Kim, Dae-Ho;Ahn, Jae-Woo;Park, Sung-Gun;Jun, Seock-Hee;Oh, Yeong-Tae
Journal of Advanced Research in Ocean Engineering
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제1권4호
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pp.239-251
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2015
In this study, a spectral fatigue analysis was performed for the topside structure of an offshore floating vessel. The topside structure was idealized using beam elements in the SACS program. The fatigue analysis was carried out considering the wave and wind loads separately. For the wave-induced fatigue damage calculation, motion RAOs calculated from a direct wave load analysis and regular waves with different periods and unit wave heights were utilized. Then, the member end force transfer functions were generated covering all the loading conditions. Stress response transfer functions at each joint were produced using the specified SCFs and member end force transfer functions. fatigue damages were calculated using the obtained stress ranges, S-N curve, wave spectrum, heading probability of each loading condition, and their corresponding occurrences in the wave scatter diagrams. For the wind induced fatigue damage calculation, a dynamic wind spectral fatigue analysis was performed. First, a dynamic natural frequency analysis was performed to generate the structural dynamic characteristics, including the eigenvalues (natural frequencies), eigenvectors (mode shapes), and mass matrix. To adequately represent the dynamic characteristic of the structure, the number of modes was appropriately determined in the lateral direction. Second, a wind spectral fatigue analysis was performed using the mode shapes and mass data obtained from the previous results. In this analysis, the Weibull distribution of the wind speed occurrence, occurrence probability in each direction, damping coefficient, S-N curves, and SCF of each joint were defined and used. In particular, the wind fatigue damages were calculated under the assumption that the stress ranges followed a Rayleigh distribution. The total fatigue damages were calculated from the combination with wind and wave fatigue damages according to the DNV rule.
Enajar, Adnan F.;Jacklin, Ryan B.;El Damatty, Ashraf A.
Wind and Structures
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제28권3호
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pp.181-190
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2019
Light-frame wood structures have the ability to carry gravity loads. However, their performance during severe wind storms has indicated weakness with respect to resisting uplift wind loads exerted on the roofs of residential houses. A common failure mode observed during almost all main hurricane events initiates at the roof-to-wall connections (RTWCs). The toe-nail connections typically used at these locations are weak with regard to resisting uplift loading. This issue has been investigated at the Insurance Research Lab for Better Homes, where full-scale testing was conducted of a house under appropriate simulated uplift wind loads. This paper describes the detailed and sophisticated numerical simulation performed for this full-scale test, following which the numerical predictions were compared with the experimental results. In the numerical model, the nonlinear behavior is concentrated at the RTWCs, which is simulated with the use of a multi-linear plastic element. The analysis was conducted on four sets of uplift loads applied during the physical testing: 30 m/sincreased by 5 m/sincrements to 45 m/s. At this level of uplift loading, the connections exhibited inelastic behavior. A comparison with the experimental results revealed the ability of the sophisticated numerical model to predict the nonlinear response of the roof under wind uplift loads that vary both in time and space. A further component of the study was an evaluation of the load sharing among the trusses under realistic, uniform, and code pressures. Both the numerical model and the tributary area method were used for the load-sharing calculations.
This article synthesizes the literature on the meteorology, experimental simulation, and wind engineering ramifications of intense downburst outflows. A novel design of a large-scale test facility and experimental evidence of its validity are presented. A two-dimensional slot jet is used to simulate only the outflow region of a downburst. Profiles of mean velocity and turbulence quantities are acquired using hot-wire anemometry. Comparison with the literature provides empirical evidence that supports the current approach. A geometric analysis considers the validity of applying a two-dimensional approximation for downburst wind loading of structures. This analysis is applicable to power transmission lines in particular. The slot jet concept can be implemented in a large boundary layer wind tunnel to enable large-scale laboratory experiments of thunderstorm wind loads on structures.
A solar power generator is usually installed outdoors and it is exposed to extreme environments such as snow weight and wind loading. The solar tracker structure should be designed to have sufficient stiffness and strength against such loads. In this paper, simulations are performed by varying the parameters such as wind directions, wind speeds and the pose of the solar panel to evaluate the effects of extreme wind on solar tracker. As the effects of wind load, maximum displacement and maximum equivalent stress in the solar tracker are calculated. Finite element stress analysis is carried out by using the pressure distribution that is obtained by prior wind load analysis due to the flow around the solar tracker. The stress analysis of solar tracker to check and/or improve structural robustness provides some useful instructions for structural design or revision of solar tracker.
