A design procedure of stabilizing cable is proposed using buffeting analysis to stabilize the seesaw-like motion of the free cantilevered structure of a cable-stayed bridge during its construction. The bridge examined is a composite cable-stayed bridge having a main span length of 500 m. Based on the buffeting analysis, the stress in bare structure exceeded the allowable limit and a set of stabilizing cable was planned to mitigate the responses. The most efficient positions of the hold-down stabilizing cables were numerically investigated by means of an FE-based buffeting analysis and the required dimensions and pretension of the stabilizing cables were also calculated. The proposed stabilizing measure would be expected to secure the aerodynamic safety of a cantilevered structure under construction with considerable mitigation of buffeting responses.
Buffeting induced resonance (BIR) of hangers on long-suspension bridges is briefly reviewed, including mechanism and experimental verification. Taken the Xihoumen suspension bridge as a numerical example, sensitivities of the BIR of hangers to wind properties are investigated, including types of wind spectrum, turbulence intensity, and spacial coherence of wind fluctuations. Numerical simulations indicate that the BIR of hangers occur to both cases of different wind spectra, showing that it is insensitive to types of wind spectrum. On the other hand, it is found that the turbulence intensity affects buffeting of main cables almost in a linear manner, and so it does to the BIR of the hangers; however, the resonance factors, namely the ratio of the response of the hanger to that of the main cable, are little affected by the turbulence intensity. The spacial coherence of the wind fluctuations, although plays an important role on the buffeting responses of the main structure, has no substantial effects on the BIR of the hangers. Finally, replacement of steel strand with CFRP material has been verified as a very effective countermeasure against the BIR of hangers.
A passive control using flaps will be an alternative solution for flutter stability and buffeting response of a long suspension bridge. This method not only enables a lightweight economic stiffening girder without an additional stiffness for aerodynamic stability but also avoid the problems from the malfunctions of control systems and energy supply system of an active control by winglets and flaps. A time domain approach for predicting the coupled flutter and buffeting response of bridge deck with flaps is investigated. First, the flutter derivatives of bridge deck and flaps are found by experiment. Next, the derivation of time domain model of self-excited forces and control forces of sectional model is reported by using the rational function approximation. Finally, the effectiveness of passive flap control is investigated by the numerical simulation. The results show that the passive control by using flaps can increase the flutter speed and decrease the buffeting response. The experiment results are matched with numerical ones.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.2A
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pp.97-104
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2011
This study presents the aerodynamic admittance function of bridge girder under turbulent flow generated from wind velocity spectrum measured at bridge site. Three dimensional buffeting analysis of concrete cable-stayed bridge were performed considering aerodynamic admittance functions obtained from four different methods. It is revealed from the analysis that vertical buffeting responses considering proper aerodynamic admittance functions were just half of that neglecting aerodynamic admittance function. Grid turbulence was found to relatively lower the aerodynamic admittance function at low frequency range, and to underestimate the buffeting wind forces. It is recommended to use the aerodynamic admittance function evaluated from flutter derivatives or measured at active turbulence in order to properly predict the buffeting responses of bridges.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.24
no.3
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pp.198-204
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2014
This paper presents a benchmark test result of an application of computational fluid dynamics(CFD) analysis of automotive sunroof buffeting simulation. Computational analyses of flow over an open sunroof of a simple vehicle model called as HAWT(Hyundai aeroacoustic wind tunnel) model were performed to study the buffeting phenomenon and to predict the buffeting noise level and its frequency. Computations are performed for sunroofs with PAM-FLOW software which is one of powerful CFD code of ESI group. Numerical predictions are compared with result from the tunnel test measurements. It is shown that CFD analysis has great potential for sunroof design and development by predicting buffeting noise.
