[發明專利]基于風洞試驗的結構-TLD系統的耦合振動實現方法

有效

• 申請號: 202110864128.2
• 申請日: 2021-07-29
• 公開（公告）號: CN113673012B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 周子杰;謝壯寧;張樂樂;石碧青;江毅
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F119/14
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

1.基于風洞試驗的結構-TLD系統的耦合振動實現方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、根據建筑風洞試驗標準進行大氣邊界層流場模擬，并按照一定的縮尺比制作高層建筑試驗模型；

S2、通過風洞試驗獲得高層建筑模型的風荷載時程并根據縮尺比公式轉化到建筑原型；具體為：

通過風洞試驗獲得高層建筑各樓層的風荷載時程，假定建筑可簡化為質點串模型，得到作用在各質點處的合力向量F_p,t；風洞試驗測得建筑模型風荷載，根據相似理論轉化到原型，具體公式為：

其中，λ_F表示氣動力縮尺比，λ_L表示幾何縮尺比，λ_V表示風速比；

S3、根據高層建筑原型的動力特性和風效應，計算TLD所需參數；

S4、結合建筑截面形狀以及TLD所在樓層的空間限制，設計TLD的形狀、尺寸、內部構件類型及儲水量，并引入數值模擬方法對TLD進行建模；

S5、建立高層建筑的動力學方程，采用數值積分法計算得到結構各樓層的振動響應；包括以下子步驟：

S51、建立結構的質量矩陣M、阻尼矩陣C以及剛度矩陣K；

S52、指定積分參數β和γ；

S53、形成有效剛度K^*；

S54、計算結構各樓層的初始振動響應；

步驟S5具體為：

建立指定高層建筑的運動方程：

其中，M、C、K分別為結構的質量矩陣、阻尼矩陣和剛度矩陣，u_t、分別為結構位移向量、速度向量和加速度向量，F_t為外激勵向量；

將公式(6)進行泰勒展開，并引入積分參數β和γ得到：

其中，Δt為時間步長，進一步變換得：

代入公式(6)得到時間t處關于節點位移的動力平衡方程：

K^*u_t＝F_t^*(11)

其中，K^*表示有效剛度，F_t^*表示有效荷載向量；

初始化各樓層的位移、速度以及加速度為：u₀、以及假定初始TLD處于靜止狀態，即控制力F_w,t為0，則初始外激勵向量F_t由步驟S2的合力向量F_p,t給出，由公式(11)得到結構各樓層的初始位移響應，再代入公式(9)和公式(10)進一步得到初始速度和加速度響應；

S6、將TLD所在樓層的結構位移響應作為外激勵施加到的TLD上，模擬TLD的晃蕩過程，實時記錄TLD的液面高度和控制力；

S7、將TLD控制力傳遞到結構的動力學方程中，更新結構的外力向量，然后計算出下一時刻結構的振動響應；

S8、判斷是否所有時間計算完畢，從而得到結構受控后的動力響應和TLD本身的振動響應。

2.根據權利要求1所述的基于風洞試驗的結構-TLD系統的耦合振動實現方法，其特征在于，步驟S1具體為：

基于高層建筑所在地的周圍地貌環境判斷地貌類型，根據建筑風洞試驗的標準進行大氣邊界層流場模擬，由建筑原型高度確定合適的幾何縮尺比并根據建筑外形制作試驗縮尺模型。

3.根據權利要求1所述的基于風洞試驗的結構-TLD系統的耦合振動實現方法，其特征在于，步驟S3具體為：

針對高層建筑原型固有頻率f_S和質量比μ的設計值，計算能充分調諧減振的TLD頻率f_T以及阻尼比ζ_T，計算公式為：

其中，μ在實際應用中不大于0.05；

根據建筑各樓層質量和高度計算建筑的基階模態質量M_s，根據合適的質量比μ得到TLD有效質量M_T。