Due to the significant aerodynamic interference from sub-towers and surrounding tall buildings, the wind loads and dynamic responses on main tower of three-tower connected tall building typically change especially compared with those on the isolated single tall building. This paper addresses the wind load effects and equivalent static wind loads (ESWLs) of three-tower connected tall building based on measured synchronous surface pressures in a wind tunnel. The variations of the global shape coefficients and extremum wind loads of main tower structure with or without interference effect under different wind directions are studied, pointing out the deficiency of the traditional wind loads based on the load codes for the three-tower connected tall building. The ESWLs calculation method based on elastic restoring forces is proposed, which completely contains the quasi-static item, inertia item and the coupled effect between them. Then the wind-induced displacement and acceleration responses for main tower of three-tower connected tall building in the horizontal and torsional directions are investigated, subsequently the structural basal and floor ESWLs under different return periods, wind directions and damping ratios are studied. Finally, the action mechanism of interference effect on structural wind effects is investigated. Main conclusions can provide a sientific basis for the wind-resistant design of such three-tower connected tall building.
Flexible stay cables on cable-stayed bridges are three-dimensional. They sag and flex in the complex wind environment, which is a different situation to ideal rigid cylinders in two-dimensional wind flow. Aerodynamic interference and the response characteristics of wake galloping of full-scale parallel cables are potentially different due to three-dimensional flows around cables. This study presents a comprehensive wind tunnel investigation of wake galloping of parallel stay cables using three-dimensional aeroelastic cable models. The wind tunnel study focuses on the large spacing instability range, addressing the effects of cable separation, wind yaw angle, and wind angle of attack on wake galloping response. To investigate the effectiveness of vibration suppression measures, wind tunnel studies on the transversely connected cable systems for two types of connections (flexibility and rigidity) at two positions (mid-span and quarter-span) were also conducted. This experimental study provides useful insights for better understanding the characteristics of wake galloping that will help in establishing a guideline for the wind-resistant design of the cable system on cable-stayed bridges.
Yousef, Majdi A.A.;Selvam, Panneer R.;Prakash, Jai
Wind and Structures
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v.26
no.6
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pp.369-382
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2018
Tornadoes are vertical swirling air formed because of the existence of layers of air with contrasting features of temperature, wind flow, moisture, and density. Tornadoes induce completely different wind forces than a straight-line (SL) wind. A suitably designed building for an SL wind may fail when exposed to a tornado-wind of the same wind speed. It is necessary to design buildings that are more resistant to tornadoes. In tornado-damaged areas, dome buildings seem to have less damage. As a dome structure is naturally wind resistant, domes have been used in back yards, as single family homes, as in-law quarters, man caves, game rooms, storm shelters, etc. However, little attention has been paid to the tornadic wind interactions with dome buildings. In this work, the tornado forces on a dome are computed using Computational Fluid Dynamics (CFD) for tornadic and SL wind. Then, the interaction of a tornado with a dome and a prism building are compared and analyzed. This work describes the results of the tornado wind effect on dome and prism buildings. The conclusions drawn from this study are illustrated in visualizations. The tornado force coefficients on a dome building are larger than SL wind forces, about 120% more in x- and y-directions and 280% more in z-direction. The tornado maximum pressure coefficients are also higher than SL wind by 150%. The tornado force coefficients on the prism are larger than the forces on the dome, about 100% more in x- and y-directions, and about 180% more in z-direction. The tornado maximum pressure coefficients on prism also are greater those on dome by 150% more. Hence, a dome building has less tornadic load than a prism because of its aerodynamic shape.
A series of wind tunnel tests, including 1:50 sectional model tests, 1:50 free-standing bridge tower tests and 1:70 full-bridge aeroelastic model tests were carried out to systematically investigate the aerodynamic performance of the Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge (HZMB). The test result indicates that there are three wind-resistant safety issues the HZMB encounters, including unacceptable low flutter critical wind speed, vertical vortex-induced vibration (VIV) of the main girder and galloping of the bridge tower in across-wind direction. Wind-induced vibration of HZMB can be effectively suppressed by the application of aerodynamic and mechanical measures. Acceptable flutter critical wind speed is achieved by optimizing the main girder form (before: large cantilever steel box girder, after: streamlined steel box girder) and cable type (before: central cable, after: double cable); The installations of wind fairing, guide plates and increasing structural damping are proved to be useful in suppressing the VIV of the HZMB; The galloping can be effectively suppressed by optimizing the interior angle on the windward side of the bridge tower. The present works provide scientific basis and guidance for wind resistance design of the HZMB.
