高层建筑气弹模型模态参数识别.pdfVIP

第21卷第3期 振 动 工 程 学 报 Vo1．21 NO．3 2008年6月 Journal of Vibration Engineering Jun．2008 高层建筑气弹模型模态参数识别 黄东梅，朱乐东，丁泉顺 (同济大学土木工程防灾国家重点实验室，上海 200092) 摘要：以某一492 m高的超高层建筑为工程背景，讨论了3种不同方法对风洞试验气动弹性模型的固有频率、固有 振型和阻尼比等模态参数的识别效果。首先采用初始激励自由衰减振动试验和频域分析方法(简称“初激励频域 法”)对该气动弹性模型的模态参数进行了识别。然后以TJ一2风洞中人工紊流风场为环境随机激励源，对该气动弹 性模型进行了环境风随机振动试验，并分别采用环境风随机振动频域分析方法和基于响应相关函数的环境风随机 振动时域STD方法对其模态参数进行了识别。结果显示：对于固有频率和固有振型，上述3种方法的识别结果比较 接近；对于模态阻尼比，初激励自由衰减频域法的识别结果与具有钢芯棒悬臂结构的气动弹性模型模态阻尼比的 经验范围相符，但环境风随机振动法的识别结果由于模型振动响应幅值较小而明显偏大。 关键词：高层建筑；气弹模型；模态参数识别；环境风随机激励 中图分类号：O324 文献标识码：A 文章编号：1004-4523(2008)03-0291-07 492 In的超高层建筑气弹模型如图1所示，总高约 引 言 1．4 In，对角宽约0．21 In，模型几何缩尺比取为1： 350，频率比为47：1，其正立面和几个主要测量高度 高层建筑气弹模型试验是研究高层建筑抗风性 的横截面如图2和图3所示。 能的一个重要手段，而高层建筑气弹模型的设计与 制作是确保试验结果精确度的基本环节之一。高层 建筑气弹模型的设计与制作除了要保证模型与原型 之间的几何相似外，还必须满足模型与原型之间若 干主要结构模态的相似性，为此，在进行风洞实验前 必须对高层建筑气弹模型进行模态参数识别。 根据分析方法的不同，结构模态识别方法可分 为时域方法和频域方法两大类[1卅]，而根据激励方 式的不同，又可以分为初脉冲激励法，初位移激励 法，正弦强迫振动法和环境随机激励法[4 ]。根据气 弹模型实验的实际情况，一般用初始激励法和环境 风随机激励法较多。本文以某一492 In高的超高层 建筑为工程背景，首先运用初始激励频域分析法对 其气动弹性模型的固有频率、振型和阻尼比等模态 参数进行识别，然后把模型置于大气边界层风洞中， 图1 某高层建筑气弹模型 通过风洞产生的紊流风对其进行激励，根据所采集 的响应信号，分别运用环境风随机激励频域分析法 为了测量该超高层建筑气体模型在风洞试验中 和时域分析法进行详细的分析，获得了气弹模型的 的静动力位移响应，需要在模型上布置适当的传感 模态参数。 器。经分析后决定了以下测量方案。在气弹模型主 体结构的1．38，1．O6和0．7 m左右的高度处布置3 1 实验概况 个测量截面。如按从上至下对测量截面编号，则在第 置于同济大学TJ一2风洞中的某一实际高度为 1，2和3测量截面上各布置3个激光位移传感器，即 收稿日期：2007—08—16；修订日期：2008-01-23 基金项目：上海市教育委员会曙光计划(0