Yi Zhao;Guirong Yan;Ruoqiang Feng;Zhongdong Duan;Houjun Kang
Wind and Structures
/
v.38
no.4
/
pp.245-259
/
2024
In a tornadic wind field, the vertical velocity component in certain regions of tornadoes can be significant, forming one of the major differences between tornadic wind fields and synoptic straight-line wind fields. To better understand the wind characteristics of tornadoes and properly estimate the action of tornadoes on civil structures, it is important to ensure that all the attributes of tornadoes are captured. Although Doppler radars have been used to measure tornadic wind fields, they can only directly provide information on quasi-horizontal velocity. Therefore, lots of numerical simulations and experimental tests in previous research ignored the vertical velocity at the boundary. However, the influence of vertical velocity in tornadic wind fields is not evaluated. To address this research gap, this study is to use an approach to derive the vertical velocity component based on the horizontal velocities extracted from the radar-measured data by mass continuity. This approach will be illustrated by using the radar-measured data of Spencer Tornado as an example. The vertical velocity component is included in the initial inflow condition in the CFD simulation to assess the influence of including vertical velocity in the initial inflow condition on the entire tornadic wind field.
The effects of steep and shallow hills on a stationary tornado-like vortex with a swirl ratio of 0.4 are simulated and quantified as Fractional Speed Up Ratios (FSUR) at three different locations of the vortex with respect to the crests of the hills. Steady state Reynolds Averaged Naiver Stokes (RANS) equations closed using Reynolds Stress Turbulence model are used to simulate stationary tornadoes. The tornado wind field obtained from the numerical simulations is first validated with previous experimental and numerical studies by comparing radial and tangential velocities, and ground static pressure. A modified fractional speed-up ratio (FSUR) evaluation technique, appropriate to the complexity of the tornadic flow, is then developed. The effects of the hill on the radial, tangential and vertical flow components are assessed. It is observed that the effect of the hill on the radial and vertical component of the flow is more pronounced, compared to the tangential component. Besides, the presence of the hill is also seen to relocate the center of tornadic flow. New FSUR values are produced for shallow and steep hills.
Tornadoes are the most devastating meteorological natural hazards. Many empirical and theoretical numerical models of tornado vortex have been proposed, because it is difficult to carry out direct measurements of tornado velocity components. However, most of existing numerical models fail to explain the physical structure of tornado vortices. The present paper proposes a new empirical numerical model for a tornado vortex, and its load effects on a low-rise and a tall building are calculated and compared with those for existing numerical models. The velocity components of the proposed model show clear variations with radius and height, showing good agreement with the results of field measurements, wind tunnel experiments and computational fluid dynamics. Normal stresses in the columns of a low-rise building obtained from the proposed model show intermediate values when compared with those obtained from existing numerical models. Local forces on a tall building show clear variation with height and the largest local forces show similar values to most existing numerical models. Local forces increase with increasing turbulence intensity and are found to depend mainly on reference velocity Uref and moving velocity Umov. However, they collapse to one curve for the same normalized velocity Uref / Umov. The effects of reference radius and reference height are found to be small. Resultant fluctuating force of generalized forces obtained from the modified Rankine model is considered to be larger than those obtained from the proposed model. Fluctuating force increases as the integral length scale increases for the modified Rankine model, while they remain almost constant regardless of the integral length scale for the proposed model.
Tornadoes are one of the world's deadliest natural phenomena. They are characterized by short life span and danger. It has been observed through post-damage surveys that localities with large numbers of buildings suffer major damage during a tornado attack resulting in huge loss of life and property. Thus,it is important to study interfering buildings exposed to tornado-like vortices. The present study focuses on external and internal pressures developed on building models exposed to translating tornado-like vortices in the presence of an interfering building model. The effects of translating speed and swirl ratio of a tornado-like vortex on external and internal pressures for a principal building in the vicinity of an interfering building are investigated. Results indicate that external and internal pressures are enhanced or reduced depending on the location of the interfering building with respect to the principal building.
Turner, R.;Revell, M.;Reese, S.;Moore, S.;Reid, S.
Wind and Structures
/
v.15
no.2
/
pp.163-176
/
2012
Damaging winds, associated with a variety of weather phenomena, are frequently experienced in New Zealand. Observations and modelling of two recent extreme wind events; the Taranaki tornado outbreak of July 2007, and the Greymouth down-slope easterly wind storm of July 2008 are described in detail here. Post-event engineering damage surveys, rare for New Zealand, were done for these storms and the results are summarized here. Finally, the issue of sampling extreme wind events is raised and the need to include detailed numerical modelling analysis to understand wind gust climatologies at observing sites and extending these to wider regions is discussed.
