[发明专利]一种考虑振动模态偏角的高层建筑HFFB风振分析方法

说明书

本发明公开了一种考虑振动模态偏角的高层建筑HFFB风振分析方法，包括：根据待测建筑的高层建筑结构，结合有限元模型分析获得待测建筑的结构动力参数；根据结构动力参数，计算高层建筑结构的前二阶摆振型的第一模态刚度和第一模态阻尼；根据待测建筑的高度、前两阶模态振动方向与几何主轴之间的夹角，构建模态力谱矩阵；根据第一模态质量、第一模态刚度和第一模态阻尼，计算高层建筑的第二模态质量、第二模态刚度和第二模态阻尼；根据模态力谱矩阵，计算结构弯矩响应。本实施例能够考虑模态主轴与几何主轴不一致的情况，且能够考虑各阶模态振动的相关性，可以有效提升基于HFFB技术进行高层建筑风振响应分析的计算精度。

技术领域

本发明涉及一种风振分析方法技术领域，尤其涉及一种考虑振动模态偏角的高层建筑HFFB风振分析方法。

背景技术

高频底座测力天平(HFFB)技术是高层建筑风致振动分析和抗风设计中最为常用的试验方法之一。目的是获取作用在结构底部的六分量气动荷载信号，然后基于线性振型假定获得高层建筑在前二阶侧摆模态方向和一阶扭转方向的模态力并进行结构风振响应分析。对于规则建筑，结构的模态振动主轴一般情况下与几何主轴重合或较为接近，在这种情况下，根据前二阶振型为线性的基本假定，可以将测得的两个几何主轴方向上的基底倾覆弯矩方便的转换为各模态振动方向上的模态力并进行风振响应分析。但随着高层建筑高度的不断增加和新颖结构形式的出现，结构的几何主轴往往与模态振动主轴存在明显的偏角，这就使得前述传统的方法失去了适用性。另一方面，传统方法是分别对不同模态进行风振响应分析，没有考虑各阶模态之间的耦合效应。这也影响了结构风振响应的计算精度。

发明内容

本实施例提供了一种考虑震动模态偏角的高层建筑HFFB风振分析方法，该分析方法能够考虑模态主轴与几何主轴不一致的情况，且能够考虑各阶模态振动的相关性，有效提升基于HFFB技术进行高层建筑风振响应分析的计算精度。

本发明实施例提供了一种考虑振动模态偏角的高层建筑HFFB风振分析方法，包括：

根据待测建筑的高层建筑结构，结合有限元模型分析获得所述待测建筑的结构动力参数；所述结构动力参数包括：前二阶侧摆振型对应的第一模态质量、前二阶侧摆振型对应的模态力和固有圆频率；

根据所述结构动力参数，计算所述高层建筑结构的前二阶摆振型的第一模态质量、第一模态刚度和第一模态阻尼；

根据所述待测建筑的高度、前两阶模态振动方向与几何主轴之间的夹角，构建模态力谱矩阵；

根据所述第一模态质量、所述第一模态刚度和所述第一模态阻尼，计算所述高层建筑结构的第二模态质量、第二模态刚度和第二模态阻尼；

根据所述模态力谱矩阵，结合所述第二模态质量、所述第二模态刚度和所述第二模态阻尼，计算在M_x(t)方向上和在M_y(t)方向上结构弯矩响应；所述结构弯矩响应用于所述待测建筑的高层建筑HFFB风振分析。

进一步地，在所述根据待测建筑的高层建筑结构，结合有限元模型分析获得所述待测建筑的结构动力参数之前，还包括：对所述高层建筑结构的基底弯矩进行解耦，具体为：

设所述基底弯矩在几何主轴x方向上的时程为M_x(t)，所述基底弯矩在几何主轴y方向上的时程为M_y(t),记二维耦合信号为x(t)＝[M_x(t),M_y(t)]^T；通过以下公式计算所述二维耦合信号的相关函数矩阵：

通过以下公式计算所述二维耦合信号的协方差矩阵：

其中，τ时间间隔，N为采样长度；