[发明专利]基于风洞试验的结构-TLD系统的耦合振动实现方法

权利要求书

1.基于风洞试验的结构-TLD系统的耦合振动实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据建筑风洞试验标准进行大气边界层流场模拟，并按照一定的缩尺比制作高层建筑试验模型；

S2、通过风洞试验获得高层建筑模型的风荷载时程并根据缩尺比公式转化到建筑原型；具体为：

通过风洞试验获得高层建筑各楼层的风荷载时程，假定建筑可简化为质点串模型，得到作用在各质点处的合力向量F_p,t；风洞试验测得建筑模型风荷载，根据相似理论转化到原型，具体公式为：

其中，λ_F表示气动力缩尺比，λ_L表示几何缩尺比，λ_V表示风速比；

S3、根据高层建筑原型的动力特性和风效应，计算TLD所需参数；

S4、结合建筑截面形状以及TLD所在楼层的空间限制，设计TLD的形状、尺寸、内部构件类型及储水量，并引入数值模拟方法对TLD进行建模；

S5、建立高层建筑的动力学方程，采用数值积分法计算得到结构各楼层的振动响应；包括以下子步骤：

S51、建立结构的质量矩阵M、阻尼矩阵C以及刚度矩阵K；

S52、指定积分参数β和γ；

S53、形成有效刚度K^*；

S54、计算结构各楼层的初始振动响应；

步骤S5具体为：

建立指定高层建筑的运动方程：

其中，M、C、K分别为结构的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵，u_t、分别为结构位移向量、速度向量和加速度向量，F_t为外激励向量；

将公式(6)进行泰勒展开，并引入积分参数β和γ得到：

其中，Δt为时间步长，进一步变换得：

代入公式(6)得到时间t处关于节点位移的动力平衡方程：

K^*u_t＝F_t^*(11)

其中，K^*表示有效刚度，F_t^*表示有效荷载向量；

初始化各楼层的位移、速度以及加速度为：u₀、以及假定初始TLD处于静止状态，即控制力F_w,t为0，则初始外激励向量F_t由步骤S2的合力向量F_p,t给出，由公式(11)得到结构各楼层的初始位移响应，再代入公式(9)和公式(10)进一步得到初始速度和加速度响应；

S6、将TLD所在楼层的结构位移响应作为外激励施加到的TLD上，模拟TLD的晃荡过程，实时记录TLD的液面高度和控制力；

S7、将TLD控制力传递到结构的动力学方程中，更新结构的外力向量，然后计算出下一时刻结构的振动响应；

S8、判断是否所有时间计算完毕，从而得到结构受控后的动力响应和TLD本身的振动响应。

2.根据权利要求1所述的基于风洞试验的结构-TLD系统的耦合振动实现方法，其特征在于，步骤S1具体为：

基于高层建筑所在地的周围地貌环境判断地貌类型，根据建筑风洞试验的标准进行大气边界层流场模拟，由建筑原型高度确定合适的几何缩尺比并根据建筑外形制作试验缩尺模型。

3.根据权利要求1所述的基于风洞试验的结构-TLD系统的耦合振动实现方法，其特征在于，步骤S3具体为：

针对高层建筑原型固有频率f_S和质量比μ的设计值，计算能充分调谐减振的TLD频率f_T以及阻尼比ζ_T，计算公式为：

其中，μ在实际应用中不大于0.05；

根据建筑各楼层质量和高度计算建筑的基阶模态质量M_s，根据合适的质量比μ得到TLD有效质量M_T。