Ultrapure ferritic stainless steel provides a new generation of long-span metal roof systems with continuous welding technology, which exhibits many unknown behaviors during wind excitation. This study focuses on the wind-resistant capacity of a new continuous welding stainless steel roof (CWSSR) system. Full-scale testing on the welding joints and the CWSSR system is performed under uniaxial tension and static ultimate wind uplift loadings, respectively. A finite element model is developed with mesh refinement optimization and is further validated with the testing results, which provides a reliable way of investigating the parameter effect on the wind-induced structural responses, namely, the width and thickness of the roof sheeting and welding height. Research results show that the CWSSR system has predominant wind-resistant performance and can bear an ultimate wind uplift loading of 10.4 kPa without observable failures. The welding joints achieve equivalent mechanical behaviors as those of base material is produced with the current of 65 A. Independent structural responses can be found for the roof sheeting of the CWSSR system, and the maximum displacement appears at the middle of the roof sheeting, while the maximum stress appears at the connection supports between the roof sheeting with a significant stress concentration effect. The responses of the CWSSR system are greatly influenced by the width and thickness of the roof sheeting but are less influenced by the welding height.
The paper describes a study of the effects of structural coupling on the wind-induced response of twin tall buildings connected by a skybridge. Development of a dual high-frequency force balance used in wind tunnel investigation and background information on the methodology employed in analysis are presented. Comparisons of the wind-induced building response (rooftop acceleration) of structurally coupled and uncoupled twin buildings are provided and the influence of structural coupling is assessed. It is found that the adverse aerodynamic interference effects caused by close proximity of the buildings can be significantly reduced by the coupling. Neglecting of such interactions may lead to excessively conservative estimates of the wind-induced response of the buildings. The presented findings suggest that structural coupling should be included in wind-resistant design of twin tall buildings.
Plastic greenhouses are simple structures consisting of lightweight materials such as steel pipes and polyvinyl chloride. However, serious damage occurs due to heavy winds and typhoon every year. To prevent a collapse of structural members, the Ministry of Agriculture and Rural Development has distributed plans and specifications for disaster-resistant standards. Despite these efforts, more than 50% of greenhouses still do not satisfy the disaster-resistant standards. Among the greenhouses that do not meet these standards, 85% are single-span greenhouses proposed 20 years ago. Consequently, there is a need to evaluate the safety of wind loads for the single-span greenhouse. Unfortunately, there are no design specifications for the greenhouses under wind loads. Therefore, a Korean design standard (KDS) has been utilized. KDS is defined with reference to wind speeds occurring once every 500 years, raising concerns about potential overdesign when considering the durability of plastic greenhouses. To address this, the modified wind load, considering the durability of the plastic greenhouse, was calculated, and a safety evaluation was conducted for sigle G-type plastic greenhouse. It was observed that the moment acting on the windward surface was substantial, and there was a risk of the foundation being pulled out if the basic wind speed exceeded 32 m/s. In terms of the combination strength ratio, it was less than 1.0 only on the leeward side when the basic wind speed was 24 m/s and 26 m/s. However, in all other cases, it exceeded 1.0, indicating an unsafe condition and highlighting the necessity for reinforcement.
Wind loading is very important in structural design of large-span single-layer reticulated shell structures. In this paper, a geometrically nonlinear wind-induced vibration analysis strategy for large-span single-layer reticulated shell structures based on the nonlinear finite element method is introduced. According to this strategy, a computation program has been developed. With the information of the wind pressure distribution measured simultaneously in the wind tunnel, nonlinear dynamic analysis, including dynamic instability analysis, for the wind-induced vibration of a single-layer reticulated shell is conducted as an example to investigate the efficiency of the strategy. Finally, suggestions are given for dynamic wind-resistant analysis of single-layer reticulated shells.
Knowledge on the design value of extreme wind pressure coefficients (EWPC) of a specific zone of buildings is essential for the wind-resistant capacity of claddings. This paper presents a method to estimate the representative EWPC introducing the multivariate extreme value model. The spatial correlations of the extreme wind pressures at different locations can be consider through the multivariate extreme value. The moving average method is also adopted in this method, so that the measured point pressure can be converted to wind pressure of an area. The proposed method is applied to wind tunnel test results of a large flat roof building. Comparison with existing methods shows that it can give a good estimation for all target zones with different sizes.
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.
A friction-type reinforcing member(FRM) is proposed for the purpose of upgrading wind resistant performance of a transmission tower and verified through cyclic loading tests. First, suitable install scheme of the FRM is investigated through numerical analysis. Main-post-reinforcing type and X-brace type installation schemes are examined, and numerical analysis shows that the former is more effective due to the vertical cantilever type behavior of the transmission tower. Based on this result, two types of the FRM's, dissipating energy in slotted belted connections, are proposed. The one utilizes the relative displacement between the FRM and the main post, and the other utilizes that between the separated angles consisting of the FRM as a slip deformation of the slotted bolted connection. Proposed FRM's are installed on each main post of the 1/2 scale substructure models of an actual transmission tower body. From cyclic loading tests, the latter type of the proposed FRM's dissipates energy more effectively and its slip load is controlled by applied torque well, and shares considerable amount of the axial force in the main post.
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.
Yujing Wang;Weiwei Guo;He Xia;Qinghai Guan;Shaoqin Wang
Wind and Structures
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제38권6호
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pp.411-425
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2024
To investigate the optimal aerodynamic parameters of wind barriers for the T-beam of high-speed railway (HSR) bridge and the wind field of the wind barrier-train-bridge system, the three-component forces of the system and the wind pressure on the vehicle surface were tested and analyzed through the sectional model wind test. The effects of wind velocity, with/without wind barrier, the height of wind barrier, and the air permeability of the wind barrier on the aerodynamic characteristics of the train-bridge system are discussed. Additionally, a CFD numerical model is constructed to evaluate the wind environment of the bridge surface with/without the wind barrier, and the impact of wind barrier on the running safety of vehicles are analyzed. Comprehensively considering the running safety of the train and the wind-resistant stability of the bridge, it is more appropriate to set the wind barrier height H as 3.5 m and the porosity 𝛽 as 30% respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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