基于模糊理论的混凝土结构建筑抗震性能优化设计

裴 欣

(六安职业技术学院 城市建设学院，安徽 六安 237001)

混凝土结构建筑设计需要研究混凝土结构建筑抗震性能，分析混凝土结构建筑抗震力学参数，提高混凝土结构建筑的结构强度，在进行混凝土结构建筑抗震性能分析中，需要结合混凝土结构建筑的荷载位移特性，分析混凝土结构建筑的试验板荷载—位移特征量，在极限承载力学模型中进行混凝土结构建筑抗震性能优化设计[1]。当前，对混凝土结构建筑抗震性能设计主要采用边界破坏理论，结合弯矩平衡结构特征分析方法，进行混凝土结构建筑抗震性能优化设计，提高极限承载力，但传统方法进行混凝土结构建筑抗震性能设计中抗震性不好，结构强度不高[2]，对此，本文提出基于模糊理论的混凝土结构建筑抗震性能优化设计方法。首先结合刚度模拟方法进行混凝土结构建筑抗震恢复力估计，采用采用有限元分析理论进行混凝土结构建筑抗震性能量化分析，根据混凝土结构建筑的荷载—位移曲线实现混凝土结构建筑抗震性能的优化设计，最后进行仿真实验分析，展示了本文方法在提高混凝土结构建筑抗震性能方面的优越性能。

1 混凝土结构建筑抗震力学分析和载荷特征分析

1.1 混凝土结构建筑抗震力学分析

为了实现基于模糊理论的混凝土结构建筑抗震性能设计，首先构建混凝土结构建筑的滞回力学分析模型，结合刚度模拟方法进行混凝土结构建筑抗震恢复力估计，采用刚度模拟的方法，进行混凝土结构建筑抗震应力特征模拟[3]，力学数据采集采用压力传感器，数据采集仪如图1所示。

根据图1所示的力学数据采集模型，按照《混凝土结构试验方法标准》进行建筑抗震应力特征分析，模拟均布荷载[4]，得到混凝土结构建筑的抗压强度估计式为：

(1)

分析建筑结构的极限承载力、极限位移，结合有限元理论，得到混凝土结构建筑抗震压力分布为：

L=K-P

(2)

构建建筑混凝土结构的平衡方程和弯矩平衡方程[5]，得到试验板荷载—变形耦合式为：

,(i=1,2,…，6)

(3)

上式中，Ti为极限承载力和极限位移的作用力矩，用M表示建筑混凝土结构的质量矩阵，用向量G表示建筑混凝土结构支撑矢量，得到混凝土结构建筑抗震屈服强度的关系式为：

(4)

根据三阶段荷载—变形关系，得到混凝土结构建筑抗震线性关系式：

(5)

其中：

Cijkl——混凝土结构建筑抗震的水平约束模量；

采用钢筋强度破坏准则进行地震破坏力测试[6]，得到水平约束影响的结构构件应力载荷分别为：

(6)

(7)

k≠l

(8)

k≠l

(9)

根据上述分析，构建了混凝土结构建筑抗震力学分析模型，根据应力特征分析结果进行混凝土结构建筑抗震优化设计[7]。

1.2 载荷特征分析

结合刚度模拟方法进行混凝土结构建筑抗震恢复力估计，分析混凝土结构建筑的双向板荷载—变形关系[8]，通过模量测试，得到水平约束影响的混凝土的屈服响应为：

(10)

求得建筑混凝土板的模糊应力响应特征，得到建筑混凝土受到地震作用下的弹性模量关系表示为：

(11)

其中：

(12)

(13)

式中：

E—— 钢筋破坏模量；

模块化多电平MMC在直流侧发生单极故障时，由于直流侧没有集中电容的存在，故障电流自短路点过换流器桥臂子模块流入联接变压器接地点形成故障通路，如图5所示。故障电流的幅值取决于直流电压、接地电阻及短路过渡电阻的大小[13-15]。

Si——粘结滑移修正值；

Ai——混凝土结构建筑抗震残余屈服量。

采用模糊理论进行载荷分析，混凝土结构建筑抗震载荷分布集为：

(14)

基于屈服线理论和内力平衡分析，在多种地震工况的残余变形分量xi,i=1,2,…，n，承载力增量系数为：

xi=(xi1,xi2,…,xis)T

(15)

