Deficient modes that cannot be always identified from different sets of measurement data may exist in the application of operational modal analysis such as the stochastic subspace identification techniques in large-scale civil structures. Based on a recent work using the long-term ambient vibration measurements from an instrumented cable-stayed bridge under different wind excitation conditions, a benchmark problem is launched by taking the same bridge as a test bed to further intensify the exploration of mode identifiability. For systematically assessing this benchmark problem, a recently developed SSI algorithm based on an alternative stabilization diagram and a hierarchical sifting process is extended and applied in this research to investigate several sets of known and blind monitoring data. The evaluation of delicately selected cases clearly distinguishes the effect of traffic excitation on the identifiability of the targeted deficient mode from the effect of wind excitation. An additional upper limit for the vertical acceleration amplitude at deck, mainly induced by the passing traffic, is subsequently suggested to supplement the previously determined lower limit for the wind speed. Careful inspection on the shape vector of the deficient mode under different excitation conditions leads to the postulation that this mode is actually induced by the motion of the central tower. The analysis incorporating the tower measurements solidly verifies this postulation by yielding the prevailing components at the tower locations in the extended mode shape vector. Moreover, it is also confirmed that this mode can be stably identified under all the circumstances with the addition of tower measurements. An important lesson learned from this discovery is that the problem of mode identifiability usually comes from the lack of proper measurements at the right locations.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.5
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pp.575-584
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2014
In this study, the NREL 5 MW wind turbine tower model was optimized according to the multi-body dynamics and reliability-based design. The mathematical model was defined as a link-joint system including dynamic characteristics derived from Timoshenko's beam theory. For the optimization problem, the sensitivities to variations in the tower thicknesses and inner and outer diameters were acquired and arranged in terms of safety and efficiency according to bending stress and buckling standards. An optimal design was calculated with the advanced first-order second moment method and used to define a finite element model for validation. The finite element model was simulated by static analysis. The relationship between the multi-body dynamic and finite element method throughout the process was investigated, and the optimal model, which had high endurance despite its low mass, was determined.
Researchers up to date have introduced several Structural Health Monitoring (SHM) techniques with varying advantages and drawbacks for each. Satellite positioning systems (GPS, GLONASS and GALILEO) based techniques proved to be promising, especially for high natural period structures. Particularly, the GPS has proved sufficient performance and reasonable accuracy in tracking real time dynamic displacements of flexible structures independent of atmospheric conditions, temperature variations and visibility of the monitored object. Tall structures are particularly sensitive to oscillations produced by different sources of dynamic actions; such as typhoons. Wind forces induce in the structure both longitudinal and perpendicular displacements with respect to the wind direction, resulting in torsional effects, which are usually more complex to be detected. To efficiently track the horizontal rotations of the in-plane sections of such flexible structures, two main issues have to be considered: a suitable sensor topology (i.e., location, installation, and combination of sensors), and the methodology used to process the data recorded by sensors. This paper reports the contributions of the measurements recorded from dual frequency GPS receivers and uni-axial accelerometers in a full-scale experimental campaign. The Canton tower in Guangzhou-China is the case study of this research, which is instrumented with a long-term structural health monitoring system deploying both accelerometers and GPS receivers. The elaboration of combining the obtained rather long records provided by these two types of sensors in detecting the torsional behavior of the tower under ambient vibration condition and during strong wind events is discussed in this paper. Results confirmed the reliability of GPS receivers in obtaining the dynamic characteristics of the system, and its ability to capture the torsional response of the tower when used alone or when they are combined with accelerometers integrated data.
Korean Journal of Construction Engineering and Management
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v.14
no.2
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pp.96-107
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2013
Tower crane hoisting plan is one of the key element for the success of entire High-Rise Building construction. Hoisting time is the basic factor to appropriate hoisting plan which need to the hoisting load estimate and tower crane selection. With this reason, accurate hoisting time is needed to the proper hoisting plan. The current hoisting time estimation for High-Rise Building focus on the hoisting cycle time estimation with historical data. However, this method underestimated the external influences like environmental factor. Thus, this paper aims to develop the hoisting time estimation model with discrete event simulation which include the wind influences with certain height. According to the simulation result, the hoisting time which applied wind influence is increasing with height growth. Because of the high speed wind, the upper area of building has more operation delay time than the mechanical operation time. Seoul, the research area, has the most fastest wind speed on April and the least on October. Due to these differences of wind speed, the hoisting time is estimated with significant differences between April and October. This hosting time estimation model would be used for estimating the influence of wind. Moreover, this could apply to make the realistic hoisting plan.
