Environmental Sciences Bulletin of The Korean Environmental Sciences Society
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제10권S_1호
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pp.11-22
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2001
Observations related to the along-wind dispersion of puffs were collected from 12 field sites and from a wind tunnel experiment and used to test simple similarity relations. Because most of the date made use of concentration time series observation from fixed monitors, the basic observation was t, the standard deviation of the concentration time series. This data also allowed the travel time, t, from the source to the receptor to be estimated, from which the puff advective speed ue, could be determined. The along-wind dispersion coefficient, x, was then assumed to equal tue. The data, which extended over four orders of magnitude, supported the similarity relations t=0.1 t and x=1.8 $u^*$t, where t is the travel time and $u^*$ is the friction velocity. About 50% of the observations were within a factor of two of the predictions based on the similarity relations.
Tall buildings under wind action usually oscillate simultaneously in the along-wind and across-wind directions as well as in torsional modes. While several procedures have been developed for predicting wind-induced loads and responses in along-wind direction, accurate analytical methods for estimating across-wind and torsional response have not been possible yet. Simplified empirical formulas for estimation of the across-wind dynamic responses of rectangular tall buildings are presented in this paper. Unlike established empirical formulas in codifications, the formulas proposed in this paper are developed based on simultaneous pressure measurements from a series of tall building models with various side and aspect ratios in a boundary layer wind tunnel. Comparisons of the across-wind responses determined by the proposed formulas and the results obtained from the wind tunnel tests as well as those estimated by two well-known wind loading codes are made to examine the applicability and accuracy of the proposed simplified formulas. It is shown through the comparisons that the proposed simplified formulas can be served as an alternative and useful tool for the design and analysis of wind effects on rectangular tall buildings.
Wind tunnel aeroelastic model tests of the Commonwealth Advisory Aeronautical Research Council (CAARC) standard tall building were conducted using a three-degree-of-freedom base hinged aeroelastic(BHA) model. Experimental investigation into the effects of coupled translational-torsional motion, cross-wind/torsional frequency ratio and eccentricity between centre of mass and centre of stiffness on the wind-induced response characteristics and wind excitation mechanisms was carried out. The wind tunnel test results highlight the significant effects of coupled translational-torsional motion, and eccentricity between centre of mass and centre of stiffness, on both the normalised along-wind and cross-wind acceleration responses for reduced wind velocities ranging from 4 to 20. Coupled translational-torsional motion and eccentricity between centre of mass and centre of stiffness also have significant impacts on the amplitude-dependent effect caused by the vortex resonant process, and the transfer of vibrational energy between the along-wind and cross-wind directions. These resulted in either an increase or decrease of each response component, in particular at reduced wind velocities close to a critical value of 10. In addition, the contribution of vibrational energy from the torsional motion to the cross-wind response of the building model can be greatly amplified by the effect of resonance between the vortex shedding frequency and the torsional natural frequency of the building model.
Obvious vortex induced vibration (VIV) was observed during section model wind tunnel tests for a single main cable suspension bridge. An optimized section configuration was found for mitigating excessive amplitude of vibration which is much larger than the one prescribed by Chinese code. In order to verify the maximum amplitude of VIV for optimized girder, a full bridge aeroelastic model wind tunnel test was carried out. The differences between section and full aeroelastic model testing results were discussed. The maximum amplitude derived from section model tests was first interpreted into prototype with a linear VIV approach by considering partial or imperfect correlation of vortex-induced aerodynamic force along span based on Scanlan's semi-empirical linear model. A good consistency between section model and full bridge model was found only by considering the correlation of vortex-induced force along span.
Aerodynamic damping often plays an important role in estimations of wind induced dynamic responses of super high-rise buildings. Across- and along-wind aerodynamic damping ratios of a square super high-rise building with a height of 300 m are identified with the Random Decrement technique (RDT) from random vibration responses of the SDOF aeroelastic model in simulated wind fields. Parametric studies on effects of reduced wind velocity, terrain type and structural damping ratio on the aerodynamic damping ratios are further performed. Finally formulas of across- and along-wind aerodynamic damping ratios of the square super high-rise building are derived with curve fitting technique and accuracy of the formulas is verified.
