The uncertainty of extreme wind speeds is one key contributor to the uncertainty of wind loads and their effects on structures. The probability distribution of annual extreme wind speeds may be characterized using a classical Gumbel Type distribution. The expression that establishes the relationship between the extreme wind speeds at different recurrence periods and the corresponding coefficients of variation is formulated, and its efficacy is validated. The coefficients of variation are calibrated to be about 0.125 and 0.184 according to defined Chinese and US design specifications, respectively. Based on the wind data of 54 cities in China, 49 meteorological stations in the US, 3 stations in Singapore, the coefficients span intervals of (0.1, 0.35), (0.08, 0.20) and (0.06, 0.14), respectively. For hurricanes in the US, the coefficients range approximately from 0.3 to 0.4. This convenient technique is recommended as one alternative tool for coefficient of variation analyses in the future revisions of related codes. The sensitivities of coefficients of variation for 49 meteorological stations in the US are quantified and demonstrated. Some contradictions and incompatibilities can be clearly detected and illustrated by comparing the coefficients of variation obtained with different combinations of recurrence period wind data.
Nowadays balanced cantilever construction plays an essential role as a sophisticated erection technique of bridges due to its economical and ecological advantages. Experience teaches that wind has a great importance with regard to this construction technique, but methods proposed by codes to take wind effects into account are still rather crude and, in most cases, completely lacking. Also research in this field is quite limited and aimed at studying only the longitudinal shear and the torque at the pier base, caused by the mean wind velocity and by the longitudinal turbulence actions over the deck. This paper advances the present solutions by developing a new procedure that takes into account all wind effects both on the deck and on the pier. The proposed model assumes the mean wind velocity as orthogonal to the bridge plane and considers the effects produced by all the three turbulence components and by the vortex shedding. The applications point out the role of each loading component on different bridge configurations and show that disregarding the presence of some effects may imply oversimplified results and relevant underestimations.
Wind effects are critical considerations in the design of topside structures, overall structural systems, or both, depending on the water depth and type of offshore platform. The reliable design of these facilities for oil fields in regions of hostile environment can only be assured through better understanding of the environmental load effects and enhanced response prediction capabilities. This paper summarizes the analysis and performance of offshore platforms under extreme wind loads, including the quantification of wind load effects with focus on wind field characteristics, steady and unsteady loads, gust loading factors, application of wind tunnel tests, and the provisions of the American Petroleum Institute Recommended Practice 2A - Working Stress Design (API RP 2A-WSD) for the construction of offshore structures under the action of wind. A survey of the performance of platforms and satellite structures is provided, and failure mechanisms concerning different damage scenarios during Hurricane Andrew are examined. Guidelines and provisions for improving analysis and design of structures are addressed.
As the height and flexibility of high-rise buildings increase, the wind loads become more dominant and the combination coefficient of Equivalent Static Wind Loads (ESWLs) should be considered when they are used in the structural design. In the first phase of the study, a brief introduction to the theory on the combination coefficient for high-rise buildings was given and then the time history of wind-induced responses of a 208-meter high-rise building with an elliptical cross-section was presented based on the wind tunnel test results for pressure measurement. The correlation between wind-induced responses was analyzed and the combination coefficients of ESWLs of the high-rise buildings using Turkstra's rule, and Asami's method, were calculated and compared with related design codes, e.g., AIJ-RLB, ASCE 7-10, and China Load Code for structural design. The results of the study showed that the combination coefficients from Asami's method are conservative compared with the other three methods. The results of this paper would be helpful to the wind-resistant design of high-rise buildings with elliptical cross-section.
This paper reports the field measurements concerning pressure equalization of rainscreen facades carried out at the Technical University of Eindhoven (TUE) in the Netherlands. The field facility including the details of test panel, meteorological tower, instrumentation, data collection and analysis is presented. Results of investigations into cavity response for various leakage and venting configurations are discussed. Frequency domain techniques have been utilized to show the influence of wind as well as facade characteristics on the pressure equalization performance. Further, this paper presents an early attempt to synthesize the experimental results into existing building codes.
Full-scale measurements have been made to determine the increase in wind speed over two exposed embankments, one of $23^{\circ}$ slope and 4.7 m in height, the other of $24^{\circ}$ slope and 7.3 m in height. Measurements were made at heights of 5, 10 and 15 m above the upper edge of each embankment and at the same heights approximately 100 m upwind in the lower-level approach fetch. Despite the modest sizes of the embankments, the maximum recorded increase in mean wind speed was 28% and the minimum was 13%; these increase relate to increases in wind loads on structures erected at the top of the embankments of 64% and 28% respectively. The associated increases in gust speeds are estimated at 33% and 18%, which imply increases in gust loading of 77% and 39% respectively. These experimental results are compared with predictions obtained from a computational fluid dynamics (CFD) analysis, using three high Reynolds number eddy-viscosity models and estimates from the UK wind loading code, BS 6399: Part 2. The CFD results are generally in agreement with the experimental data, although near-ground effects on the embankment crest are poorly reproduced.
