The streamlined box is a common type of girders for long-span suspension bridges. Spanning deep canyons, long-span bridges are frequently attacked by strong winds with large angles of attack. In this situation, the flow field around the streamlined box changes significantly, leading to reduction of the flutter performance. The wind fairings have different effects on the flutter performance. Therefore, this study examines the flutter performance of box girders with different wind fairings at large angles of attack. Computational fluid dynamics (CFD) simulations were carried out to extract the flutter derivatives, and the critical flutter state of a long-span bridge was determined. Further comparisons of the wind fairings were investigated by a rapid method which is related to the input energy by the aerodynamic force. The results show that a reasonable type of wind fairings could improve the flutter performance of long-span bridges at large angles of attack. For the torsional flutter instability, the wind fairings weaken the adverse effect of the vortex attaching to the girder, and a sharper one could achieve a better result. According to the input energies on the girder with different wind fairings, the symmetrical wind fairings are more beneficial to the flutter performance
Full-scale measurements of wind action on the open roof structure of the WuXi grand theater, which is composed of eight large-span free-form leaf-shaped space trusses with the largest span of 76.79 m, were conducted during the passage of Typhoons HaiKui and SuLi. The wind pressure field data were continuously and simultaneously monitored using a wind pressure monitoring system installed on the roof structure during the typhoons. A detailed analysis of the field data was performed to investigate the characteristics of the fluctuating wind pressure on the open roof, such as the wind pressure spectrum, spatial correlation coefficients, peak wind pressures and non-Gaussian wind pressure characteristics, under typhoon conditions. Three classical methods were used to calculate the peak factors of the wind pressure on the open roof, and the suggested design method and peak factors were given. The non-Gaussianity of the wind pressure was discussed in terms of the third and fourth statistical moments of the measured wind pressure, and the corresponding indication of the non-Gaussianity on the open roof was proposed. The result shows that there were large pulses in the time-histories of the measured wind pressure on Roof A2 in the field. The spatial correlation of the wind pressures on roof A2 between the upper surface and lower surface is very weak. When the skewness is larger than 0.3 and the kurtosis is larger than 3.7, the wind pressure time series on roof A2 can be taken as a non-Gaussian distribution, and the other series can be taken as a Gaussian distribution.
In recent years, China's high-speed railway (HSR) line continues to expand into seismically active regions. Analyzing the features of earthquake rail irregularity is crucial in this situation. This study first established and experimentally validated a finite element (FE) model of bridge-track. The FE model was then combined with earthquake record database to generate the earthquake rail irregularity library. The sample library was used to construct a model of desired earthquake rail irregularity based on signal processing (SFT) and hypothesis principle. Finally, the effects of random pier height and random span number on desired irregularity were analyzed. Herein, an equivalent method of calculating earthquake rail irregularities for random structures was proposed. The results of this study show that the amplitude of desired irregularity is found to increase with increasing pier height. When calculating the desired irregularity of a structure with unequal pier heights, the structure can be regarded as that with equal pier heights (taking the largest pier height). For a structure with the span number large than 9, its desired irregularity can be considered equal to that of a 9-span structure. For the structures with both random pier heights and random span number, their desired irregularities are obtained by equivalent calculations for pier height and span number, respectively.
This paper investigates the characteristics of unstable behaviour and critical buckling load by joint rigidity of framed large spatial structures which are sensitive to initial conditions. To distinguish the stable from the unstable, a singular point on equilibrium path and a critical buckling level are computed by the eigenvalues and determinants of the tangential stiffness matrix. For the case study, a two-free node example and a folded plate typed long span example with 325 nodes are adopted, and these adopted examples' nonlinear analysis and unstable characteristics are analyzed. The numerical results in the case of the two-free node example indicate that as the influence of snap-through is bigger; that of bifurcation buckling is lower than that of the joint rigidity as the influence of snap-through is lower. Besides, when the rigidity decreases, the critical buckling load ratio increases. These results are similar to those of the folded-typed long span example. When the buckling load ratio is 0.6 or less, the rigidity greatly increases.