由此构建了混凝土结构建筑抗震的载荷分布模型，得到载荷特征为：

(16)

根据上述分析，结合模糊度检测方法，进行混凝土结构建筑抗震屈服响应分析[9]，得到屈服响应为：

(17)

在阻尼应变下，结合差动式位移传感检测方法，进行混凝土结构的载荷测试，得到内侧点的关联度k∈[1，+∞)，则混凝土结构建筑抗震荷载分布为：

(18)

根据混凝土结构建筑抗震荷载分析，进行混凝土结构建筑抗震性能的优化设计[10]。

2 混凝土结构建筑抗震性能设计优化

2.1 混凝土结构建筑抗震力学的模糊参数估计

分析混凝土结构建筑的荷载特征，结合板块内力平衡方程进行混凝土结构建筑抗震力学的模糊参数估计，合理考虑受拉力进行抗震性能的特征分析，得到混凝土结构建筑的应力关系满足：

(19)

考虑屈服线理论和内力平衡理论，得到混凝土结构建筑的支撑刚度为：

(20)

上式中，ub表示混凝土结构建筑的抗震切线刚度，cs表示混凝土结构建筑的差动位移，结合试验板荷载—变形曲线，得到抗震滞回分析模型为：

(21)

结合约束力测量方法，得到混凝土结构建筑的钢筋应变预测输出为：

(22)

式中，ρ表示混凝土结构建筑的抗震的恢复力，xi为支撑屈服前后刚度比，采用约束力测量方法进行有限元分析，得到混凝土结构建筑的抗震应力输出为：

(23)

其中，Ii为混凝土板角压碎应变惯量。将上式代入Lagrange动力学方程式，结合板块内力平衡方程进行混凝土结构建筑抗震力学的模糊参数估计。

2.2 建筑抗震性能优化

采用有限元分析理论进行混凝土结构建筑抗震性能量化分析，根据混凝土结构建筑的荷载—位移曲线实现混凝土结构建筑抗震性能的优化设计[11]，荷载—位移特征分解式为：

(24)

(25)

将Xi,k|k代入平衡方程，得到混凝土结构建筑的抗震弯矩平衡方程：

(26)

在极限承载力作用下，得到混凝土结构建筑的抗震的力学预测特征量：

(27)

计算挠度：

(28)

通过简化力学模型进行混凝土结构建筑的抗震性能分析，实现混凝土结构建筑的抗震优化设计。

3 实验测试分析

为了测试本文方法在实现混凝土结构建筑的抗震性能优化中的应用性能，采用Matlab和ANSYS分析软件进行混凝土结构建筑的抗震性能有限元分析，设定混凝土建筑的抗压强度为48.0MPa，极限强度为680MPa，屈服强度为520MPa，得到试件模型如图2所示。

根据图2的试件结构，进行现混凝土结构建筑抗震性能的应力测试，得到测试结果如图3所示。

分析图3得知，本文方法能提高混凝土结构建筑抗震性能的应力性能，测试竖向荷载，得到测试结果如图4所示。分析图4得知，通过抗震性能的优化设计，提高了竖向荷载水平。

最后得到混凝土结构建筑抗震性能的有限元分析结果，如图5所示。分析图5得知，本文方法进行混凝土结构建筑抗震性能测试的分析结果准确可靠，提高了混凝土结构建筑抗震性能。

4 结语

研究混凝土结构建筑抗震性能，分析混凝土结构建筑抗震力学参数，提高混凝土结构建筑的结构强度，本文提出基于模糊理论的混凝土结构建筑抗震性能设计方法，构建混凝土结构建筑的滞回力学分析模型，结合刚度模拟方法进行混凝土结构建筑抗震恢复力估计，分析混凝土结构建筑的双向板荷载—变形关系，分析混凝土结构建筑的荷载特征，结合板块内力平衡方程进行混凝土结构建筑抗震力学的模糊参数估计，采用有限元分析理论进行混凝土结构建筑抗震性能量化分析，根据混凝土结构建筑的荷载—位移曲线实现混凝土结构建筑抗震性能的优化设计。测试结果表明，采用该模型进行混凝土结构建筑抗震性能设计提高了混凝土结构的抗震能力。