[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

本發明公開了一種基于風洞試驗的結構?TLD系統的耦合振動實現方法,包括以下步驟：S1、進行大氣邊界層流場模擬，制作高層建筑試驗模型；S2、獲得高層建筑模型的風荷載時程并轉化到建筑原型；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、設計TLD的參數，對TLD進行建模；S5、建立高層建筑的動力學方程，計算結構各樓層的振動響應；S6、模擬TLD的晃蕩過程；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，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。本方法基于超高層建筑原型和TLD原型，建立結構理論模型和TLD數值模型實現結構?TLD的耦合振動，可有效解決現有方法由于縮尺效應導致的結果失真問題。

技術領域

本發明屬于結構風振控制技術領域，具體涉及一種基于風洞試驗的結構-TLD系統的耦合振動實現方法。

背景技術

在超高層建筑的風振控制領域，常用的減振方法為增加阻尼器，其中調諧液體阻尼器(TLD)由于性價比高、改造和維護簡便，尤其還可兼做消防水箱，一直以來都受到風工程人員和結構工程師的關注和重視。風洞試驗能測量建筑模型風荷載時程數據，并根據縮尺比公式轉化至建筑原型，于是便可以將試驗獲得的風荷載時程作為外激勵施加到結構-TLD系統上，評估結構在安裝TLD后的減振效果。對于考慮風荷載作用下的結構-TLD耦合振動領域，已有的處理方法主要為：1、采用振動臺試驗方法，通過對超高層建筑和TLD建立縮尺模型，再將耦合系統固定到振動臺上進行振動試驗，從而獲取結構與TLD的振動響應。2、采用理論計算方法，建立結構與TLD耦合系統的動力方程，將風荷載時程作為外激勵加載到系統上，然后通過數值積分法求解得到結構受控后的動力響應和TLD本身的振動響應。

對于以上方法，方法1中建立能準確反映超高層建筑和TLD耦合系統特性的縮尺模型成本過高，目前通常將建筑簡化為標準剛架結構，往往會造成與實際建筑的動力特性嚴重不符，而且TLD模型縮尺比太小導致的縮尺效應也會降低試驗結果的可信度。另外由于振動臺只能通過結構底部對耦合系統施加基底荷載，而非在各樓層質心處直接施加風荷載，因此通常只能考慮基階模態振動。方法2中建立準確的耦合系統動力方程是實現耦合振動的關鍵，但是已有研究對于形狀不規則或者設置阻尼構件的復雜TLD還遠遠不夠，其理論模型目前還不成熟，而且TLD的阻尼比往往與振動幅值相關，具有隨時間變化的特性，如果簡單地將TLD等效為TMD，不能全面準確地反映TLD的動力特性，從而造成計算結果失真。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術的缺點與不足，提出一種基于風洞試驗的結構-TLD系統的耦合振動實現方法，方法避免了振動臺試驗的縮尺效應問題，且無需建立復雜的非線性TLD理論模型，實現了結構-TLD系統的耦合振動，從而可以對TLD減振性能進行評價。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

基于風洞試驗的結構-TLD系統的耦合振動實現方法，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；

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；

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；