Magnetic flux sensors are commonly used in monitoring the cable force, but the application of the sensors in large diameter non-closed Galfan cables, as those adopted in Yueqing Gymnasium which is located in Yueqing City, Zhejiang Province, China and is the largest span hybrid space structure in the world, is seldom done in engineering. Based on the construction of Yueqing Gymnasium, this paper studies the cable tension monitoring using the magnetic flux method across two stages, namely, the pre-calibration stage before the cable leaves the rigging factory and the field tension formation stage of the cable system. In the pre-calibration stage in the cable factory, a series of 1:1 full-scale comparative tests were carried out to study the feasibility and relability of this kind of monitoring method, and the influence on the monitoring results of charging and discharging voltage, sensor location, cable diameter and fitting method were also studied. Some meaningful conclusions were obtained. On this basis, the real-time cable tension monitoring system of the structure based on the magnetic flux method is established. During the construction process, the monitoring results of the cables are in good agreement with the data of the on-site pressure gauge.The work of this paper will provide a useful reference for cable force monitoring in the construction process of long-span spatial structures.
This paper is mainly forcused on the application of modal analysis In analyze the geometrically non-linear buckling behaviors of large span spatial structures, and the evaluation of each eigen mode affected post-buckling behaviors and buckling loads. Modal analysis is applied . to derivation of the system matrices transforming actual displacement space into generalized coordinates space represented by coefficients multiplied in the linear combination of eigen modes which are independent and orthogonal each other. By using modal analysis method, it will be expected to save the calculating time by computer extremely. For example, we can obtain the satisfactorily good results by using about 7% of total eigen modes only in case of single layer latticed dome. And we can decrease the possibility of divergence on the bifurcation point in the calculation of post-buckling path. Arc-length method and Newton-Raphson iteration method are used to calculate the nonlinear equilibrium path.
Li, Hui;Ou, Jinping;Zhang, Xigang;Pei, Minshan;Li, Na
Smart Structures and Systems
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제15권3호
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pp.555-576
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2015
The large number of long-span bridges constructed in China motivates the applications of structural health monitoring (SHM) technology. Many bridges have been equipped with sophisticated SHM systems in the mainland of China and in Hong Kong of China. Recently, SHM technology has been extended to field test systems. In this view, SHM can serve as a tool to develop the methods of life-cycle performance design, evaluation, maintenance and management of bridges; to develop new structural analysis methods through validation and feedback from SHM results; and to understand the behavior of bridges under natural and man-made disasters, rapidly assess the damage and loss of structures over large regions after disasters, e.g., earthquake, typhoon, flood, etc. It is hoped that combining analytical methods, numerical simulation, small-scale tests and accelerated durability tests with SHM could become the main engine driving the development of bridge engineering. This paper demonstrates the above viewpoint.
Conical vortices generated at the corner regions of large-span flat roofs have been investigated by using the Particle Image Velocimetry (PIV) technique. Mean and instantaneous vector fields for velocity, vorticity, and streamlines were measured at three visual planes and for two different flow angles of $15^{\circ}$. The results indicated that conical vortices occur when the wind is not perpendicular to the front edge. The location of the leading edge corresponding to the negative peak vorticity and maximum turbulent kinetic energy was found at the center of the conical vortex. The wind pressure reaches the maximum near the leading edge roof corner, and a triangle of severe suctions zone appears downstream. The mean pressure in uniform flow is greater than that under turbulent flow condition, while a significant increase in the fluctuating wind pressure occurs in turbulent streams. From its emergence to stability, the shape of the vortex cross-section is nearly elliptical, with increasing area. The angle that forms between the vortex axis and the leading edge is much smaller in turbulent streams. The detailed flow structures and characteristics obtained through FLUENT simulation are in agreement with the experimental results. The three dimensional (3-D) structure of the conical vortices is clearly observed from the comprehensive arrangement of several visual planes, and the inner link was established between the vortex evolution process, vortex core position and pressure distribution.
The objective of this study is to analysis the mechanical characteristics and nonlinear behaviors on the geometric nonlinear behavior of a cable spoke wheel roof system for long span lightweight roof structures. The weight of a cable spoke wheel roof dramatically can reduce and the cable roof system can easily make the required rigidity and shape by the sag ratio and pretension forces. Determining the pretension and initial sag of cable roof system is essential in a design process and the shape of roof is changed by pretension. The nonlinear behavior of flexible cable system has greatly an affect on the sag and pretension. This paper will be carried out analyzing and comparing the tensile forces and deflection of a cable spoke wheel system for the large span retractable roof, and analyzed to deflections and tensile forces by the post height of center hub. The double arrangement of a spoke wheel system with reverse curvature works more effectively as a load bearing system, the pretension can easily increase the structural stiffness. The cable truss system can carry vertical load in up and downward direction, and act effectively as load bearing elements.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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