Proceedings of the Korean Society of Agricultural Engineers Conference
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2000.10a
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pp.466-470
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2000
Recently, the calculation of horizontal bearing capacity of piles foundation has been considered very important for earthquake or wind resistant design in Korea. This study deals with the lateral resistance of PHC pile instead of vertical capacity for earthquake resistant design as well as wind. As case study, the prediction values were compared with measured ones based on ASTM. During this research, Matlock & Reese, Davisson & Gill, Broms and Chang's methods were selected in calculating prediction of lateral resistance of PHC piles. In decomposed granite and clayey soils, The result showed that prediction values proposed by Matlock & Reese(Davisson & Gill), Chang and Broms were smaller values than real values. four proposed methods by Matlock & Reese(Davisson & Gill) and Chang based on lateral deflection and Broms by ultimate lateral resistance turned out valid in view of engineering practice.
The estimation of the extreme wind load (effect) under a mean recurrence interval (MRI) is an important task in the wind-resistant design for the structure. It can be predicted by either first-order method or full-order method, depending on the accuracy and complexity requirement. Although the first-order method with the consideration of wind directionality has been proposed, less work has been done on the full-order method, especially with the wind directionality. In this study, the full-order method considering the wind directionality is proposed based on multivariate joint probability distribution. Meanwhile, considering two wind directions, the difference of the corresponding results based on the first-order method and full-order method is analyzed. Finally, based on the measured wind speed data, the discrepancy between these two methods is investigated. Results show that the difference between two approaches is not obvious under larger MRIs while the underestimation caused by the first-order method can be larger than 15% under smaller MRIs. Overall, the first-order method is sufficient to estimate the extreme wind load (effect).
This paper provides a simple numerical method to determine the optimal parameters of tuned mass damper (TMD) and viscoelastic dampers (VEDs) in frame structure for wind vibration control considering the soil-structure interation (SSI) effect in frequency domain. Firstly, the numerical model of frame structure equipped with TMD and VEDs considering SSI effect is established in frequency domain. Then, the genetic algorithm (GA) is applied to obtain the optimal parameters of VEDs and TMD. The optimization process is demonstrated by a 20-storey frame structure supported by pile group for different soil conditions. Two wind resistant systems are considered in the analysis, the Structure-TMD system and the Structure-TMD-VEDs system. The example proves that this method can quickly determine the optimal parameters of energy dissipation devices compared with the traditional finite element method, thus is practically valuable.
Aiming at the wind-resistant design of a sea-crossing arch bridge, the static aerodynamic coefficients of its girder (composed of stretches of π-shaped cross-section and box cross-section) were studied by using computational fluid dynamics (CFD) numerical simulation and wind tunnel test. Based on the comparison between numerical simulation, wind tunnel test and specification recommendation, a combined calculation method for the horizontal force coefficient of intermediate and small span bridges is proposed. The results show that the two-dimensional CFD numerical simulations of the individual cross sections are sufficient to meet the accuracy requirements of engineering practice.
Wind pressure is a critical argument for the wind-resistant design of structures. The attempt, however, to explore the wind pressure field on buildings still encounters challenges though a large body of researches utilizing wind tunnel tests and wind field simulations were carried out, due to the difficulty in logical treatments on the scale effect and the modeling error. The full-scale measurement has not yet received sufficient attention. By performing a field measurement, the present paper systematically addresses wind pressures on the rectangular attic of a double-tower building. The spatial and temporal correlations among wind speed and wind pressures at measured points are discussed. In order to better understand the wind pressure distribution on the attic facades and its relationship against the approaching flow, a full-scale CFD simulation on the similar rectangular attic is conducted as well. Comparative studies between wind pressure coefficients and those provided in wind-load codes are carried out. It is revealed that in the case of wind attack angle being zero, the wind pressure coefficient of the cross-wind facades exposes remarkable variations along both horizontal and vertical directions; while the wind pressure coefficient of the windward facade remains stable along horizontal direction but exposes remarkable variations along vertical direction. The pattern of wind pressure coefficients, however, is not properly described in the existing wind-load codes.
Tall buildings have been traditionally designed to be symmetric rectangular, triangular or circular in plan, in order to avoid excessive seismic-induced torsional vibrations due to eccentricity, especially in seismic-prone regions like Japan. However, recent tall building design has been released from the spell of compulsory symmetric shape design, and free-style design is increasing. This is mainly due to architects' and structural designers' challenging demands for novel and unconventional expressions. Another important aspect is that rather complicated sectional shapes are basically good with regard to aerodynamic properties for crosswind excitations, which are a key issue in tall-building wind-resistant design. A series of wind tunnel experiments and numerical simulation have been carried out to determine aerodynamic forces and wind pressures acting on tall building models with various configurations: corner cut, setbacks, helical and so on. Dynamic wind-induced response analyses of these models have also been conducted. The results of these experiments have led to comprehensive understanding of the aerodynamic characteristics of tall buildings with various configurations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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