雙向地震輸入下配高強(qiáng)鋼筋的框架結(jié)構(gòu)非彈性地震反應(yīng)

韋 鋒，張思帆，張 偉,2，蘇 成

(1.華南理工大學(xué) 土木與交通學(xué)院，廣東 廣州 510640；2.福建省送變電工程有限公司，福建 福州 350013)

中國(guó)現(xiàn)行的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]（GB50010—2010）（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》）已增加了HRB500熱軋帶肋鋼筋，在廣泛應(yīng)用HRB400鋼筋的基礎(chǔ)上，逐步推廣HRB500高強(qiáng)鋼筋作為混凝土結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)受力鋼筋。采用高強(qiáng)鋼筋可有效節(jié)約鋼筋，對(duì)建筑業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排具有重要意義。更高強(qiáng)度的HRB600鋼筋也已研制成功[2]，且國(guó)內(nèi)外學(xué)者均已開(kāi)始對(duì)配置HRB600鋼筋的梁[3–4]、柱[5–6]、剪力墻[7–8]、節(jié)點(diǎn)[9–10]等結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)研究，但對(duì)配置高強(qiáng)鋼筋結(jié)構(gòu)的抗震性能的理論分析相對(duì)較少，而且限于技術(shù)條件的限制，以往研究多基于平面框架[11]。對(duì)于更能真實(shí)反映結(jié)構(gòu)抗震性能的3維空間框架分析雖已有少量研究成果[12]，但仍有待進(jìn)一步深入研究探討。為此，本文基于7、8、9度3個(gè)抗震設(shè)防烈度區(qū)分別配置HRB400、HRB500、HRB600鋼筋的空間框架結(jié)構(gòu)算例，利用OpenSEES軟件，完成結(jié)構(gòu)在多組雙向地震動(dòng)輸入下的非彈性地震時(shí)程分析。

《規(guī)范》[1]規(guī)定對(duì)內(nèi)力組合后的框架柱端彎矩需乘以增大系數(shù)，以期實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”的抗震效果。但已有研究表明[13–15]：在強(qiáng)震作用下，柱很難避免出現(xiàn)塑性鉸；且雙向地震下，柱的強(qiáng)度退化、屈服后變形均明顯比單向受力時(shí)更大。有震害研究表明，在強(qiáng)震下，結(jié)構(gòu)很難實(shí)現(xiàn)真正意義上的“強(qiáng)柱弱梁”，破壞機(jī)制多為以柱鉸為主的梁柱鉸混合耗能機(jī)制[16]。為此，有學(xué)者試圖取更大的柱端彎矩增大系數(shù)以實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”屈服機(jī)制，但效果并不理想[17]。本文在8、9度設(shè)防烈度區(qū)（簡(jiǎn)稱8、9度區(qū)）配HRB400鋼筋結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，按等面積代換原則將框架柱分別改配HRB500及HRB600鋼筋予以加強(qiáng)，并進(jìn)行相應(yīng)的非彈性動(dòng)力反應(yīng)分析，考察該做法對(duì)結(jié)構(gòu)屈服機(jī)制的控制效果。

1 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析方法

1.1 框架設(shè)計(jì)信息

考慮到非彈性動(dòng)力分析軟件對(duì)結(jié)構(gòu)規(guī)模的限制，同時(shí)為了在地震波輸入下讓結(jié)構(gòu)盡可能接近最不利反應(yīng)狀態(tài)，故按照《規(guī)范》[1]要求，經(jīng)設(shè)計(jì)軟件SATWE多次試算后，分別設(shè)計(jì)位于7度區(qū)（0.1g）、8度區(qū)（0.2g）和9度區(qū)（0.4g）的6層空間框架結(jié)構(gòu)。所有框架均為現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)平面布置如圖1所示。各結(jié)構(gòu)的底層層高取4.5 m，2～6層層高均取3.9 m。

