The across-wind dynamic loads on L-shaped tall buildings with various geometric dimensions were investigated through a series of wind tunnel testing. The lift coefficients, power spectral densities and vertical correlation coefficients of the across-wind loads were analyzed and discussed in details. Taking the side ratio and terrain category as key variables, empirical formulas for estimating the across-wind dynamic loads on L-shaped tall buildings were proposed on the basis of the wind tunnel testing results. Comparisons between the predictions by the empirical formulas and the wind tunnel test results were made to verify the accuracy and applicability of the proposed formulas. Moreover, a simplified procedure to evaluate the across-wind dynamic loads on L-shaped tall buildings was derived from the proposed formulas. This study aims to provide a simple and reliable way for the estimation of across-wind dynamic loads on L-shaped tall buildings.
Estimation of loads on tunnel lining is one of the major issues to be addressed in the design of a tunnel. The existing analytical methods do not consider important details of construction and the variation of geology along the tunnel axis. The measured loads obtained from several sanitary and subway tunnels in Edmonton, Alberta, Canada, are compared with the lining loads calculated using the existing analytical methods. However, the existing methods are determined to be not fully satisfactory for the estimation of lining loads. To account for face and heading effects occurring prior to lining installation, the stress reduction factor determined using Eisenstein and Negro's method is used coupled with an analytical solution for calculation of lining loads.
The dynamic response of crossing tunnels under heavy-haul train loads is still not fully understood. In this study, based on the case of a high-speed tunnel underneath an existing heavy-haul railway tunnel, a model experiment was performed to research the dynamic response characteristics of crossing tunnels. It is found that the under-crossing changes the dynamic response of the existing tunnel and surrounding rock. The acceleration response of the existing tunnel enhances, and the dynamic stress of rock mass between crossing tunnels decreases after the excavation. Both tunneling and the excitation of heavy-haul train loads stretch the tunnel base, and the maximum tensile strain is 18.35 µε in this model test. Then, the measured results were validated by numerical simulation. Also, a parametric study was performed to discuss the influence of the relative position between crossing tunnels and the advanced support on the dynamic behavior of the existing tunnel, where an amplifying coefficient of tunnel vibration was introduced to describe the change in acceleration due to tunneling. These results reveal the dynamic amplifying phenomenon of the existing tunnel during the new tunnel construction, which can be referred in the dynamic design of crossing tunnels.
The paper reviews and discusses the substantive changes to the ASCE 49-21 Standard, Wind Tunnel Testing for Buildings and Other Structures. The most significant changes are the requirements for wind field simulations that utilize (i) partial turbulence simulations, (ii) partial model simulations for the flow around building Appurtenances, along with requirements for determining wind loads on products that are used at multiple sites in various configurations. These modifications tend to have the effect of easing the precise scaling requirements for flow simulations because it is not generally possible to construct accurate models for small elements placed, for example, on large buildings at the scales typically available in boundary layer wind tunnels. Additional discussion is provided on changes to the Standard with respect to measurement accuracy and data acquisition parameters, such as duration of tests, which are also related to scaling requirements. Finally, research needs with respect to aerodynamic mechanisms are proposed, with the goal of improving the understanding of the role of turbulence on separated-reattaching flows on building surfaces in order to continue to improve the wind tunnel method for determining design wind loads.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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1998.05a
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pp.153-204
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1998
Prediction of lining loads due to tunnelling is one of the major issues to be addressed in the design of a tunnel. The objective of this study is to investigate rational and realistic design loads on tunnel linings. factors influencing the lining load are summarized and discussed. The instruments for measuring the lining loads are reviewed and discussed because field measurements are often necessary to verify the design methods. Tunnel construction in the City of Edmonton has been very active for storm and sanitary purposes. Since the early 1970's, the city has also been developing an underground Light Rail Transit system. The load measurements obtained from these tunnels are compared with the results from the existing design methods. However, none of the existing methods are totally satisfactory, Therefore, there is some room for improvement in the prediction of lining loads. The convergence-confinement method is reviewed and applied to a case history of a tunnel in Edmonton. The convergence curves are obtained from 2-D finite element analyses using three different material models and theoretical equations. The limitation of the convergence-confinement method is discussed by comparing these curves with the field measurements. Three-dimensional finite element analyses are performed to gain a better understanding of stress and displacement behaviour near the tunnel face. An improved design method is proposed based on the review of existing design methods and the performance of numerical analyses. A specific method or combination of two different methods is suggested for the estimation of lining loads for different conditions of tunnelling. A method to determine the stress reduction factor is described. Typical values of dimensionless load factors nD/H for tunnels in Edmonton are obtained from parametric analyses. Finally, the loads calculated using the proposed method are compared with field measurements collected from various tunnels in terms of soil types and construction methods to verify the method. The proposed method gives a reasonable approximation of the lining loads. The proposed method is recommended as an approximate guideline for the design of tunnels, but the results should be confirmed by field measurements due to the uncertainties of the ground and lining properties and the construction procedures, This is the reason that in-situ monitoring should be an integral part of the design procedure.
