Cheng, X.X.;Zhao, L.;Ge, Y.J.;Dong, J.;Demartino, C.
Wind and Structures
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v.24
no.2
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pp.119-144
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2017
The traditional method for the simulation of high Reynolds number (Re) effects on wind loads on cooling tower models in wind tunnels focuses only on the mean wind pressure distribution. Based on observed effects of some key factors on static/dynamic flow characteristics around cooling towers, the study reported in this paper describes a comprehensive simulation method using both mean and fluctuating wind pressure distributions at high Re as simulation targets, which is indispensable for obtaining the complete full-scale wind effects in wind tunnels. After being presented in this paper using a case study, the proposed method is examined by comparing the full covariance matrices and the cross-spectral densities of the simulated cases with those of the full-scale case. Besides, the cooling tower's dynamic structural responses obtained using the simulated wind pressure fields are compared with those obtained by using the full-scale one. Through these works, the applicability and superiority of the proposed method is validated.
Many tower-supported steel stacks have been constructed in Japan, primarily for economic reasons. However the dynamic behavior of these stacks under a strong wind is not well known and the wind load design standard for this type of a stack has not yet been formulated. In light of this situation, we carried out wind response observation of an operating tower-supported steel stack with and without a tuned-mass damper. The observation revealed the performance of the tuned-mass damper installed on the stack in order to control the wind-induced vibration. Based on the observed data, we performed a wind tunnel test of a specimen of the stack. In this paper we report the results of the wind tunnel test and some comparisons with the results of observation. Our findings are as follows: 1) the tuned-mass damper installed on the specimen in the wind tunnel test worked as well as the one on the observed stack, 2) the amplitude of the vortex-induced vibration of the specimen corresponded approximately to that of the observed stack, and 3) correlation between Scruton number and reduced amplitude, y/d, (y is amplitude, d is diameter) was confirmed by both the wind tunnel test and the observed results.
Santos, Ralph Raymond;Cho, Sung-Jun;Park, Jong-Sup
International journal of steel structures
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v.18
no.4
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pp.1318-1324
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2018
This paper evaluates the effects of door opening, collar stiffener, and initial imperfection on the ultimate strength of a 10 MW wind tower. The lower segment of the tower was modeled to investigate the ultimate strength using steel cylindrical shell elements of finite element program ABAQUS. The wind tower was classified into three categories; without opening nor stiffener (C1), with opening but no stiffener (C2), and with opening and stiffener (C3). The C2 and C3 were further divided into long axis and short axis categories depending on the position of the opening. Result from linear and nonlinear analyses shows that the bigger the opening the bigger the reduction in strength and the same thing goes for the initial imperfection ratio or ovality of the shell. Also, there is a significant decreased in strength as the initial imperfection ratio increases by as high as 18.08%.
Modern high-rise tower designs incorporating recessed balcony cavity spaces can be prone to high-frequency and narrow-band Rossiter aerodynamic excitations under glancing incident winds that can harmonize and compete with recessed balcony volume acoustic Helmholtz modes and facade elastic responses. Resulting resonant inertial wind loading to balcony facades responding to these excitations is additive to the peak design wind pressures currently allowed for in wind codes and can present as excessive facade vibrations and sub-audible throbbing in the serviceability range of wind speeds. This paper presents a methodology to determine Cavity Amplification Factors to account for façade resonant inertial wind loads resulting from balcony cavity aero-acoustic-elastic resonances by drawing upon field observations and the results of full-scale monitoring and model-scale wind tunnel tests. Recessed balcony cavities with single orifice type openings and located within curved façade tower geometries appear particularly prone. A Cavity Amplification Factor of 1.8 is calculated in one example representing almost a doubling of local façade design wind pressures. Balcony façade and tower design recommendations to mitigate wind induced aero-acoustic-elastic resonances are provided.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.47
no.3
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pp.177-186
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2019
Wind power tower has been used to augment the performance of VAWT (Vertical Axis Wind Turbine). However, inappropriately designed wind power tower could reduce the performance of VAWT. Hence, an optimization study was conducted on a wind power tower. Six design variables were selected, such as the outer radius and the inner radius of the guide wall, the adoption of the splitter, the inner radius of the splitter, the number of the guide wall and the circumferential angle. For the objective function, the periodic averaged torque obtained at the VAWT was selected. In the optimization, Design of Experiment (DOE), Genetic Algorithm (GA), and Artificial Neural Network (ANN) have been applied in order to avoid a localized optimized result. The ANN has been continuously improved after finishing the optimization process at each generation. The performance of the VAWT was improved more than twice when it operated within the optimized wind power tower compared to that obtained at a standalone.
