Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.14
no.2
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pp.161-170
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2002
A wind tunnel experiment was performed with the design wind speed of 50m/s to investigate the wind forces of Ieodo Ocean Research Station. The structure portion above water surface was modelled with 1/80 scale ratio. The wind force coefficients were determined from the force signals and compared to the results of a numerical study which was separately undertaken. Those results generally agreed well, and it is assured that the experimental data can be effectively used in the wind resistant design of the structure. Making use of the experimental force and pressure coefficients, the wind farce and moments acting on the overall upper structure of prototype are determined together with the wind pressures on local impervious facilities (main deck, solar panel and helideck).
Based on the empirical formulas for power spectra of generalized modal forces and local fluctuating wind forces in across-wind and torsional directions, the wind-induced lateral-torsional coupled response analysis of a representative rectangular tall building was conducted by setting various parameters such as eccentricities in centers of mass and/or rigidity and considering different torsional to lateral stiffness ratios. The eccentricity effects on the lateral-torsional coupled responses of the tall building were studied comprehensively by structural dynamic analysis. Extensive computational results indicated that the torsional responses at the geometric center of the building may be significantly affected by the eccentricities in the centers of mass and/or rigidity. Covariance responses were found to be in the same order of magnitude as the along-wind or across-wind responses in many eccentricity cases, suggesting that the lateral-torsional coupled effects on the overall wind-induced responses can not be neglected for such situations. The calculated results also demonstrated that the torsional motion contributed significantly to the total responses of rectangular tall buildings with mass and/or rigidity eccentricities. It was shown through this study that the framework presented in this paper provides a useful tool to evaluate the wind-induced lateral-torsional coupled responses of rectangular buildings, which will enable structural engineers in the preliminary design stages to assess the serviceability of tall buildings, potential structural vibration problems and the need for a detailed wind tunnel test.
The auxiliary structures of a high-rise building, such as balconies, ribs, and grids, are usually much smaller than the whole building; therefore, it is difficult to simulate them on a scaled model during wind tunnel tests, and they are often ignored. However, they may have notable effects on the local or overall wind loads of the building. In the present study, a series of wind pressure wind tunnel tests and high-frequency force balance (HFFB) wind tunnel tests were conducted on rigid models of an actual super high-rise building with vertical ribs protruding from its facades. The effects of the depth and spacing of vertical ribs on the mean values, fluctuating values and the most unfavorable values of the local wind pressure coefficients were investigated by analyzing the distribution of wind pressure coefficients on the facades and the variations of the wind pressure coefficients at the cross section at 2/3 of the building height versus wind direction angle. In addition, the effects of the depth and spacing of vertical ribs on the mean values, fluctuating values and power spectra of the overall aerodynamic force coefficients were studied by analyzing the aerodynamic base moment coefficients. The results show that vertical ribs significantly decrease the most unfavorable suction coefficients in the corner recession regions and edge regions of facades and increase the mean and fluctuating along-wind overall aerodynamic forces.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.9
no.6
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pp.624-640
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2017
In this paper, the slamming coefficients on local members of a jacket structure under plunging breaker are studied based on numerical simulations. A 3D numerical model is used to investigate breaking wave forces on the local members of the jacket structure. A wide range of breaking wave conditions is considered in order to get generalized slamming coefficients on the jacket structure. In order to make quantitative comparison between CFD model and experimental data, Empirical Mode Decomposition (EMD) is employed for obtaining net breaking wave forces from the measured response, and the filtered results are compared with the computed results in order to confirm the accuracy of the numerical model. Based on the validated results, the slamming coefficients on the local members (front and back vertical members, front and back inclined members, and side inclined members) are estimated. The distribution of the slamming coefficients on local members is also discussed.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.11a
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pp.178-188
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2007
In this paper, a half-scaled substructure test was performed to evaluate the buckling and structural safety of an existing transmission tower subjected to wind load. A loading scheme was devised to reproduce the dead and wind loads of a prototype transmission tower, which uses a triangular jig that is mounted on the reduced model to which the similarity law of a half length was applied. As a result of the preliminary numerical analysis carried out to evaluate the stability of a specimen for the design load, it was confirmed that the calculated axial forces of tower leg members were distributed to $80{\sim}90%$ of an admissible buckling load. When the substructured transmission tower was loaded by 270% of its maximum admissible buckling load, it was failed due to the local buckling that is occurred in joints with weak constraints for out-of-plane behavior of leg members. By inspection of load-displacement curves, displacements and strains of members, it is considered that this local buckling was due to additional eccentric force by unbalanced deformation because the time that is reached to yielding stress due to the bending moment is different at each point of a same section.
