超高層建筑氣動參數識別的分段線性化—最小二乘法

黃東梅　朱樂東　丁泉順

摘要：柔性超高層建筑在強風作用下會產生氣動反饋效應，在結構振動分析中通常通過附加的非線性/線性氣動阻尼和氣動剛度來考慮其影響。因此，提出了一種用于此類非線性系統識別的諧波分段線性化一最小二乘回歸方法。該方法不但可以識別灰箱系統，即已知典型非線性振動系統方程，僅需識別其系統參數，還可以識別黑箱系統，即非線性振動系統的方程和參數均未知。該方法首先把非線性振動系統視為分段的線性振動系統并識別出時變的阻尼比，然后根據最小二乘回歸分析獲得阻尼比與時間或振幅的關系表達式，最終建立其非線性振動方程。最后，以492m的上海環球金融中心為研究對象進行了氣動彈性模型振動測量風洞試驗，首先采用隨機減量法對橫風向振動位移響應進行處理獲得其自由振動響應，然后應用諧波分段線性化一最小二乘法識別其橫風向非線性/線性氣動阻尼比和氣動剛度，并討論了其平均氣動阻尼比（線性）、氣動剛度、非線性氣動參數隨風速的變化情況。研究結果表明：該方法對識別柔性超高層建筑在強風作用下的此類非線性振動黑箱系統是可行的。