The full-scale measurements are compared with the wind tunnel test results for the long-span roof latticed spatial structure of Shenzhen Citizen Center. A direct comparison of model testing results to full-scale measurements is always desirable, not only in validating the experimental data and methods but also in providing better understanding of the physics such as Reynolds numbers and scale effects. Since the quantity and location of full-scale measurements points are different from those of the wind tunnel tests taps, the weighted proper orthogonal decomposition technique is applied to the wind pressure data obtained from the wind tunnel tests to generate a time history of wind load vector, then loads acted on all the internal nodes are obtained by interpolation technique. The nodal mean wind pressure coefficients, root-mean-square of wind pressure coefficients and wind pressure power spectrum are also calculated. The time and frequency domain characteristics of full-scale measurements wind load are analyzed based on filtered data-acquisitions. In the analysis, special attention is paid to the distributions of the mean wind pressure coefficients of center part of Shenzhen Citizen Center long-span roof spatial latticed structure. Furthermore, a brief discussion about difference between the wind pressure power spectrum from the wind tunnel experiments and that from the full-scale in-site measurements is compared. The result is important fundament of wind-induced dynamic response of long-span spatial latticed structures.
A wind tunnel test of a scaled-down model and field measurement were effective methods for elucidating the aerodynamic behavior of a chimney under a wind load. Therefore, the relationship between the results of the wind tunnel test and the field measurement had to be determined. Accordingly, the set-up and testing method in the wind tunnel had to be modified from the field measurement to simulate the real behavior of a chimney under the wind flow with a larger Reynolds number. It enabled the results of the wind tunnel tests to be correlated with the field measurement. The model surface roughness and different turbulence intensity flows were added to the test. The simulated results of the wind tunnel test agreed with the full-scale measurements in the mean surface pressure distribution behavior.
Results of measurements of surface pressure and of velocity field made on a full-scale 6 m cube in natural wind are reported. Comparisons are made with results from boundary-layer wind-tunnel studies reported in the literature. Two flow angles are reported; flow normal to a face of the cube (the $0^{\circ}$ case) and flow at $45^{\circ}$. In most comparisons, the spread of wind-tunnel results of pressure measurements spans the full-scale measurements. The exception to this is for the $0^{\circ}$ case where the roof and side-wall pressures at full-scale are more negative, and as a result of this the leeward wall pressures are also lower. The cause of this difference is postulated to be a Reynolds Number scale effect that affects flow reattachment. Measurements of velocity in the vicinity of the cube have been used to define the mean reattachment point on the roof centre line for the $0^{\circ}$ case, and the ground level reattachment point behind the cube for both $0^{\circ}$ and $45^{\circ}$ flow. Comparisons are reported with another full-scale experiment and also with wind-tunnel experiments that indicate a possible dependency on turbulence levels in the approach flow.
A novel probabilistic approach is presented for estimating the equivalent static wind loads that produce a static response of the structure, which is "equivalent" in a probabilistic sense, to the extreme dynamic responses due to the unsteady pressure random field induced by the wind. This approach has especially been developed for complex structures (such as stadium roofs) for which the unsteady pressure field is measured in a boundary layer wind tunnel with a turbulent incident flow. The proposed method deals with the non-Gaussian nature of the unsteady pressure random field and presents a model that yields a good representation of both the quasi-static part and the dynamical part of the structural responses. The proposed approach is experimentally validated with a relatively simple application and is then applied to a stadium roof structure for which experimental measurements of unsteady pressures have been performed in boundary layer wind tunnel.
Wind tunnel pressure measurements and numerical simulations based on the Reynolds Stress Model (RSM) are compared with full and model scale data in the flow area of impingement, separation and wake for $60^{\circ}$ and $90^{\circ}$ wind azimuth angles. The phase averaged fluctuating pressures simulated by the RSM model are combined with modelling of the small scale, random pressure field to produce the total, instantaneous pressures. Time averaged, rsm and peak pressure coefficients are consequently calculated. This numerical approach predicts slightly better the pressure field on the roof of the TTU (Texas Tech University) building when compared to the wind tunnel experimental results. However, it shows a deviation from both experimental data sets in the impingement and wake regions. The limitations of the RSM model in resolving the intermittent flow field associated with the corner vortex formation are discussed. Also, correlations between the largest roof suctions and the corner vortex "switching phenomena" are observed. It is inferred that the intermittency and short duration of this vortex switching might be related to both the wind tunnel and numerical simulation under-prediction of the peak roof suctions for oblique wind directions.
