[发明专利]一种连体塔楼和多个调谐液体阻尼器的风致振动实现方法

说明书

本发明公开了一种连体塔楼和多个调谐液体阻尼器的风致振动实现方法，包括以下步骤：S1、进行大气边界层流场模拟，通过风洞试验获取连体塔楼的风荷载时程；S2、建立连体塔楼的运动方程；S3、根据连体塔楼的动力特性计算每个TLD达到最优控制效果时的频率和阻尼比，设计TLD的尺寸和储水高度；S4、通过对比TLD数值模型的阻尼比和最优阻尼比的差别，确定内部阻尼构件的方案；S5、建立多个TLD同步振动的数值模型；S6、建立连体塔楼在TLD控制下的耦合运动方程；S7、根据耦合运动方程计算不同重现期风荷载作用下，连体塔楼与多个TLD系统的风致振动响应。本发明不再局限于计算单体塔楼和单个TLD的振动，而是可以计算连体多塔结构和多个TLD的耦合风致振动。

技术领域

本发明属于结构振动控制技术领域，具体涉及一种连体塔楼和多个调谐液体阻尼器的风致振动实现方法。

背景技术

随着城市发展和技术进步，超高层建筑结构的形式日趋多样化，大型连体多塔结构层出不穷。由于连体塔楼的外形多变且结构间往往存在气动干扰现象，此类型超高建筑的风效应成为控制其安全性和舒适性的主要因素之一。

调谐液体阻尼器(TLD)是高层建筑风振控制中一种非常有效的被动动力减振器，可以显著降低结构顶部加速度，提高居住者的舒适性。TLD减振的基本原理是利用液体在晃荡过程中吸收和耗散振动能量，为结构提供附加阻尼。已有的风荷载作用下结构-TLD耦合振动的实现方法主要有：1)通过风洞试验获取作用在建筑上的风荷载时程，并将TLD简化为调谐质量阻尼器(TMD)，然后进行结构风振计算便可以确定建筑受控后的风振响应。2)建立单栋高层建筑的理论模型和单个TLD数值模型，通过结构响应和TLD控制力的实时数据交互实现系统的耦合振动。

对于以上方法，方法1)将TLD等效为TMD来简化非线性的液体晃荡问题，但该做法对于形状不规则或者设置阻尼构件的复杂TLD可能会造成较大的误差。方法2)只能考虑基本的单体建筑结构和单个TLD的振动，然而连体塔楼是相互关联的，将塔楼隔开单独分析不能全面准确地反映其动力特性，从而造成计算结果失真。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出一种连体塔楼和多个调谐液体阻尼器的风致振动实现方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种连体塔楼和多个调谐液体阻尼器的风致振动实现方法，包括以下步骤：

S1、进行大气边界层流场模拟，通过风洞试验获取连体塔楼的风荷载时程；

S2、由连体塔楼的集中质量模型组装质量矩阵和刚度矩阵，并以此建立连体塔楼的运动方程；

S3、根据连体塔楼的动力特性计算每个TLD达到最优控制效果时的频率和阻尼比，然后针对塔楼平面构造设计TLD的尺寸和储水高度；

S4、通过对比TLD数值模型的阻尼比和最优阻尼比的差别，确定内部阻尼构件的方案；

S5、在确定每个TLD的设计方案后，建立多个TLD同步振动的数值模型；

S6、根据多个TLD在连体塔楼的楼层位置，建立连体塔楼在TLD控制下的耦合运动方程；

S7、根据耦合运动方程计算不同重现期风荷载作用下，连体塔楼与多个TLD系统的风致振动响应。

进一步的，步骤S1具体为：

基于连体塔楼周围的地貌环境判断地面粗糙度类型，根据建筑风洞试验相关标准进行大气边界层流场模拟；

由塔楼高度确定合适的几何缩尺比λ_L并根据结构外形制作刚性试验缩尺模型；

假定将连体塔楼的各楼层简化为集中质量模型，则通过风洞试验获得各质点处的合力，然后根据相似理论转化为原型的风荷载，具体公式为：