一种模拟乔木和结构耦合振动的本构模型制造技术

本发明专利技术提供了一种模拟乔木和结构耦合振动的本构模型，包括：乔木简化模块、乔木运动、位置与输入地震动关系简化模块、乔木上部结构运动运算模块、乔木位移坐标获取模块、自由度体系模拟模块、动力平衡模拟模块、自由度体系等效参数运算模块、水平地震影响系数修正模块、乔木与结构固定之间的刚度模拟运算模块。本发明专利技术的弹簧模型系统，可以对乔木、土、结构形成的系统进行有效模拟，应对不同的输入地震动，获得结构所需提供的刚度，可有效分析乔木在不同地震情况下对建筑结构的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟乔木和结构耦合振动的本构模型
本专利技术涉及一种乔木与结构相互作用的简化模型，特别是涉及一种模拟乔木和结构耦合振动的本构模型。
技术介绍
在建筑由横向发展转为纵向发展的今天，城镇居民人均绿化面积越来越小，利用高层建筑其竖向外表面积远大于其平面占地面积的特点，在最大程度上提高绿化覆盖率，成为了一种必然趋势。而且这种形式与我国节能建筑、绿色建筑的设计理念相符合，有利于减少建筑能耗，是一条增加城市绿化面积的有效途径。虽然乔木类绿化建筑在建筑、节能、生态环境方面中外学者有诸多研究，但在结构设计方面仍然是进展缓慢，绿化乔木及花草产生的载重对建筑物下部结构的影响程度现在还没有一个确切结论。国内绝大多数建筑物在设计之时并未从结构上考虑屋顶绿化所带来的影响，这种现象导致的结果就是很多建筑物竖向承载能力不足，在未来进行绿化时会遇到诸多问题。乔木由树枝、树干和树根部分组成，在风荷载作用下它们的风振特性也不同，同时树枝、树干和树根的自由振动和相互作用都会对乔木整体产生影响。乔木振动中阻尼一般包括三部分：树枝之间相互作用的阻力，树叶受风作用下的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟乔木和结构耦合振动的本构模型，其特征在于，所述弹簧模型系统包括：/n乔木简化模块，所述乔木简化模块用于将实际的乔木、土、结构之间进行简化，并提供简化后的乔木、土、结构物理信息；/n乔木运动、位置与输入地震动关系简化模块，所述乔木运动、位置与输入地震动关系简化模块用于确定输入地震动与乔木运动状态及位置之间的变化关系；/n乔木上部结构运动运算模块，所述乔木上部结构运动运算模块用于确定乔木顶部在不同运动状态及不同位置时，与土、结构之间保持平衡的物理参数信息；/n乔木位移坐标获取模块，所述乔木位移坐标获取模块用于确定乔木顶点在不同位置时，结构的质量、结构的刚度、土与结构之间阻尼、结构所受荷...

【技术特征摘要】
1.一种模拟乔木和结构耦合振动的本构模型，其特征在于，所述弹簧模型系统包括：
乔木简化模块，所述乔木简化模块用于将实际的乔木、土、结构之间进行简化，并提供简化后的乔木、土、结构物理信息；
乔木运动、位置与输入地震动关系简化模块，所述乔木运动、位置与输入地震动关系简化模块用于确定输入地震动与乔木运动状态及位置之间的变化关系；
乔木上部结构运动运算模块，所述乔木上部结构运动运算模块用于确定乔木顶部在不同运动状态及不同位置时，与土、结构之间保持平衡的物理参数信息；
乔木位移坐标获取模块，所述乔木位移坐标获取模块用于确定乔木顶点在不同位置时，结构的质量、结构的刚度、土与结构之间阻尼、结构所受荷载的关系；
自由度体系模拟模块，所述自由度体系模拟模块用于确定结构的广义质量、结构的广义刚度、土与结构之间广义阻尼、结构所受广义荷载的对应关系；
动力平衡模拟模块，所述动力平衡模拟模块用于确定乔木在不同运动状态下，土与结构之间阻尼与结构的刚度之前的平衡关系；
自由度体系等效参数运算模块，所述自由度体系等效参数运算模块用于获得引入SSI效应后乔木、土、结构的物理信息；
水平地震影响系数修正模块，所述水平地震影响系数修正模块在引入SSI效应后，用于修正输入地震动与乔木运动状态及位置之间的变化关系；
乔木与结构固定之间的刚度模拟运算模块，所述乔木与结构固定之间的刚度模拟运算模块在引入SSI效应后，用于获取乔木在不同运动状态及位置时，结构的不同位置所需提供的平衡刚度。


2.根据权利要求1所述模拟乔木和结构耦合振动的弹簧模型系统，其特征在于，所述乔木简化模块包括如下运行过程：
将土与结构之间的相互作用等效为弹簧-阻尼系统；
将乔木底部与土之间等效为铰接结构；
将乔木简化成有长度H的悬臂杆，乔木冠部简化成有质量的球体，其中乔木质量等效为集中树冠质量；
将乔木、土与结构建立多自由度体系。


3.根据权利要求2所述模拟乔木和结构耦合振动的弹簧模型系统，其特征在于，所述乔木运动、位置与输入地震动关系简化模块包括如下运行过程：
确定地震波在基岩处的将作为输入地震动；
确定乔木在该输入地震动下的运动状态及位置之间的变化关系；
确定乔木在不同运动状态及位置时，土与结构之间刚度、阻尼情况，获得参数ku、cu、kθ、cθ、hn、mn、kn、xf、θ，其中ku、cu、kθ、cθ分别表示土与结构水平、摇摆相互作用的水平刚度、水平阻尼、摇摆刚度及摇摆阻尼；hn、mn、kn分别表示结构第n层的高度、质量和刚度；xf、θ分别表示乔木的平动位移和摇摆转角。


4.根据权利要求3所述模拟乔木和结构耦合振动的弹簧模型系统，其特征在于，所述乔木上部结构运动运算模块运行过程如下：
建立方程
式中：M、C、K分别为在不考虑SSI时多自由度体系上部结构的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵，X、分别为在不考虑SSI时多自由度体系上部结构的位移向量、速度向量和加速度向量，xf、θ分别表示基础的平动位移和摇摆转角。


5.根据权利要求4所述模拟乔木和结构耦合振动的弹簧模型系统，其特征在于，所述乔木位移坐标获取模块运行过程如下：
建立结构的质量M、结构的刚度C、土与结构之间阻尼K、结构所受荷载F的关系方程将方程式转化为：
设：X＝φe1x1t+…+φeixit+…+φemxmt
式中：m为计算所选取的振型个数，m＝1,2,3……，φei为第i阶弹性阵型向量，xit为第i阶弹性阵型对应的结构位移顶点位移坐标。


6...

【专利技术属性】
技术研发人员：区彤，汪大洋，谭坚，刘雪兵，林松伟，徐昕，聂竹林，刘淼鑫，张增球，
申请(专利权)人：广东省建筑设计研究院有限公司，广州大学，
类型：发明
国别省市：广东;44