For a systematic study on wind-induced vibration characteristics of large hyperbolic cooling towers with different feature sizes, the pressure measurement tests are finished on the rigid body models of three representative cooling towers with the height of 155 m, 177 m and 215 m respectively. Combining the refined frequency-domain algorithm of wind-induced responses, the wind-induced average response, resonant response, background response, coupling response and wind vibration coefficients of large cooling towers with different feature sizes are obtained. Based on the calculating results, the parametric analysis on wind-induced vibration of cooling towers is carried out, e.g. the feature sizes, damping ratio and the interference effect of surrounding buildings. The discussion shows that the increase of feature sizes makes wind-induced average response and fluctuating response larger correspondingly, and the proportion of resonant response also gradually increased, but it has little effect on the wind vibration coefficient. The increase of damping ratio makes resonant response and the wind vibration coefficient decreases obviously, which brings about no effect on average response and background response. The interference effect of surrounding buildings makes the fluctuating response and wind vibration coefficient increased significantly, furthermore, the increase ranges of resonant response is greater than background response.
This paper presents a 1:25 multi-freedom aero-elastic model for a high lighting pole at the Zhoushan stadium. To validate the similarity characteristics of the model, a free vibration test was performed before the formal test. Beat phenomenon was found and eliminated by synthesis of vibration in the X and Y directions, and the damping ratio of the model was identified by the free decay method. The dynamic characteristics of the model were examined and compared with the real structure; the similarity results were favorable. From the test results, the major along-wind dynamic response was the first vibration component. The along-wind wind vibration coefficient was calculated by the China code and Eurocode. When the peak factor equaled 3.5, the coefficient calculated by the China code was close to the experimental result while Eurocode had a slight overestimation of the coefficient. The wind vibration coefficient during typhoon flow was analyzed, and a magnification factor was suggested in typhoon-prone areas. By analyzing the power spectrum of the dynamic cross-wind base shear force, it was found that a second-order vortex-excited resonance existed. The cross-wind response in the test was smaller than Eurocode estimation. The aerodynamic damping ratio was calculated by random decrement technique and the results showed that aerodynamic damping ratios were mostly positive at the design wind speed, which means that the wind-induced galloping phenomenon is predicted not to occur at design wind speeds.
This paper presents the dynamic characteristics analysis of the purlin-sheet roofs by the random vibration theories. Results show that the natural vibration frequency of the purlin-sheet roof is low, while the frequencies and mode distributions are very intensive. The random vibration theory should be used for the dynamic characteristics of the roof structures due to complex vibration response. Among the first 20th vibration modes, the first vibration mode is mainly the deformations of purlins, while the rest modes are the overall deformations of the roof. In the following 30th modes, it mainly performs unilateral local deformations of the roof. The frequency distribution of the first 20th modes varies significantly while those of the following 30th modes are relatively sensitive. For different parts, the contributions of vibration modes on the vibration response are different. For the part far from the roof ridge, only considering the first 5th modes can reflect the wind-induced vibration response. For the part near the ridge, at least the first 12 modes should be considered, due to complex vibration response. The wind vibration coefficients of the upwind side are slightly higher than that of the leeward side. Finally, the corresponding wind vibration coefficient for the purlin-sheet roof is proposed.
Teng Y. Xue;Hong B. Liu;Ting Zhou;Xin C. Chen;Xiang Zhang;Zhi P. Zou
Wind and Structures
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제37권3호
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pp.245-254
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2023
In this paper, the wind-induced response of Jiayuguan wooden building (world cultural heritage) in Northwest China was studied. ANSYS finite element software was used to establish four kinds of building models under different working conditions and carry out modal analysis. The simulation results were compared with the field dynamic test results, obtaining the model which reflects the real vibration characteristics of the wooden tower. Time history data of fluctuating wind speed was obtained by MATLAB programming. Time domain method and ANSYS were used to analyze the wind-induced vibration response time history of Jiayuguan wooden building, obtaining the displacement time history curve of the structure. It was suggested that the wind-induced vibration coefficient of Jiayuguan wooden building is 1.76. Through analysis of the performance of the building under equivalent static wind load, the maximum displacement occurs in the three-story wall, gold column and the whole roof area, and the maximum displacement of the building is 5.39 cm. The ratio of the maximum stress value to the allowable value of wood tensile strength is 45 %. The research results can provide reference for the wind resistant design and protection of ancient buildings with similar structure to Jiayuguan wooden tower.
