefficient of Jiayuguan wooden building is 1.76. Through analysis of the performance of the building under equivalent static wind load, the maximum displacement occurs in the three-story wall, gold column and the whole roof area, and the maximum displacement of the building is 5.39 cm. The ratio of the maximum stress value to the allowable value of wood tensile strength is 45 %. The research results can provide reference for the wind resistant design and protection of ancient buildings with similar structure to Jiayuguan wooden tower.
Park, Eun Churn;Lee, Sang-Hyun;Min, Kyung-Won;Chung, Lan;Lee, Sung-Kyung;Cho, Seung-Ho;Yu, Eunjong;Kang, Kyung-Soo
Smart Structures and Systems
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제4권1호
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pp.85-98
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2008
In this paper, excitation systems using a linear mass shaker (LMS) and an active tuned mass damper (ATMD) are presented to simulate the wind induced responses of a building structure. The actuator force for the excitation systems is calculated by using the inverse transfer function of a target structural response to the actuator. Filter and envelop functions are used to prevent the actuator from exciting unexpected modal responses and an initial transient response and thus, to minimize the error between the wind and actuator induced responses. The analyses results from a 76-story benchmark building problem for which the wind load obtained by a wind tunnel test is given, indicate that the excitation system installed at a specific floor can approximately reproduce the structural responses induced by the wind load applied to each floor of the structure. The excitation system designed by the proposed method can be effectively used for evaluating the wind response characteristics of a practical building structure and for obtaining an accurate analytical model of the building under wind load.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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