圖1 結(jié)構(gòu)平面布置Fig.1 Plan configuration of structures

同一設(shè)防烈度區(qū)結(jié)構(gòu)的梁、柱截面及荷載取值均相同，混凝土強(qiáng)度均采用C40。標(biāo)準(zhǔn)層樓板和屋面板厚分別為100和120 mm。樓面和屋面恒載分別取3.5和4.5 kN/m2，活載取2.0 kN/m2；標(biāo)準(zhǔn)層框架梁上填充墻線荷載取9 kN/m，屋面邊框梁線荷載取3 kN/m。不失一般性，所有結(jié)構(gòu)均按Ⅱ類場(chǎng)地、設(shè)計(jì)地震分組第1組進(jìn)行設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)Tab.1 Design parameters of structures

3個(gè)抗震設(shè)防烈度區(qū)框架的梁柱縱筋配筋：采用HRB400鋼筋進(jìn)行配筋（框架編號(hào)為KJn–400，n=7、8、9，代表3個(gè)不同設(shè)防烈度區(qū)）；按等強(qiáng)代換原則（即截面抗彎能力保持不變），分別采用HRB500和HRB600兩種高強(qiáng)鋼筋重新配筋（框架編號(hào)為KJn–500和KJn–600），在3個(gè)抗震設(shè)防烈度區(qū)各得到3個(gè)不同配筋的算例結(jié)構(gòu)；對(duì)地震作用較大的8和9度區(qū)結(jié)構(gòu)，在配置HRB400鋼筋的基礎(chǔ)上，按等面積代換原則，將所有柱縱筋分別替換為HRB500和HRB600鋼筋，梁縱筋保持HRB400鋼筋不變，設(shè)計(jì)4個(gè)算例結(jié)構(gòu)（編號(hào)為KJn–500*和KJn–600*，n=8、9），分析結(jié)構(gòu)屈服機(jī)制的變化情況。設(shè)計(jì)中，梁柱配筋構(gòu)造，如最小配筋率等均滿足《規(guī)范》[1]相關(guān)要求，梁中間支座負(fù)筋按左右截面配筋較大者貫通布置；各截面在選筋時(shí)，盡量使實(shí)配面積接近計(jì)算面積，二者相差不超過(guò)5%；各框架柱在X與Y方向上采用相同的配筋。限于篇幅，本文僅給出典型的KJ8–400結(jié)構(gòu)平面框架配筋，如圖2所示。表2為8度區(qū)框架的柱配筋面積，其余結(jié)構(gòu)的截面配筋信息見(jiàn)文獻(xiàn)[18]。

表2 8度區(qū)框架柱配筋面積Tab.2 Reinforcements of frames on seismic intensity zone 8 mm2

圖2 KJ8–400結(jié)構(gòu)平面框架配筋示意圖Fig.2 Typical parts of reinforcements of the frame KJ8–400

1.2 分析程序及地震波選取

在OpenSEES（open system for earthquake engineering simulation）[19]平臺(tái)上完成13個(gè)算例結(jié)構(gòu)的非彈性地震反應(yīng)分析；采用基于柔度法的非線性beam單元進(jìn)行單元分析；采用該程序內(nèi)置的纖維模型模擬梁、柱構(gòu)件，不考慮鋼筋和混凝土之間的黏結(jié)滑移；分別采用Menegotto–Pinto鋼筋模型和Kent–Scott–Park單軸混凝土模型[20]進(jìn)行鋼筋和混凝土的本構(gòu)。分析所用的混凝土和鋼筋強(qiáng)度取平均值[1]，結(jié)果見(jiàn)表3。材料變異系數(shù)按《規(guī)范》[1]附錄C取用。

表3 分析所用的混凝土和鋼筋材料參數(shù)Tab.3 Material parameters of concrete and steel for analysis

地震波的選取參考SRSS法[21]。根據(jù)此法在PEER Ground Motion Database上共選取3個(gè)設(shè)防烈度區(qū)各7組天然地震波；將每組地震波中加速度峰值較大的地震波作為主分量輸入結(jié)構(gòu)X方向，加速度峰值較小的分量作為次分量輸入結(jié)構(gòu)Y方向。主分量峰值按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2011）[22]給出的峰值加速度進(jìn)行調(diào)整，次分量峰值按原地震波兩分量的峰值比做相應(yīng)調(diào)整。作為示例，表4為8度區(qū)結(jié)構(gòu)的輸入地震波信息，圖3為8度區(qū)結(jié)構(gòu)輸入地震波反應(yīng)譜。