This paper presents a time domain approach for predicting buffeting response of long suspension bridges under skew winds. The buffeting forces on an oblique strip of the bridge deck in the mean wind direction are derived in terms of aerodynamic coefficients measured under skew winds and equivalent fluctuating wind velocities with aerodynamic impulse functions included. The time histories of equivalent fluctuating wind velocities and then buffeting forces along the bridge deck are simulated using the spectral representation method based on the Gaussian distribution assumption. The self-excited forces on an oblique strip of the bridge deck are represented by the convolution integrals involving aerodynamic impulse functions and structural motions. The aerodynamic impulse functions of self-excited forces are derived from experimentally measured flutter derivatives under skew winds using rational function approximations. The governing equation of motion of a long suspension bridge under skew winds is established using the finite element method and solved using the Newmark numerical method. The proposed time domain approach is finally applied to the Tsing Ma suspension bridge in Hong Kong. The computed buffeting responses of the bridge under skew winds during Typhoon Sam are compared with those obtained from the frequency domain approach and the field measurement. The comparisons are found satisfactory for the bridge response in the main span.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.25
no.10
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pp.692-699
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2015
Buffeting noise through a rear window in an automobile is investigated by using lattice Boltzmann method. The generation mechanism of the buffeting noise can be understood as the resonance mechanism in a Helmholtz resonator, which is driven by the convecting vortex in a shear-layer flow over the neck of the resonator. Two methods to suppress the buffeting noise are proposed, and their effects are quantitatively assessed. Opening front window reduces the observed buffeting tonal noise by 25 dB and the overall SPL by 4 dB, and the installation of a Helmholtz resonator acting as a dynamic damper reduces the tonal component that by 35 dB and the overall SPL by 10 dB.
Su, Yanwen;Huang, Guoqing;Liu, Ruili;Zeng, Yongping
Wind and Structures
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v.32
no.2
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pp.89-104
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2021
Non-synoptic winds generated by tornadoes, downbursts or gust fronts exhibit significant non-stationarity and can cause significant wind load effect on flexible structures such as long-span bridges. However, conventional assumptions on stationarity used to evaluate the structural wind-induced vibration are inadequate. In this paper, an efficient frequency domain scheme based on fast CQC method, which can predict non-stationary buffeting random responses of long-span bridges, is presented, and then this approach is applied to evaluate the buffeting response of a long-span suspension bridge located in a complex mountainous wind environment as an example. In this study, the data-driven method based on one available measured wind speed sample is firstly presented to establish non-stationary wind models, including time-varying mean wind speed, time-varying intensity envelope function and uniformly modulated fluctuating spectrum. Then, a linear time-variant (LTV) system based on the proposed scheme can be generally applied to calculate the non-stationary buffeting responses. The effectiveness and accuracy of the proposed scheme are verified through Monte Carlo time domain simulation implemented in ANSYS platform. Also, the transient effect nature of the bridge responses is further illustrated by comparison of the non-stationary, quasistationary and steady-state cases. Finally, buffeting response analysis with traditional stationary treatment (10 min constant mean plus stationary wind fluctuation) is performed to illustrate the importance of the non-stationary characteristics embedded in original wind speed samples.
Multiple tuned mass dampers are proposed to suppress the vertical and torsional buffeting and to increase the aerodynamic stability of long-span bridges. Each damper has vertical and torsional frequencies, which are tuned to the corresponding frequencies of the structural modes to suppress the resonant effects. These proposed dampers maintain the advantage of traditional multiple mass dampers, but have the added capability of simultaneously controlling vertical and torsional buffeting responses. The aerodynamic coupling is incorporated into the formulations, allowing this model to effectively increase the critical speed of a bridge for either single-degree-of-freedom flutter or coupled flutter. The reduction of dynamic response and the increase of the critical speed through the attachment of the proposed dampers to the bridge are also discussed. Through a parametric analysis, the characteristics of the multiple tuned mass dampers are studied and the design parameters - including mass, damping, frequency bandwidth, and total number of dampers - are proposed. The results indicate that the proposed dampers effectively suppress the vertical and the torsional buffeting and increase the structural stability. Moreover, these tuned mass dampers, designed within the recommended parameters, are not only more effective but also more robust than a single TMD against wind-induced vibration.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.24
no.3
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pp.189-197
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2014
A simplified model in the shape of a wedge box with an opening on the roof was used to generate buffeting conditions at HMC. These measurements performed in controlled conditions are intended to validate the ability of CFD tools to predict buffeting. The results obtained by PowerFLOW are presented in this paper for buffeting and for the boundary layer development on the roof of the model when the roof opening is closed. The flow mechanisms that explain the behavior of the experimental sound pressure level(SPL) curve are described, and an improved setup is used to reproduce the flow structures that lead to the measured SPL.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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