Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.3
no.2
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pp.11-17
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2000
The drift and movement of oil slick in the sea are closely related to the flows at the sea surface (at 0m depth) because specific gravity of an oil is lighter than that of sea water. As an effort toward a development of realistic model for oil spill drift on the sea surface, a study on sea surface wind-induced drift (skin drift) at 4 coastal regions of Korea was carried out. In this study, skin drifts were inferred from difference between the flow at the sea surface and that in underwater (at 1.5m depth). The average speed of skin drift in our experiments was 2.9% of wind speeds and the average direction of skin drift to wind was deflected to the right by 18.6°. The results of this experiment were used in the modelling of the skin drift as a prompt response of time-variable wind. The modelled skin drift, which corresponds to observed wind, successfully reproduced the observed trajectories of sea surface flows.
To study the vibration frequency of super high-rise buildings in the process of vortex induced vibration (VIV), wind tunnel tests of multi-degree-of-freedom (MDOF) aero-elastic models were carried out to measure the vibration frequency of the system directly. The effects of structural damping, wind field category, mass density, reduced wind velocity ($V_r$), as well as VIV displacement on the VIV frequency were investigated systematically. It was found that the frequency drift phenomenon cannot be ignored when the building is very high and flexible. When $V_r$ is less than 8, the drift magnitude of the frequency is typically positive. When $V_r$ is close to the critical wind velocity of resonance, the frequency drift magnitude becomes negative and reaches a minimum at the critical wind velocity. When $V_r$ is larger than12, the frequency drift magnitude almost maintains a stable value that is slightly smaller than the fundamental frequency of the aero-elastic model. Furthermore, the vibration frequency does not lock in the vortex shedding frequency completely, and it can even be significantly modified by the vortex shedding frequency when the reduced wind velocity is close to 10.5.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2004.10a
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pp.43-51
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2004
As the slenderness ratio of a high-rise building increases, the lateral load resisting system for the building is more often determined by serviceability design criteria. In serviceability design, the maximum drift and the level of vibration are controlled not to exceed the design criteria. Even though many drift method have been developed in various forms, no practical design method for wind induced vibration has been developed so far. Structural engineers rely upon heuristic or experience in designing wind induced vibration. Development of practical design method for wind induced vibration is required. Generally, wind induced acceleration responses are depending on several variables such as the weight density of a building, damping ratio, the natural period, and etc.. All parameters except the natural period or frequency are usually out of reach for structural engineers, then the wind acceleration response may be proportioned to the natural period. Therefore, in this paper, a wind induced vibration design method based on frequency control technique for high-rise is proposed. The method is applied to vibration design of a 25-story office building for performance evaluation.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2005.04a
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pp.375-382
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2005
In this paper, a practical control method of wind-induced vibration of high-rise buildings is presented in the form of resizing algorithm. In the structural design process for high-rise buildings, the lateral load resisting system for the building is more often determined by serviceability design criteria including wind-induced vibration level. Even though many drift method have been developed in various forms, no practical design method for wind induced vibration has been developed so far. Structural engineers rely upon heuristic or experience in designing wind induced vibration. The performance of the proposed method is evaluated by comparing wind-induced vibration levels estimated both from approximate techniques and wind tunnel test.
This paper presents an integrated wind-induced dynamic analysis and computer-based design optimization technique for minimizing the structural cost of general tall buildings subject to static and dynamic serviceability design criteria. Once the wind-induced dynamic response of a tall building structure is accurately determined and the optimal serviceability design problem is explicitly formulated, a rigorously derived Optimality Criteria (OC) method is to be developed to achieve the optimal distribution of element stiffness of the structural system satisfying the wind-induced drift and acceleration design constraints. The effectiveness and practicality of the optimal design technique are illustrated by a full-scale 60-story building with complex 3D mode shapes. Both peak resultant acceleration criteria and frequency dependent modal acceleration criteria are considered and their influences on the optimization results are highlighted. Results have shown that the use of various acceleration criteria has different implications in the habitability evaluations and subsequently different optimal design solutions. The computer based optimization technique provides a powerful tool for the lateral drift and occupant comfort design of tall building structures.
The importance of appropriate use of damping evaluation techniques and points to note for accurate evaluation of damping are first discussed. Then, the variation of damping ratio with amplitude is discussed, especially in the amplitude range relevant to wind-resistant design of buildings, i.e. within the elastic limit. The general belief is that damping increases with amplitude, but it is emphasized that there is no evidence of increasing damping ratio in the very high amplitude range within the elastic limit of main frames, unless there is damage to secondary members or architectural finishings. The damping ratio rather decreases with amplitude from a certain tip drift ratio defined as "critical tip drift ratio," after all friction surfaces between primary/structural and secondary/non-structural members have been mobilized.