表4 8度區(qū)結(jié)構(gòu)的輸入地震波信息Tab.4 Earthquake inputs for structures on seismic intensity zone 8

圖3 8度區(qū)結(jié)構(gòu)輸入地震波反應(yīng)譜Fig.3 Spectrums of earthquake inputs for structures on seismic intensity zone 8

2 非彈性動(dòng)力反應(yīng)及分析

完成上述13個(gè)結(jié)構(gòu)的非彈性動(dòng)力時(shí)程分析，以結(jié)構(gòu)整體反應(yīng)指標(biāo)（頂點(diǎn)位移、層間位移角等）和局部反應(yīng)指標(biāo)（塑性鉸分布及其轉(zhuǎn)動(dòng)大小、延性系數(shù)等）評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)[11–12]。因?yàn)橐?guī)則結(jié)構(gòu)的中間榀框架受到的地震作用及相應(yīng)內(nèi)力和變形通常要比邊榀框架大，故僅選取B軸框架（X向）和2軸框架（Y向）為代表分析各結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)及抗震性能。

2.1 高強(qiáng)鋼筋整體等強(qiáng)代換

2.1.1 位移反應(yīng)

罕遇地震輸入下不同配筋框架的最大位移反應(yīng)見(jiàn)表5。由表5可以看出，不同設(shè)防烈度區(qū)的位移反應(yīng)變化總體上表現(xiàn)出相似的趨勢(shì)。

表5 罕遇地震輸入下不同配筋框架的最大位移反應(yīng)Tab.5 Maximum top displacement and inter-story drift ratio of frames under rare earthquake actions

在頂點(diǎn)位移方面：除8度區(qū)結(jié)構(gòu)X方向頂點(diǎn)位移隨配筋強(qiáng)度提高略有減小外，其余結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)位移隨著配筋強(qiáng)度的提高而增大，且在高烈度區(qū)的增大趨勢(shì)更明顯，但總體上增幅有限；與配HRB400鋼筋框架相比，配HRB500和HRB600鋼筋的框架頂點(diǎn)位移平均增幅分別約為6.0%和12.7%。這是因?yàn)殇摻顝?qiáng)度等級(jí)越高，在相同外荷載作用下，各構(gòu)件控制截面的受拉鋼筋應(yīng)力就越大，從而受拉區(qū)混凝土裂縫越大，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體剛度退化就越明顯，故配更高強(qiáng)度鋼筋的結(jié)構(gòu)總體上表現(xiàn)為側(cè)向位移增大。

層間位移角方面：除9度區(qū)層間位移角稍有減少外，其余不同配筋的結(jié)構(gòu)總體上隨著配筋強(qiáng)度等級(jí)的提高，層間位移角呈小幅度增大；但在罕遇地震下，所有框架結(jié)構(gòu)均滿足《規(guī)范》[1]彈塑性層間位移角限值0.02的要求。

圖4為在兩個(gè)不利時(shí)刻（頂點(diǎn)位移最大及層間位移角最大時(shí)刻），典型雙向地震動(dòng)輸入下，3個(gè)設(shè)防烈度區(qū)配置不同強(qiáng)度等級(jí)鋼筋的框架結(jié)構(gòu)X方向的各層側(cè)移及層間位移角沿高度的分布。其中，Dmax為最大頂點(diǎn)位移，DRmax為最大層間位移角。

圖4 結(jié)構(gòu)各層側(cè)移及層間位移角沿高度分布Fig.4 Distributions of lateral shifting and inter-story drift ratio of structures