Past experience indicates that the majority of failures of electrical transmission tower structures occurred during high intensity wind events, such as downbursts. The wind load distribution associated with these localized events is different than the boundary layer wind profile that is typically used in the design of structures. To the best of the authors' knowledge, this study represents the first comprehensive investigation that assesses the effect of varying the downburst parameters on the structural performance of a transmission line structure. The study focuses on a guyed tower structure and is conducted numerically using, as a case study, one of the towers that failed in Manitoba, Canada, during a downburst event in 1996. The study provides an insight about the spatial and time variation of the downburst wind field. It also assesses the variation of the tower members' internal forces with the downburst parameters. Finally, the structural behaviour of the tower under critical downburst configurations is described and is compared to that resulting from the boundary layer normal wind load conditions.
Wind loading is very important, even dominant in some cases, to large-span single-layer reticulated shells. At present, usually equivalent static methods based on quasi-steady assumption, as the same as the wind-resistant design of low-rise buildings, are used in the structural design. However, it is not easy to estimate a suitable equivalent static wind load so that the effects of fluctuating component of wind on the structural behaviors, especially on structural stability, can be well considered. In this paper, the effects of fluctuating component of wind load on the stability of a single-layer reticulated spherical shell model are investigated based on wind pressure distribution measured simultaneously in the wind tunnel. Several methods used to estimate the equivalent static wind load distribution for equivalent static wind-resistant design are reviewed. A new simple method from the stability point of view is presented to estimate the most unfavorable wind load distribution considering the effects of fluctuating component on the stability of shells. Finally, with comparisive analyses using different methods, the efficiency of the presented method for wind-resistant analysis of single-layer reticulated shells is established.
Tall buildings under wind action usually oscillate simultaneously in the along-wind and across-wind directions as well as in torsional modes. While several procedures have been developed for predicting wind-induced loads and responses in along-wind direction, accurate analytical methods for estimating across-wind and torsional response have not been possible yet. Simplified empirical formulas for estimation of the across-wind dynamic responses of rectangular tall buildings are presented in this paper. Unlike established empirical formulas in codifications, the formulas proposed in this paper are developed based on simultaneous pressure measurements from a series of tall building models with various side and aspect ratios in a boundary layer wind tunnel. Comparisons of the across-wind responses determined by the proposed formulas and the results obtained from the wind tunnel tests as well as those estimated by two well-known wind loading codes are made to examine the applicability and accuracy of the proposed simplified formulas. It is shown through the comparisons that the proposed simplified formulas can be served as an alternative and useful tool for the design and analysis of wind effects on rectangular tall buildings.
This paper describes wind investigations for the Leaning Tower of Pisa which were conducted as part of an overall evaluation of its behaviour. Normally a short, stiff and heavy building would not be a candidate for detailed wind analyses. However, because of extremely high soil pressures developed from its inclination, there has been increasing concern that environmental loading such as wind actions could combine with existing conditions to cause the collapse of the tower. The studies involved wind assessment at the site as a function of wind direction, analysis of historical wind data to determine extreme wind probabilities of occurrence, estimation of structural properties, analytical and boundary layer wind tunnel investigations of wind loads and evaluation of the response with special concern for loads in the direction of inclination of the tower and significant wake effects from the neighboring cathedral for critical wind directions. The conclusions discuss the role of wind on structural safety, the precision of results attained and possible future studies involving field measurements aimed at validating or improving the analytical and boundary layer wind tunnel based assessments.
This study was carried using the new approach method to design appropriately the Loading Arm length and the alarm setting according to ship movements on Loading and Unloading marine Berth. The quasi-static mooring analysis was performed to estimate 110,000DWT ship's movements based on environmental conditions such as wind, current and wave. The mooring motion of the ship is very important to determine the loading arm scope, and in this case, the operation condition is performed on the ship without considering the damaged condition of the mooring line because the ship movement in case of damage is larger than intact, and all operations are stopped, the loading arm being released due to control system. From the result of mooring analysis, motion displacements, velocities and accelerations were simulated. They were used to simulate the maximum drifting speeds and distances. The maximum drifting speeds were checked to be satisfied within drifting speed limits. The total maximum drifting distances were simulated with alarm steps of the new approach method. Finally, the loading arm envelopes using the total maximum drifting distances were completed. Therefore, it was confirmed that the new approach method for loading arm envelopes and alarm settings was appropriate from the above results. In the future, it will be necessary to perform the further advanced dynamic mooring analysis instead of the quasi-static mooring analysis and to use the precise computer program analysis for various environments and ship movement conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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