The vortex-drift pattern over a girder surface, actually demonstrating the complex fluid-structure interactions between the structure and surrounding flow, is strongly correlated with the VIVs but has still not been elucidated and may be useful for modeling VIVs. The complex fluid-structure interactions between the structure and surrounding flow are considerably simplified in constructing a vortex model to describe the vortex-drift pattern characterized by the ratio of the vortex-drift velocity to the oncoming flow velocity, considering the aerodynamic work. A spring-suspended sectional model (SSSM) is used to measure the pressure in wind tunnel tests, and the aerodynamic parameters for a typical streamlined closed-box girder are obtained from the spatial distribution of the phase lags between the distributed aerodynamic forces at each pressure point and the vortex-excited forces (VEFs). The results show that the ratio of the vortex-drift velocity to the oncoming flow velocity is inversely proportional to the vibration amplitude in the lock-in region and therefore attributed to the "lock-in" phenomena of the VIVs. Installing spoilers on handrails can destroy the regular vortex-drift pattern along the girder surface and thus suppress vertical VIVs.
Bin Wang;Shengran Hao;Shu Liu;Duote Liu;Yongle Li;Haicui Wang
Wind and Structures
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v.39
no.3
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pp.207-222
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2024
This paper presents a numerical simulation method for snow drift that takes into account the cohesion effect of snow particles. The critical state of free collapse accumulation of idealized snow particles is used to indirectly infer the effect of interparticle interactions on snow transport and re-accumulation. With the help of the Hertz-Mindlin with JKR cohesion contact model, the particle angle of repose is calibrated with a number of contact parameters through numerical experiment. The surface energy for a given property of snow particles is determined using the observed snow angle of repose, and a continuous-discrete snow drift two-way coupled numerical model incorporating these optimized contact parameters is developed. The snow redistribution pattern on a stepped flat roof structure is simulated, and the results are found to be consistent with those of the field measured in terms of phenomena and general laws, verifying the achievability and effectiveness of the presented method. To eliminate the influence of environmental conditions, wind tunnel tests are also conducted, and it is found that the reconstructed depth and reaccumulated angle of snowdrift resulting from the numerical simulation are in closer agreement with the experimental results, further confirming the enhancement achieved by introducing the contact effect.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.5
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pp.465-473
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2010
As increase of height and slenderness of buildings, serviceability design criteria such as maximum lateral drift and wind-induced vibration level play an important role in structural design of high-rise buildings. Especially, wind-induced vibration is directly related to discomfort of occupants. However, no practical algorithm or design method is available for structural designers to control the acceleration level due to wind. This paper presented a control method for wind-induced vibration of high-rise buildings using the resizing algorithm. The level of vibration due to wind is calculated by well known estimation rules of ASCE 7-02, NBCC 95, SAA83, and Solari method. Based on the fact that the level of wind-induced vibration is inversely proportional to the magnitude of natural periods of buildings, in the design method, natural periods of a high-rise building are modified by redistribution of structural weight according to the resizing algorithm. The design method is applied to wind-induced vibration control design of real 42-story residential building and evaluated the efficiency and effectiveness.
Bubryur Kim;K.R. Sri Preethaa;Zengshun Chen;Yuvaraj Natarajan;Gitanjali Wadhwa;Hong Min Lee
Wind and Structures
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v.36
no.6
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pp.379-392
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2023
Structural health monitoring is used to ensure the well-being of civil structures by detecting damage and estimating deterioration. Wind flow applies external loads to high-rise buildings, with the horizontal force component of the wind causing structural displacements in high-rise buildings. This study proposes a deep learning-based predictive model for measuring lateral displacement response in high-rise buildings. The proposed long short-term memory model functions as a sequence generator to generate displacements on building floors depending on the displacement statistics collected on the top floor. The model was trained with wind-induced displacement data for the top floor of a high-rise building as input. The outcomes demonstrate that the model can forecast wind-induced displacement on the remaining floors of a building. Further, displacement was predicted for each floor of the high-rise buildings at wind flow angles of 0° and 45°. The proposed model accurately predicted a high-rise building model's story drift and lateral displacement. The outcomes of this proposed work are anticipated to serve as a guide for assessing the overall lateral displacement of high-rise buildings.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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