This paper traces the drafting of the new EN 1991-1-4 Eurocode 1 - Actions on structures - Part 1-4: General actions - Wind actions within Mandate M/515 of the European Commission to CEN, for the evolution of structural Eurocodes towards their Second Generation. Work of the Project Team started in August 2017 and ended in April 2020, with delivery of a final draft for public enquiry. The revised document contains several modifications with respect to the existing 2005 version, and new sections were added, covering aspect not dealt with in the previous version. It has a renovated structure, with a main text limited in size and containing only fundamental material; all the remaining information, either normative or informative is arranged into thirteen annexes. Common to other Eurocode Parts, general requests from CEN were those of reducing the number of Nationally Determined Parameters and of enhancing the ease of use. More specific requests were those of (a) the drafting of a European design wind map, (b) improving wind models, (c) reviewing force and pressure coefficients, (d) reviewing the procedures for evaluation of the dynamic response, as well as (e) making editorial improvements aimed at a more user friendly document. The author had the privilege to serve as Project Team member for the drafting of the new document, and this paper brings his personal view concerning some general aspects of wind code writing, and some more specific aspects about the particular document.
Yazhou, Xu;Qianqian, Ren;Guoliang, Bai;Hongxing, Li
Wind and Structures
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제28권4호
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pp.215-224
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2019
Because of the particularity and complexity of direct air-cooling structures (ACS), wind parameters given in the general load codes are not suitable for the wind-resistant design. In order to investigate the wind loads of ACS, two 1/150 scaled three-span models were designed and fabricated, corresponding to a rigid model and an aero-elastic model, and wind tunnel tests were then carried out. The model used for testing the wind pressure distribution of the ACS was defined as the rigid model in this paper, and the stiffness of which was higher than that of the aero-elastic model. By testing the rigid model, the wind pressure distribution of the ACS model was studied, the shape coefficients of "A" shaped frame and windbreak walls, and the gust factor of the windbreak walls were determined. Through testing the aero-elastic model, the wind-induced dynamic responses of the ACS model was studied, and the wind vibration coefficients of ACS were determined based on the experimental displacement responses. The factors including wind direction angle and rotation of fan were taken into account in this test. The results indicated that the influence of running fans could be ignored in the structural design of ACS, and the wind direction angle had a certain effect on the parameters. Moreover, the shielding effect of windbreak walls induced that wind loads of the "A" shaped frame were all suction. Subsequently, based on the design formula of wind loads in accordance with the Chinese load code, the corresponding parameters were presented as a reference for wind-resistant design and wind load calculation of air-cooling structures.
With the assistance of typhoon field data at aerial elevation level observed by meteorological satellites and wind velocity and direction records nearby the ground gathered in Guangzhou Weather Station between 1985 and 2001, some key wind field parameters under typhoon climate in Guangzhou region were calibrated based on Monte-Carlo stochastic algorithm and Meng's typhoon numerical model. By using Peak Over Threshold method (POT) and Generalized Pareto Distribution (GPD), Wind field characteristics during typhoons for various return periods in several typical engineering fields were predicted, showing that some distribution rules in relation to gradient height of atmosphere boundary layer, power-law component of wind profile, gust factor and extreme wind velocity at 1-3s time interval are obviously different from corresponding items in Chinese wind load Codes. In order to evaluate the influence of typhoon field parameters on long-span flexible bridges, 1:100 reduced-scale wind field of type B terrain was reillustrated under typhoon and normal conditions utilizing passive turbulence generators in TJ-3 wind tunnel, and wind-induced performance tests of aero-elastic model of long-span Guangzhou Xinguang arch bridge were carried out as well. Furthermore, aerodynamic admittance function about lattice cross section in mid-span arch lib under the condition of higher turbulence intensity of typhoon field was identified via using high-frequency force-measured balance. Based on identified aerodynamic admittance expressions, Wind-induced stochastic vibration of Xinguang arch bridge under typhoon and normal climates was calculated and compared, considering structural geometrical non-linearity, stochastic wind attack angle effects, etc. Thus, the aerodynamic response characteristics under typhoon and normal conditions can be illustrated and checked, which are of satisfactory response results for different oncoming wind velocities with resemblance to those wind tunnel testing data under the two types of climate modes.
The static and dynamic structural integrity qualification was performed through the seismic analysis of a small-size Savonius-type vertical wind turbine at dead weight plus wind load and seismic loads. The ANSYS finite element program was used to develop the FEM model of the wind turbine and to accomplish static, modal, and dynamic frequency response analyses. The stress of the wind turbine structure for each wind load and dead weight was calculated and combined by taking the square root of the sum of the squares (SRSS) to obtain static stresses. Seismic response spectrum analysis was also carried out in the horizontal (X and Y) and vertical (Z) directions to determine the response stress distribution for the required response spectrum (RRS) at safe-shutdown earthquake with a 5% damping (SSE-5%) condition. The stress resulting from the seismic analysis in each of the three directions was combined with the SRSS to yield dynamic stresses. These static and dynamic stresses were summed by using the same SRSS. Finally, this total stress was compared with the allowable stress design, which was calculated based on the requirements of the KBC 2009, KS C IEC 61400-1, and KS C IEC 61400-2 codes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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