Korea Design Standard (KDS) will be updated with two major revisions on the assessment of wind load and performance-based wind design (PBWD). Major changes on the wind load assessment are the wind load factor and basic wind speed. Wind load factor in KDS is reduced from 1.3 to 1, and mean recurrence interval (MRI) for basic wind speed increases from 100 years to 500 years considering the reduction of wind load factor. Additional modification is made including pressure coefficient, torsional moment coefficient and spectrum, and aeroelastic instability. Combined effect of the updates of KDS code on the assessment of wind load is discussed with the case study on the specified sites and building. PBWD is newly added in KDS code to consider the cases with various target performance, vortex-induced vibration, aeroelastic instability, or inelastic behavior. Proposed methods and target performance for PBWD in KDS code are introduced.
A major problem with high-mast light poles is the effects that wind vortex shedding can have on the pole itself because of the lock-in phenomenon. It is desired that the coefficients in the AASHTO Standard Specifications ($5^{th}$ edition) for Structural Supports for Highway Signs, Luminaries, and Traffic Signals be analyzed and refined. This is for the belief that the span of the shapes of poles for which the coefficients are used is much too broad and a specific coefficient for each different shape is desired. The primary objective of this study is to develop wind vortex shedding coefficient for a multisided shape. To do that, an octagonal shape was used as the main focus since octagonal cross sectioned high-mast light poles are one of the most common shapes in service. For the needed data, many wind parameters, such as the static drag coefficient, the slope of aerodynamic lift coefficient, Strouhal number, the lock-in range of wind velocities producing vibrations, and variation of amplitude of vortex-induced vibration with Scruton number are needed. From wind tunnel experiments, aerodynamic parameters were obtained for an octagonal shape structure. Even though aerodynamic coefficients are known from past test results, they need to be refined by conducting further wind tunnel tests.
This paper presents a novel test method for the galloping of iced conductor using wind generated by a moving vehicle which can produce relative wind field. The theoretical formula of transiting test is developed based on theoretical derivation and field test. The test devices of transiting test method for aerodynamic coefficient and galloping of an iced conductor are designed and assembled, respectively. The test method is then used to measure the aerodynamic coefficient and galloping of iced conductor which has been performed in the relevant literatures. Experimental results reveal that the theoretical formula of transiting test method for aerodynamic coefficient of iced conductor is accurate. Moreover, the driving wind speed measured by Pitot tube pressure sensors, as well as the lift and drag forces measured by dynamometer in the transiting test are stable and accurate. Vehicle vibration slightly influences the aerodynamic coefficients of the transiting test during driving in ideal conditions. Results of transiting test show that the tendencies of the aerodynamic coefficient curve are generally consistent with those of the wind tunnel tests in related studies. Meanwhile, the galloping is fairly consistent with that obtained through the wind tunnel test in the related literature. These studies validate the feasibility and effectiveness of the transiting test method. The present study on the transiting test method provides a novel testing method for research on the wind-resistance of iced conductor.
Although the underlying mechanism of rain-wind induced vibrations (RWIVs) of stay cables has not been fully understood, some countermeasures have been successfully applied to mitigating this kind of vibration. Among these, installing dampers near the bridge deck was widely adopted, and several field observations have shown its effectiveness. In this study, the effectiveness of dampers to RWIVs of stay cables is numerically investigated comprehensively by means of finite difference method (FDM). Based on the free vibration analysis of a taut string, it is found that the 3-points triangle scheme, which can be easily implemented in FDM, can offer an excellent approximation of the concentrated damping coefficient (expressed as a Dirac delta function) at the location where the damper is installed. Then, free vibration analysis of a 3-D continuous stay cable attached with two dampers is carried out to study the relationship of modal damping ratio and damping coefficient of the dampers. The effects of orientation of the dampers and cable sag on the modal damping ratio are investigated in detail. Finally, the RWIV response of a 3-D continuous stay cable attached with two dampers is examined. The results indicate that 0.5% of damping ratio is sufficient to reduce the RWIV vibration of the Cable A20 on the No.2 Nanjing Bridge over Yangtze River.
In wind tunnel experiments, the blockage effect is a very important factor which affects the test results significantly. A number of investigations into this problem, especially on the blockage correction of drag coefficient, have been carried out in the past. However, only a limited number of works have been reported on the wind tunnel blockage effect on wind-induced vibration although it is considered to be fairly important. This paper discusses the aerodynamic characteristics of the square model and square model with corner cut based on a series of the wind tunnel tests with various blockage ratios and angles of attack. From the test results, the aerodynamic behavior of square models with up to 10% blockage ratio are almost the same and square models with up to 10% blockage ratio can be tested as a group which behaves similarly.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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