The dynamics of a tornado-like vortex with touching down is investigated by using the LES turbulence model. The detailed information of the turbulent flow fields is provided and the force balances in radial and vertical directions are evaluated by using the time-averaged axisymmetric Navier-Stokes equations. The turbulence has slightly influence on the mean flow fields in the radial direction whereas it shows strong impacts in the vertical direction. In addition, the instantaneous flow fields are investigated to clarify and understand the dynamics of the vortex. An organized swirl motion is observed, which is the main source of the turbulence for the radial and tangential components, but not for the vertical component. Power spectrum analysis is conducted to quantify the organized swirl motion of the tornado-like vortex. The gust speeds are also examined and it is found to be very large near the center of vortex.
Luo, Jianjun;Liang, Daan;Kafali, Cagdas;Li, Ruilong;Brown, Tanya M.
Wind and Structures
/
v.19
no.3
/
pp.321-337
/
2014
This study has developed an Enhanced Remote-Sensing (ERS) scale to improve the accuracy and efficiency of using remote-sensing images of residential building to predict their damage conditions. The new scale, by incorporating multiple damage states observable on remote-sensing imagery, substantially reduces measurement errors and increases the amount of information retained. A ground damage survey was conducted six days after the Joplin EF 5 tornado in 2011. A total of 1,400 one- and two-family residences (FR12) were selected and their damage states were evaluated based on Degree of Damage (DOD) in the Enhanced Fujita (EF) scale. A subsequent remote-sensing survey was performed to rate damages with the ERS scale using high-resolution aerial imagery. Results from Ordinary Least Square regression indicate that ERS-derived damage states could reliably predict the ground level damage with 94% of variance in DOD explained by ERS. The superior performance is mainly because ERS extracts more information. The regression model developed can be used for future rapid assessment of tornado damages. In addition, this study provides strong empirical evidence for the effectiveness of the ERS scale and remote-sensing technology for assessment of damages from tornadoes and other wind events.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
/
v.10
no.3
/
pp.120-124
/
1998
The present study was initiated to protect floating nuclear power plants from the tornado. The solution shows that a tonado induces extreme waves of 27 ft (8.2 m) in height if it crosses the basin with a speed close to the critical speed. Waves generated by wind stress are ignored.
To determine tornadic wind loads, the wind pressure, forces and moments induced by tornadoes on civil structures have been studied. However, in most previous studies, only the individual building of interest was included in the wind field, which may be suitable to simulate the case where a tornado strikes rural areas. The statistical data has indicated that tornadoes induce more significant fatalities and property loss when they attack densely populated areas. To simulate this case, all buildings in the community of interest should be included in the wind field. However, this has been rarely studied. To bridge this research gap, this study will systematically investigate the influence of a community of buildings on tornadic wind fields by modeling all buildings in the community into the wind field (designated as "the Community case under tornadic winds"). For comparison, the case in which only a single building is included in the tornadic wind field (designated as "the Single-building case under tornadic winds") and the case where a community of buildings are included in the equivalent straight-line wind field (designated as "the Community case under straight-line winds") are also simulated. The results demonstrate that the presence of a number of buildings completely destroys the pattern of regular circular strips in the distribution of tangential velocity and pressure on horizontal planes. Above the roof height, the maximum tangential velocity is lower in the Community case under tornadic winds than that in the Single-building case under tornadic winds because of the higher surface friction in the Community case; below the roof height, greater tangential velocity and pressure are observed in the Community case under tornadic wind fields, and more unfavorable conditions are observed in the Community case under tornadic winds than under the equivalent straight-line winds.
An effective numerical technique to calculate the reactions of a multi-spanned transmission line conductor system, under arbitrary loads varying along the spans, is developed. Such variable loads are generated by High Intensity Wind (HIW) events in the form of tornadoes and downburst. First, a semi-closed form solution is derived to obtain the displacements and the reactions at the ends of each conductor span. The solution accounts for the nonlinearity of the system and the flexibility of the insulators. Second, a numerical scheme to solve the derived closed-form solution is proposed. Two conductor systems are analyzed under loads resulting from HIW events for validation of the proposed technique. Non-linear Finite Element Analyses (FEA) are also conducted for the same two systems. The responses resulting from the technique are shown to be in a very good agreement with those resulting from the FEA, which confirms the technique accuracy. Meanwhile, the semi-closed form technique shows superior efficiency in terms of the required computational time. The saving in computational time has a great advantage in predicting the response of the conductors under HIW events, since this requires a large number of analyses to cover different potential locations and sizes of those localized events.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.