The current work numerically investigates the transient force and dynamic response of an overhead transmission tower-line structure caused by the passage of a high-speed train (HST). Taking the CRH2C HST and an overhead transmission tower-line structure as the research objects, both an HST-transmission line fluid numerical model and a transmission tower-line structure finite element model are established and validated through comparison with experimental and theoretical data. The transient force and typical dynamic response of the overhead transmission tower-line structure due to HST-induced wind are analyzed. The results show that when the train passes through the overhead transmission tower-line structure, the extreme force on the transmission line is related to the train speed with a significant quadratic function relationship. Once the relative distance from the track is more than 15 m, the train-induced force is small enough to be ignored. The extreme value of the mid-span dynamic response of the transmission line is related to the train speed and span length with a significant linear functional relationship.
In this study, operational vibration experiment and analysis have been conducted for the 4-blade small vertical-axis wind turbine (VAWT) including the effect of tower elastic behavior. Computational structural dynamics analysis method is applied to obtain Campbell diagram for the VAWT with elastic tower. An open type wind-tunnel is used to change and keep the wind velocity during the ground test. Equivalent elastic tower is used to support the VAWT so that the effect of elastic stiffness of the tower can be considered in the present vibration experiment. Various excitation conditions with wind loads are considered and the dominant operating vibration phenomena are physically investigated in detail.
In comparison with the common two-tower suspension bridge, due to the lack of effective longitudinal restraint of the center tower, the three-tower suspension bridge becomes a structural system with greater flexibility, and more susceptible to the wind action. By taking a three-tower suspension bridge-the Taizhou Bridge over the Yangtze River with two main spans of 1080 m as example, effects of structural parameters including the cable sag to span ratio, the side to main span ratio, the deck's dead load, the deck's bearing system, longitudinal structural form of the center tower and the cable system on the aerodynamic stability of the bridge are investigated numerically by 3D nonlinear aerodynamic stability analysis, the favorable structural system of three-tower suspension bridge with good wind stability is discussed. The results show that good aerodynamic stability can be obtained for three-tower suspension bridge as the cable sag to span ratio is assumed ranging from 1/10 to 1/11, the central buckle are provided between main cables and the deck at midpoint of main spans, the longitudinal bending stiffness of the center tower is strengthened, and the spatial cable system or double cable system is employed.
In offshore, various external forces such as wind force, tidal current and impulsive breaking wave force act on offshore wind tower. Among these forces, impulsive breaking wave force is especially more powerful than other forces. Therefore, various studies on impulsive breaking wave forces have been carried out, but the soil reaction are incomplete. In this study, the p-y curve is used to calculate the soil reaction acting on the offshore wind tower when an impulsive breaking wave force occurs by typhoon. The calculation of offshore wind tower against impulsive breaking wave force is applied for the multi-layered soil. The results obtained in this study show that although the same wave height is applied, the soil reaction generated by impulsive breaking wave force is greater than the soil reaction generated by wave force.
A probabilistic approach that combines structural demand hazard analysis with cumulative damage assessment is presented and applied to a steel tower of a wind turbine. The study presents the step by step procedure to compare the reliability over time of the structure subjected to fatigue, assuming: a) a binomial Weibull annual wind speed, and b) a traditional Weibull probability distribution function (PDF). The probabilistic analysis involves the calculation of force time simulated histories, fatigue analysis at the steel tower base, wind hazard curves and structural fragility curves. Differences in the structural reliability over time depending on the wind speed PDF assumed are found, and recommendations about selecting a real PDF are given.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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