This paper presents a wind tunnel study of wind loads of the large billboard structures with two-plate and three-plate configurations. Synchronous dynamic pressures on the surfaces of plates are measured, and the characteristics of local pressures, integrated forces on each individual plate and on the overall structures are investigated. The influences of wind direction and plate configuration on wind load characteristics, and the contributions of overall crosswind load and torque to the stress responses are examined. The results showed that the wind load characteristics of windward plate in both two- and three-plate configurations are very similar. The contribution of overall crosswind load makes the total resultant force from both alongwind and crosswind loads less sensitive to wind direction in the case of three-plate configuration. The overall torque is lower than the value specified in current codes and standards, and its contribution is less significant in both two-plate and three-plate configurations.
Although machine learning (ML) techniques have been widely used in various fields of engineering practice, their applications in the field of wind engineering are still at the initial stage. In order to evaluate the feasibility of machine learning algorithms for prediction of wind loads on high-rise buildings, this study took the exposure category type, wind direction and the height of local wind force as the input features and adopted four different machine learning algorithms including k-nearest neighbor (KNN), support vector machine (SVM), gradient boosting regression tree (GBRT) and extreme gradient (XG) boosting to predict wind force coefficients of CAARC standard tall building model. All the hyper-parameters of four ML algorithms are optimized by tree-structured Parzen estimator (TPE). The result shows that mean drag force coefficients and RMS lift force coefficients can be well predicted by the GBRT algorithm model while the RMS drag force coefficients can be forecasted preferably by the XG boosting algorithm model. The proposed machine learning based algorithms for wind loads prediction can be an alternative of traditional wind tunnel tests and computational fluid dynamic simulations.
By using the 'failure' model approach, the effects of wind direction on the flight of sheathing panels from the roof of a model house in extreme winds was investigated. A complex relationship between the initial conditions, failure velocities, flight trajectories and speeds was observed. It was found that the local flow field above the roof and in the wake of the house have important effects on the flight of the panels. For example, when the initial panel location is oblique to the wind direction and in the region of separated flow near the roof edge, the panels do not fly from the roof since the resultant aerodynamic forces are small, even though the pressure coefficients at failure are high. For panels that do fly, wake effects from the building are a source of significant variation of flight trajectories and speeds. It was observed that the horizontal velocities of the panels span a range of about 20% - 95% of the roof height gust speed at failure. Numerical calculations assuming uniform, smooth flow appear to be useful for determining panel speeds; in particular, using the mean roof height, 3 sec gust speed provides a useful upper bound for determining panel speeds for the configuration examined. However, there are significant challenges for estimating trajectories using this method.
Structural health monitoring (SHM) systems have been recently embraced in long span cable-supported bridges, in which buffeting-induced stress monitoring is one of the tasks to ensure the safety of the bridge under strong winds. In line with this task, this paper presents a SHM-oriented finite element model (FEM) for the Tsing Ma suspension bridge in Hong Kong so that stresses/strains in important bridge components can be directly computed and compared with measured ones. A numerical procedure for buffeting induced stress analysis of the bridge based on the established FEM is then presented. Significant improvements of the present procedure are that the effects of the spatial distribution of both buffeting forces and self-excited forces on the bridge deck structure are taken into account and the local structural behaviour linked to strain/stress, which is prone to cause local damage, are estimated directly. The field measurement data including wind, acceleration and stress recorded by the wind and structural health monitoring system (WASHMS) installed on the bridge during Typhoon York are analyzed and compared with the numerical results. The results show that the proposed procedure has advantages over the typical equivalent beam finite element models.
Wind turbines are highly complex structures for numerical flow simulation. They normally comprise of a turbine mounted on a tower thus the movement of the turbine blades and the blade/tower interaction must be captured. In addition the ground effect should also be included. There are many more important features of wind turbines and it is difficult to include all of them. A simplified set of features is chosen here for both the turbine and the tower to show how the method can begin to identify the main points connected with wind turbine wake generation and tip vortex tower interaction. An approach to modelling the rotating blades of a turbine is proposed here. The model uses point forces based on blade element theory to model the blades and takes into account their time dependent motion. This means that local instantaneous velocities can be used as a basis for the blade element theory. The model is incorporated into a large eddy simulation code and, although many important features are left out of the model, the velocity/power performance relation is generally of the correct order of magnitude. Suggested improvements to the method are discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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