Simultaneous pressure and force measurements have been conducted on a stationary box deck section model for two configurations (namely without and with New Jersey traffic barriers) at various angles of incidence. The mean and fluctuating aerodynamic coefficients and pressure coefficients were derived, together with their spectra and with the coherence functions between the pressures and the total aerodynamic forces. The mean aerodynamic coefficients derived from force measurements are first compared with those derived from the integration of the pressures on the deck surface. Correlation between forces and local pressures are determined in order to gain insight on the wind excitation mechanism. The influence of the angle of incidence on the pressure distribution and on the fluctuating forces is also analysed. It is evidenced how particular deck section areas are more responsible for the aerodynamic excitation of the deck.
Wind tunnel measurements on T-shaped free-standing walls and inclined free-standing walls have been carried out. Mean net pressure coefficients have been derived and compared with previous research. It was observed that the high loads at the free ends are differently distributed than those derived from the pressure coefficients for free-standing walls in EN 1991-1-4. In addition net pressure coefficients based on extreme value analysis have been obtained. The lack of correlation of the wind induced pressures at windward and leeward side result in lower values for the net pressure coefficients when based on extreme value analysis. The results of this wind tunnel study have been included in Dutch guidelines for noise barriers.
K B Rajasekarababu;G Vinayagamurthy;Ajay Kumar T M;Selvirajan S
국제초고층학회논문집
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제11권4호
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pp.287-300
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2022
Unconventional structures are getting more popular in recent days. Large-span roofs are used for many structures, such as airports, stadiums, and conventional halls. Identifying the pressure distribution and wind load acting on those structures is essential. This paper offers a collaborative study of computational fluid dynamics (CFD) simulations and wind tunnel tests for assessing wind pressure distribution for a building with a combined slender curved roof. The hybrid turbulence model, Improved Delayed Detached Eddy Simulation (IDDES), simulates the open terrain turbulent flow field. The wind-induced local pressure coefficients on complex roof structures and the turbulent flow field around the structure were thus calculated based upon open terrain wind flow simulated with the FLUENT software. Local pressure measurements were investigated in a boundary layer wind tunnel simultaneous to the simulation to determine the pressure coefficient distributions. The results predicted by CFD were found to be consistent with the wind tunnel test results. The comparative study validated that the recommended IDDES model and the vortex method associated with CFD simulation are suitable tools for structural engineers to evaluate wind effects on long-span complex roofs and plan irregular buildings during the design stage.
This paper surveys and complements contributions by the National Institute of Standards and Technology to techniques ensuring that the wind tunnel procedure for the design of high-rise structures is based on sound methods and allows unambiguous inter-laboratory comparisons. Developments that enabled substantial advances in these techniques include: Instrumentation for simultaneously measuring pressures at multiple taps; time-domain analysis methods for estimating directional dynamic effects; creation of large simulated extreme directional wind speed data sets; non-parametric methods for estimating mean recurrence intervals (MRIs) of Demand-to-Capacity Indexes (DCIs); and member sizing based on peak DCIs with specified MRIs. To implement these advances changes are needed in the traditional division of tasks between wind and structural engineers. Wind engineers should provide large sets of directional wind speeds, pressure coefficient time series, and estimates of uncertainties in wind speeds and pressure coefficients. Structural engineers should perform the dynamic analyses, estimates of MRIs of wind effects, sensitivity studies, and iterative sizing of structural members. The procedure is transparent, eliminates guesswork inherent in frequency domain methods and due to the lack of pressure measurements, and enables structural engineers to be in full control of the structural design for wind.
Synchronous wind-induced pressures, measured in wind-tunnel tests on model buildings instrumented with hundreds of pressure taps, are an invaluable resource for designing safe buildings efficiently. They enable a much more detailed, accurate representation of the forces and moments that drive engineering design than conventional tables and graphs do. However, the very large volumes of data that such tests typically generate pose a challenge to their widespread use in practice. This paper explains how a wavelet representation for the time series of pressure measurements acquired at each tap can be used to compress the data drastically while preserving those features that are most influential for design, and also how it enables incremental data transmission, adaptable to the accuracy needs of each particular application. The loss incurred in such compression is tunable and known. Compression rates as high as 90% induce distortions that are statistically indistinguishable from the intrinsic variability of wind-tunnel testing, which we gauge based on an unusually large collection of replicated tests done under the same wind-tunnel conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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