Experimental techniques for the determination of the dynamic responses of structures to wind

Summary The paper reviews the limitations and advantages of various experimental techniques available for the determination of the dynamic effects of wind on structures. The prime causes of dynamic action (i.e. incident turbulence, wake effects and motion) are described with particular attention being given to the nature and importance of the forces induced by structural motion. Also discussed briefly are the modelling requirements and the compromises that must be made in the design of models. The techniques discussed include the use of aeroelastic models of various types, the base balance approach to the assessment of dynamic response, the use of surface pressure measurements and the direct measurement of motion-induced forces on vibrating models.The base balance technique provides a rapid low-cost method which yields data within a time frame that permits integration of the wind tunnel data into the design process. The method does, however, have serious deficiencies if motion-induced forces are of significance or if the geometry of the structure or its mode shapes is unduly complex. High speed external pressure measurements offer a method capable of dealing with complex geometries and mode shapes but, again, care must be taken in regard to the role played by motion-induced forces. For structures expected to perform at wind speeds in the vicinity of the so-called critical speed, motion-induced forces are likely to be of great significance and aeroelastic testing or direct measurement of these forces should form part of the experimental program.

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Sommario Si passano in rassegna i limiti ed i vantaggi di varie tecniche sperimentali attualmente disponibili per la determinazione degli effetti dinamici del vento sulle strutture. Si descrivono le principali cause dell'azione dinamica (cioè turbolenza, effetti scia e moto della struttura stessa), dando particolare attenzione alla natura e all'importanza delle forze indotte dal moto della struttura. Vengono anche brevemente discussi i requisiti e i compromessi che devono essere soddisfatti nella modellazione. Le tecniche discusse includono modelli aeroelastici di vari tipi, modelli rigidi con dinamometro alla base, misure di pressioni superficiali e misurazioni dirette delle forze indotte dal moto in modelli deformabili.La tecnica del dinamometro alla base è un metodo rapido e di basso costo che fornisce dati in un tempo che permette lo sfruttamento dei risultati delle prove in galleria del vento nella progettazione, ma che ha serie limitazioni se le forze indotte dal moto sono significative o se la geometria della struttura o delle sue forme modali è complicata. Misure rapide della pressione esterna sono un metodo capace di affrontare complicate geometrie e forme modali, ma anche in questo caso è necessario fare attenzione al ruolo giocato dalle forze indotte dal moto. Per strutture che possono venir sottoposte a venti con velocità prossime alla cosiddetta velocità critica, è prevedibile che le forze indotte dal moto abbiano grande influenza; perciò in tali casi, il programma sperimentale dovrebbe includere prove aeroelastiche o la misura diretta di queste forze.

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Keynote lecture presented at the 1st Italian National Conference on Wind Engineering, Florence, Italy, 28–30 October 1990; to be included in the Conference Proceedings Volume. Reprinted here courtesy of National Association for Wind Engineering (ANIV).