The paper is concerned with application to develop the expert system, which structural analysis and design process for tower cranes. The system is organized into three groups. One is pre-processor for creating input data files, another is `model former' which combines knowledge-base with inference engine for automatic generating structural analysis models, a third is application group for final analysis checks. In this study, geometric subroutine of `model former' designates node positions, nodes, elements numbers and element types. Load data subroutine computes weight of tower crane and device, slewing force, cargo load, wind force form rules or equations in knowledge-base. Also, Property and boundary subroutine applies element properties and boundary conditions to suitable elements and nodes. Design and analysis expert system for tower crane integrates these subroutine, `model former' and pre-processor. RBR(Rule-Base Reasoning) was adopted for a reasoning strategy of this expert system. And this expert system can produce structural analysis model and data, which can be used in ordinary structural analysis program (SAP, ADINA or NASTRAN, etc.). In this paper, this expert system produces format of the analysis model data, which are used in MSC/NASTRAN. The main discussions included in the paper are introduction of the tower crane and structural analysis, composition of the design expert system for tower crane and structural analysis using the expert system.
The emergence of a growing number of tall buildings, often with unusual shapes and innovative structural systems, has led to the realization of the need for and the importance of field measurements. The new China Central Television (CCTV) Tower in Beijing is one of tall buildings with a highly unusual shape and a complex structural system, requiring field measurements to identify its dynamic characteristics for the subsequent dynamic analysis of the tower under wind excitation, seismic-induced ground motion and traffic-induced ground motion. The structural system and the finite element model of the CCTV Tower are first introduced in this paper. The computed natural frequencies and mode shapes are then presented as a reference for the field measurement. After introducing the arrangement of the ambient vibration measurement, the field measured natural frequencies and damping ratios of the CCTV Tower are presented and the measured natural frequencies are finally compared with the computed ones. It was found that the structural damping ratios of the CCTV Tower are small and the computed natural frequencies are smaller than the measured ones by about 12~17%.
Kim, Hyun-Goo;Lee, Jong-Nam;Jang, Moon-Seok;Kyong, Nam-Ho
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2007.06a
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pp.420-422
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2007
In order to support wind power development in Jejudo, the island of winds, the wind resource database KIER-WindJeju has been established by meteor-statistical analysis on met-mast measurements of KIER. The analysis includes tower shading, exposure category, wind profile exponent for wind speed extrapolation to hub height of wind turbine, and correlation matrix between neighboring sites to assist choice of appropriate reference site for long-term correlation. KIER-WindJeju will be provided as an add-on of Google $Earth^{TM}$ and will be used as a guideline of future wind resource assessment in Jejudo.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.15
no.3
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pp.1764-1769
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2014
Numerical investigations have been conducted on the junction that connect the multi-tubular section and the single shell section in order to evaluate applicability of hybrid sections in wind turbine towers instead of conventional single shell towers. Major characteristics in structural details include extension of multi-tubular member into shell end section, installation of wing stiffeners, and different layout of floor beams. Elastic and nonlinear incremental analyses were conducted to examine stress concentration patterns and ultimate behaviors, respectively. Based on evaluation of structural performance due to vertical and horizontal forces, it has been confirmed that installation of floor beams and wing stiffeners sensitively affect ultimate strength of global wind tower.
Swartz, R. Andrew;Lynch, Jerome P.;Zerbst, Stephan;Sweetman, Bert;Rolfes, Raimund
Smart Structures and Systems
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v.6
no.3
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pp.183-196
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2010
Monitoring and economical design of alternative energy generators such as wind turbines is becoming increasingly critical; however acquisition of the dynamic output data can be a time-consuming and costly process. In recent years, low-cost wireless sensors have emerged as an enabling technology for structural monitoring applications. In this study, wireless sensor networks are installed in three operational turbines in order to demonstrate their efficacy in this unique operational environment. The objectives of the first installation are to verify that vibrational (acceleration) data can be collected and transmitted within a turbine tower and that it is comparable to data collected using a traditional tethered system. In the second instrumentation, the wireless network includes strain gauges at the base of the structure. Also, data is collected regarding the performance of the wireless communication channels within the tower. In both turbines, collected wireless sensor data is used for off-line, output-only modal analysis of the ambiently (wind) excited turbine towers. The final installation is on a turbine with embedded braking capabilities within the nacelle to generate an "impulse-like" load at the top of the tower. This ability to apply such a load improves the modal analysis results obtained in cases where ambient excitation fails to be sufficiently broad-band or white. The improved loading allows for computation of true mode shapes, a necessary precursor to many conditional monitoring techniques.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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