The Yingxian wooden tower in China is currently the tallest wooden tower in the world. It was built in 1056 AD and is 65.86 m high. Field measurements of wind speed and wind-induced response of this tower are conducted. The wind characteristics, including the average wind speed, wind direction, turbulence intensity, gust factor, turbulence integral length scale and velocity spectrum are investigated. The power spectral density and the root-mean-square wind-induced acceleration are analyzed. The structural modal parameters of this tower are identified with two different methods, including the Empirical Mode Decomposition (EMD) combined with the Random Decrement Technique (RDT) and Hilbert transform technique, and the stochastic subspace identification (SSI) method. Results show that strong wind is coming predominantly from the West-South of the tower which is in the same direction as the inclination of the structure. The Von Karman spectrum can describe the spectrum of wind speed well. Wind-induced torsional vibration obviously occurs in this tower. The natural frequencies identified by EMD, RDT and Hilbert Transform are close to those identified by SSI method, but there is obvious difference between the identified damping ratios for the first two modes.
A full-scale instrumented low-rise building with gable roof was built at a coastal site with a high incidence of tropical cyclones for monitoring of wind effects on the building during windstorms. This paper presents the field measurements of the wind velocity field around and the wind-induced pressures on the low-rise building during the passage of severe tropical storm Soudelor. Near-ground wind characteristics such as wind speed, wind direction, turbulence intensity, gust factor, turbulence integral length scale and wind velocity spectra were investigated. The wind-induced pressures on the roof of the building were analyzed and discussed. The results revealed that the eave and ridge edges on the roof were subjected to the most severe suction pressures under quartering winds. These suction pressures showed obvious non-Gaussian behavior. The measured results were compared with the provisions of ASCE 7-10 to assess the suitability of the code of practice for the wind-resistant design of low-rise buildings under tropical cyclones. The field study aims to provide useful information that can enhance our understanding of the extreme wind effects on low-rise buildings in an effort to reduce tropical cyclone wind damages to residential buildings.
This study focuses on the amplitude dependency of damping of tall structures by the random decrement technique (RDT). Many researchers have adopted RDT to establish the amplitude dependency of damping ratios in super-tall buildings under strong wind loads. In this study, a series of simulated examples were analyzed to examine the reliability of this method. Results show that damping ratios increase as vibration amplitudes increase in several cases; however, the damping ratios in the simulated signals were preset as constants. This finding reveals that this method and the derived amplitude-dependent damping ratio characteristics are unreliable. Moreover, this method would obviously yield misleading results if the simulated signals contain Gaussian white noise. Full-scale measurements on a super-tall building were conducted during four typhoons, and the recorded data were analyzed to observe the amplitude dependency of damping ratio. Relatively wide scatter is observed in the resulting damping ratios, and the damping ratios do not appear to have an obvious nonlinear relationship with vibration amplitude. Numerical simulation and field measurement results indicate that the widely-used method for establishing the amplitude-dependent damping characteristics of super-tall buildings and the conclusions derived from it might be questionable at the least. More field-measured data must be collected under strong wind loads, and the damping characteristics of super-tall buildings should be investigated further.
Field measurements of various structures have been conducted for many purposes. Measurement data obtained by field measurement is very useful to determine vibration characteristics including dynamic characteristics such as the damping ratio, natural frequency, and mode shape of a structure. In addition, results of field measurements and modal identification can be used for modal updating of FEM analysis, for checking the efficiency of damping devices and so on. This paper shows some examples of field measurements and modal identification for structural health monitoring. As the first example, changes of dynamic characteristics of a 15-story office building in four construction stages from the foundation stage to completion are described. The dynamic characteristics of each construction stage were modeled as accurately as possible by FEM, and the stiffness of the main structural frame was evaluated and the FEM results were compared with measurements performed on non-load-bearing elements. Simple FEM modal updating was also applied. As the next example, full-scale measurements were also carried out on a high-rise chimney, and the efficiency of the tuned mass damper was investigated by using two kinds of modal identification techniques. Good correspondence was shown with vibration characteristics obtained by the 2DOF-RD technique and the Frequency Domain Decomposition method. As the last example, the wind-induced response using RTK-GPS and the feasibility of hybrid use of FEM analysis and RTK-GPS for confirming the integrity of structures during strong typhoons were shown. The member stresses obtained by hybrid use of FEM analysis and RTK-GPS were close to the member stresses measured by strain gauges.
Developing high-fidelity Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation methods used to evaluate the airwake characteristics along a flight deck of a large ship, the various kind of data such as actual ship measurement and wind tunnel results are required to verify the accuracy of CFD simulation. Inflow velocity profile at the bow, local unsteady flow field data around the flight deck, and highly reliable wind tunnel data which were measured after reviewing Atmospheric Boundary Layer (ABL) simulation and Reynolds Number effects were also used to determine the key parameters such as turbulence model, time resolution and accuracy, grid resolution and type, inflow condition, domain size, simulation length, and so on in STAR CCM+. Velocity ratio and turbulent intensity difference between Full-scale CFD and actual ship measurement at the measurement points show less than 2% and 1.7% respectively. And differences in velocity ratio and turbulence intensity between wind tunnel test and small-scale CFD are both less than 2.2%. Based upon this fact, the selected parameters in CFD simulation are highly reliable for a specific wind condition.