The along-wind response of a surface-mounted elastic fence under the action of wind was investigated numerically. In the computations, two sets of equations, one for the simulation of the unsteady turbulent flow and the other for the calculation of the dynamic motion of the fence, were solved alternatively. The resulting time-series tip response of the fence as well as the flow fields were analyzed to examine the dynamic behaviors of the two. Results show that the flow is unsteady and is dominated by two frequencies: one relates to the shear layer vortices and the other one is subject to vortex shedding. The resulting unsteady wind load causes the fence to vibrate. The tip deflection of the fence is periodic and is symmetric to an equilibrium position, corresponding to the average load. Although the along-wind aerodynamic effect is not significant, the fluctuating quantities of the tip deflection, velocity and acceleration are enhanced as the fundamental frequency of the fence is near the vortex or shedding frequency of the flow due to the occurrence of resonance. In addition, when the fence is relatively soft, higher mode response can be excited, leading to significant increases of the variations of the tip velocity and acceleration.
In this paper, the along-wind, across-wind as well as torsional dynamic wind loads on three kinds of lattice tower models are investigated using the base balance technique in a boundary layer wind tunnel. The models were specially designed, and their fundamental frequencies in the directions of the three principal axes are still in the frequency range of the spectra of wind loads on lattice towers. In order to clear contaminations to the spectra of wind loads induced by model resonance, the generalized force spectra of the first mode of the models in along-wind, across-wind and torsional directions were derived based on measured base moments of the models. The RMS generalized force coefficients are also obtained by removing the contributions of model resonance. Finally, the characteristics of the 3-D dynamic wind loads, especially those of the across-wind dynamic loads, on the three kinds of lattice towers are presented and discussed.
This paper presents the results of a set of wind tunnel tests carried out to examine wind-induced overall structural loads on rectangular medium-rise buildings. Emphasis was directed towards torsion and its correlation with peak shear forces in transverse and longitudinal directions. Two building models with the same horizontal dimensions but different gabled-roof angles ($0^{\circ}C$ and $45^{\circ}C$) were tested at different full-scale equivalent eave heights (20, 30, 40, 50, and 60 m) in open terrain exposure for all wind directions (every $15^{\circ}C$). Wind-induced pressures were integrated over building surfaces and results were obtained for along-wind force, across-wind force, and torsional moment. Maximum wind force component was given along with the other simultaneously-observed wind force components normalized by the overall peak. The study found that for flat-roofed buildings maximum torsion for winds in transverse direction is associated with 80% of the overall shear force perpendicular to the longer horizontal building dimension; and 45% of the maximum shear occurs perpendicular to the smaller horizontal building dimension. Comparison of the wind tunnel results with current torsion provisions in the American wind standard, the Canadian and European wind codes demonstrate significant discrepancies. Suggested load combination factors were introduced aiming at an adequate evaluation of wind load effects on rectangular medium-rise buildings.
Chen, Xingyu;Guo, Junjie;Tang, Haojun;Li, Yongle;Wang, Lei
Wind and Structures
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제30권6호
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pp.649-662
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2020
The existence of a dam has potential effects on the surrounding wind environment especially when it is located in mountainous areas. In this situation, the long-span bridge over the reservoir can easily be exposed to non-uniform incoming flows, affecting its wind-resistance performance. This paper presents a study on the aerostatic stability of such a bridge. Wind tunnel tests were first carried out to investigate the wind environment above a mountainous reservoir. The results show that the angle of attack and the wind speed along the bridge axis show obvious non-uniform characteristics, which is related to the inflow direction. When winds come from the south where the river is winding, the angle of attack varies along the span direction significantly. The finite element model for the bridge was established using ANSYS software, and effects of non-uniform wind loads on the aerostatic stability were computed. Non-uniform angle of attack and wind speed are unfavorable to the aerostatic stability of the bridge, especially the former. When the combined action of non-uniform angle of attack and wind speed is considered, the critical wind speed of aerostatic instability is further reduced. Moreover, the aerostatic stability of the bridge is closely related to the dam height.
한반도와 같은 산악지형에서 풍력단지를 조성할 경우, 인근 지형에 의한 차폐영향이 없기 때문에 상대적으로 풍력자원이 우수한 능선을 따라서 풍력터빈을 설치하는 것이 유리하다. 본 연구에서는 산악지형에서의 풍력단지 입지평가를 위하여 SRTM v4.1 3 arc-second 해상도의 수치고도 데이터베이스와 지형형태 분류 프로그램인 LandSerf v2.3을 이용하여 풍력터빈 설치 가능한 능선을 추출하였으며, 강원도에 건설된 강원풍력단지, 태기산풍력단지 및 매봉산풍력단지의 사례분석을 통하여 대부분의 풍력터빈이 상대적으로 풍력자원이 우수한 능선을 따라 배치되었음을 확인함으로써 이 방법의 유효성을 검증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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