由圖4可見(jiàn)：結(jié)構(gòu)各層側(cè)移沿高度分布呈現(xiàn)相似的規(guī)律，即中間樓層增幅較大，頂部樓層增幅較??；各結(jié)構(gòu)沿高度的側(cè)移曲線呈現(xiàn)出典型的剪切型變形特征；各層層間位移角方面在結(jié)構(gòu)兩不利時(shí)刻，沿高度分布也都表現(xiàn)相似的特點(diǎn)，即中間樓層大，頂部及底部樓層小，最大層間位移角一般出現(xiàn)在第2、3層；隨著鋼筋強(qiáng)度的提高，各樓層側(cè)移及層間位移角均有不同幅度增大。限于篇幅，各結(jié)構(gòu)在其他地震波作用下，各樓層側(cè)移及層間位移角試驗(yàn)結(jié)果未列出，但均表現(xiàn)出上述類似反應(yīng)規(guī)律。

2.1.2 桿端轉(zhuǎn)角及結(jié)構(gòu)塑性鉸分布

將桿端全時(shí)程最大轉(zhuǎn)角與縱筋剛屈服時(shí)刻轉(zhuǎn)角的比值定義為桿端轉(zhuǎn)角延性需求。表6為罕遇地震輸入下，結(jié)構(gòu)的桿端最大轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)角延性需求。由表6可見(jiàn)，3個(gè)設(shè)防烈度區(qū)結(jié)構(gòu)各桿端轉(zhuǎn)角隨配筋強(qiáng)度的提高呈增大趨勢(shì)，但增幅不大。由表6可以看出：1）柱端轉(zhuǎn)角普遍大于梁端轉(zhuǎn)角，在X、Y方向柱端最大轉(zhuǎn)角分別為梁端最大轉(zhuǎn)角的2.0和1.8倍。這是因?yàn)樵陔p向地震作用下，框架柱因雙向受力加劇了其強(qiáng)度和剛度的退化，其桿端變形更大，梁端變形普遍較小，表明未能充分發(fā)揮其耗散地震能量的作用。2）隨配筋強(qiáng)度的提高，梁柱端最大轉(zhuǎn)角延性需求呈下降趨勢(shì)。這是因?yàn)楦邚?qiáng)鋼筋的屈服應(yīng)變?cè)龃螅箺U端屈服轉(zhuǎn)角增大，而最大轉(zhuǎn)角則變化不大，導(dǎo)致桿端轉(zhuǎn)角延性需求降低。其中，柱端轉(zhuǎn)角延性需求下降幅度較大，梁端的降幅較小，這是因?yàn)橹伺浣钐鎿Q成高強(qiáng)鋼筋后，更多柱截面配筋由最小配筋率控制，其實(shí)際配筋量大于其計(jì)算需要量。3）除7度區(qū)3個(gè)框架結(jié)構(gòu)和8度區(qū)KJ8–600外，其余結(jié)構(gòu)總體上柱端最大轉(zhuǎn)角延性需求均大于梁端，抗震烈度越高，柱和梁最大轉(zhuǎn)角延性需求之間的差距越明顯。這進(jìn)一步表明，梁端良好的塑性耗能作用在這些結(jié)構(gòu)中未能得到充分發(fā)揮。

表6 罕遇地震下桿端轉(zhuǎn)角最大值與轉(zhuǎn)角延性需求Tab.6 Maximum rotations and ductility demands of frame element ends under rare earthquake actions

在罕遇地震輸入下，各框架結(jié)構(gòu)的塑性鉸分布及在整個(gè)動(dòng)力反應(yīng)過(guò)程中結(jié)構(gòu)各桿端塑性鉸曾達(dá)到的最大轉(zhuǎn)角情況如圖5所示。圖5中，實(shí)心圓圈代表雙向屈服，空心圓圈代表單向屈服，圓圈大小表示轉(zhuǎn)角大小。