This paper uses ten years of on-site monitoring data for the Confederation Bridge to derive wind loads and investigate whether the bridge has experienced its design wind force effects since its completion in 1997. The load effects derived using loads from the on-site monitoring data are compared to the load effects derived using loads from the 1994 and 2009 wind tunnel aerodynamic model tests. The research shows, for the first time, that the aerodynamic model-based methodology originally developed in 1994 is a very accurate method for deriving wind loads for structural design. The research also confirms that the bridge has not experienced its specified (i.e., unfactored) wind force effects since it was opened to traffic in 1997, even during the most severe event that has occurred during this period.
It is the common practice to over design the reinforcement for the secondary tunnel lining due to the lack of rational insight into the ground loosening loads. and due to the conservative application of the empirical design methods. The main loads of the secondary lining are the ground Loosening loads and the ground water pressure, and the ground load is critical in the reinforcement design of the secondary lining in the case of drained tunnel. If the external load is absent around a tunnel, the reasons of the load far secondary tunnel lining are the deterioration of the primary supports such as shotcrete, steel rib, and rockbolts. Accordingly, the analysis method considering the ground-primary supports-secondary lining interaction should be required tar the rational design of the secondary tunnel lining. In this paper, the interaction was conceptually described by the simple mass-spring model and the load transfer from the ground and primary supports to the secondary lining is showed by the ground-primary supports-secondary lining reaction curves fur the theoretical solution of a circular tunnel. And also, the application of this proposed model to numerical analysis is verified in order to check the potential far the tunnel with the complex analysis conditions.
In order to investigate the characteristics of torsional wind loads on rectangular tall buildings, five models with different rectangular cross-sections were tested in a boundary wind tunnel. Based on the test results, the RMS force coefficients, power spectrum densities as well as vertical correlation functions of torsional wind loads were analyzed. Formulas that took the side ratio as parameters were proposed to fit the test results above. Comparisons between the results calculated by the formulas and the wind tunnel measurements were made to verify the reliability of the proposed formulas. An simplified expression to evaluate the dynamic torsional wind loads on rectangular tall buildings in urban terrain is presented on basis of the above formulas and has been proved by a practical project. The simplified expressions as well as the proposed formulas can be applied to estimate wind-induce torsional response on rectangular tall buildings in the frequency domain.
In this study, the tunnel loads acting on the concrete lining are analyzed by comparing three methods - Terzaghi table, Terzaghi formula and Ground-Lining Interaction (G.L.I) model. The tunnel loads are analyzed by FLAC 2D. And the G.L.I model is analyzed under various rock mass ratings, tunnel depths (20~80m) and in-situ stress ratios ($K_0$=0.5~2.0). Terzaghi's method can be applied only to weathered rocks and soils, and cannot reflect the effect of various tunnel depths and in-situ stress ratio. The proposed G.L.I model can not only be applied to various ground conditions, but also relieves the tunnel loads by up to 30%.
Jian Zhou;Yunliang Cui;Xinan Yang;Mingjie Ma;Luheng Li
Geomechanics and Engineering
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v.36
no.6
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pp.575-587
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2024
The contact pressure between the surrounding rock and the support is an important indicator of the surrounding rock pressure. There has been a bottleneck in the prediction of contact loads between surrounding rock and primary support in deep-buried mountain tunnels. The main reason is that a reliable method wasn't existed to quantify the contact loads. This study had been taken into account the flexible support role of the primary support, and the fitting curve of surrounding rock deformation for dynamic tunnel construction was proposed. New formulas for the calculation of contact loads between surrounding rock and primary support were obtained by inversion. Comparative analysis of the calculation results with numerical simulation verified the reliability of the calculation method in this study. It can be seen from the analyses that the contact load between surrounding rock and primary support increases, remains unchanged and decreases during acceleration, uniform velocity and deceleration, respectively, and the deformation of the surrounding rock in the acceleration and deceleration stages cannot completely converted into contact loads. The contact loads between surrounding rock and primary support of medium-strength and weak surrounding rock tunnels are generally within 150 kPa and 1 MPa, respectively. For tunnels with weak surrounding rock, advanced support can be installed to reduce the unique release coefficient λ0 and the value of the constant D, with the purpose of reducing the contact loads between surrounding rock and primary support. Changes in support parameters have a small effect on the contact loads between surrounding rock and primary support, but increase or decrease the safety factor, resulting in a waste of resources or a situation that threatens the safety of the support. The results of this research provide guidance for the prediction of contact loads between surrounding rock and primary support for dynamic tunnel construction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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