본 연구에서는 한국형기동헬기(KUH) 주로터 블레이드의 축소 설계를 수행하였다. 축소 모델은 공력하중, 익단 와류 및 소음원 측정 시험을 위해 설계되었다. 실제 로터와 동일한 공력 하중을 모사하기 위하여 마하스케일링 기법이 적용되었다. 마하스케일 모델은 블레이드의 익단 마하수가 동일하며, 정규화된 진동수 또한 동일하다. 즉, 마하스케일된 모델은 공력하중 및 구조동역학적 과점에서 상사된 모델이다. 공기역학적 축소과정은 외형 치수의 축소와 회전수의 증가를 통해 완료된다. 구조동역학적 측면에서는 블레이드 단면 설계를 통해 생성된 강성 및 관성 분포가 실제 로터의 회전고유진동수 분포를 나타내는지 확인하는 과정을 통해 완료된다. 본 연구에서는 국내에서 수급 가능한 복합재 프리프레그를 이용한 블레이드 단면 설계를 수행하고, 설계된 모델의 동역학적 특성을 고찰하였다.
The purpose of the present experimental study is to apply multi-point simultaneous measurement by PIV(Particle Image Velocimetry) to high-speed flow region within a domestic boiler circulation pump. Two different kinds of flow rate($27{\ell}/min,\;19{\ell}/min$)are selected as experimental condition. A volute casing and Impeller made of transparent Polycarbonate were made for the easy access of the illumination laser via fiber optical line and cylinder lens assembly to the measuring region. A CCD camera is syncronized with AOM to acquire clear original particle images. Optimized cross correlation identification to obtain velocity vectors is implemented by direct calculation of correlation coefficients. The instantaneous and time-mean velocity distribution, velocity profile and kinetic energy are represented quantitatively at the full-scale region for the deeper understanding of the unsteady flow characteristics in a commercial circulation pump.
A new method of automatic recording raingauge is developed to measure rainfall 1200mm full scale with high accuracy and resolution. The principle of new instrument is to detect a weight change of a buoyant weight according to a change in water level of raingauge measured by the use of a strain gauge load cell. This method has the advantage of increasing measurement accuracy, since no moving equipment is used. Laboratory test of the instrument was recorded 0.4% error of 190mm rainfall amount. The validity of new instrument was examined by comparing its measured values with values recorded by automatic weather station on June 24 to 25 2001 at Daegu Meteorological Station, when there is 148.3mm rainfall amount. In spite of much rainfall there is only 0.77mm difference of total rainfall amount. This instrument was accomplished high accuracy and resolution at field test in much rainy day.
Impact forces induced by external object collisions can cause serious damages to civil engineering structures. While accurate and prompt identification of such impact forces is a critical task in structural health monitoring, it is not readily feasible for civil structures because the force measurement is extremely challenging and the force location is unpredictable for full-scale field structures. This study proposes a novel approach for identification of impact force including its location and time history using a small number of multi-metric observations. The method combines an augmented Kalman filter (AKF) and Genetic algorithm for accurate identification of impact force. The location of impact force is statistically determined in the way to minimize the AKF response estimate error at measured locations and then time history of the impact force is accurately constructed by optimizing the error co-variances of AKF using Genetic algorithm. The efficacy of proposed approach is numerically demonstrated using a truss and a plate model considering the presence of modelling error and measurement noises.
Full-scale wind characteristics based on the field measurements is an essential element in structural wind engineering. Statistical analysis of the wind characteristics at Sutong Cable-stayed Bridge (SCB) site is conducted in this study with the recorded long-term wind data from structural health monitoring system (SHMS) between 2008 and 2015. Both the mean and turbulent wind characteristics and power spectra are comprehensively investigated and compared with those in the current codes of practice, such as the measured wind rose diagram, monthly maximum mean wind speed, turbulence intensity, integral length scale. Measurement results based on the monitoring data show that winds surrounding the SCB site are substantially influenced by the southeast monsoon in summer and strong northern wind in winter. The measured turbulence intensity is slightly higher than the recommended values in specifications, while the measured ratio of lateral to longitudinal turbulence intensity is slightly lower. An approximately linear relationship between the measured turbulence intensities and gust factors is obtained. The mean value of the turbulence integral length scale is smaller than that of typical typhoon events. In addition, it is found that the Kaimal spectrum is suitable to be adopted as the power spectrum for longitudinal wind component at the SCB site. This contribution would provide important wind characteristic references for the wind performance evaluation of SCB and other civil infrastructures in adjacent regions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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