由圖5可以看出：7度區(qū)框架塑性鉸數(shù)量較少，轉(zhuǎn)角也比較小，且以單向屈服居多，這主要是因?yàn)?度區(qū)的柱配筋大部分由最小配筋率控制，相當(dāng)于從整體上提高了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度儲(chǔ)備，其整體抗震性能預(yù)計(jì)可滿足要求；8、9度區(qū)框架塑性鉸數(shù)量明顯增多，分布范圍更廣，塑性轉(zhuǎn)角增大，其中，9度區(qū)結(jié)構(gòu)出鉸數(shù)量更多，分布更趨均勻；隨著配筋強(qiáng)度的提高，桿端塑性鉸總量呈減少趨勢(shì)，塑性鉸分布由較為均勻變?yōu)橄鄬?duì)不均勻。總體上看：8、9度區(qū)配HRB400和HRB500鋼筋的結(jié)構(gòu)，柱鉸數(shù)量普遍多于梁鉸，形成的是柱鉸為主或柱鉸偏多的梁柱鉸混合耗能機(jī)構(gòu)；塑性鉸在中部樓層有集中的情況，甚至出現(xiàn)了同層柱上、下端均出鉸的情況，在一定程度上，預(yù)示結(jié)構(gòu)可能形成對(duì)抗震偏不利的層側(cè)移機(jī)構(gòu)的趨勢(shì)。KJ8–600出鉸數(shù)量顯著減小，沒(méi)有出現(xiàn)塑性鉸集中的現(xiàn)象；KJ9–600出鉸數(shù)量也明顯減少，除柱底外的柱端轉(zhuǎn)角普遍減小，未出現(xiàn)同層柱上、下端均出鉸的情況。8、9度區(qū)配HRB600鋼筋的結(jié)構(gòu)，總體抗震性能比其他2種配筋的結(jié)構(gòu)有明顯改善。

圖5 罕遇地震輸入下框架結(jié)構(gòu)塑性鉸分布Fig.5 Plastic hinge distribuions of frames under rare earthquake actions

考察以上結(jié)構(gòu)各桿端塑性鉸的最大轉(zhuǎn)角，發(fā)現(xiàn)均未超過(guò)由Fardis公式[23]計(jì)算的對(duì)應(yīng)桿端極限轉(zhuǎn)動(dòng)能力[18]，表明各結(jié)構(gòu)桿端的局部反應(yīng)性態(tài)預(yù)計(jì)可滿足抗震要求。

出鉸率為梁柱端出鉸數(shù)量與該類桿件桿端總數(shù)的比值。罕遇地震輸入下不同配筋框架的桿端出鉸率見(jiàn)表7。

表7 罕遇地震輸入下不同配筋框架的桿端出鉸率Tab.7 Ratios of plastic hinges of frames under rare earthquake actions%

由表7可見(jiàn)：7度區(qū)結(jié)構(gòu)總體上出鉸率很低，而8、9度區(qū)結(jié)構(gòu)的出鉸率逐次增大；隨著鋼筋強(qiáng)度提高，同一烈度區(qū)結(jié)構(gòu)的梁柱端出鉸率均隨之下降，且烈度越高，出鉸率的降低幅度越大；配置HRB600鋼筋時(shí)，結(jié)構(gòu)的出鉸率達(dá)到一個(gè)比較低的水平。對(duì)于8、9度區(qū)配置HRB400和HRB500鋼筋的結(jié)構(gòu)，其柱端出鉸率總體上大于梁端出鉸率或者兩者基本持平。再結(jié)合圖5中這些結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的塑性鉸分布的不利情況，表明現(xiàn)有的“強(qiáng)柱弱梁”措施并未能使柱端抗彎承載力相對(duì)于梁端得到足夠的增強(qiáng)，從這些結(jié)構(gòu)的塑性耗能機(jī)制來(lái)看，其地震反應(yīng)是相對(duì)偏不利的。而對(duì)于配置HRB600鋼筋的8、9度區(qū)結(jié)構(gòu)，盡管出鉸數(shù)量明顯減少，總體抗震性能明顯改善，但8度區(qū)結(jié)構(gòu)柱鉸數(shù)量仍多于梁鉸且梁鉸數(shù)量很少；9度區(qū)結(jié)構(gòu)的柱鉸數(shù)量與梁鉸相差不大，但柱鉸比例仍然較大，柱端最大轉(zhuǎn)角及最大轉(zhuǎn)角延性需求仍大于梁端（表6）。這表明配置HRB600鋼筋后，梁端仍未能充分發(fā)揮其良好耗能作用，當(dāng)結(jié)構(gòu)遭受超過(guò)罕遇水準(zhǔn)的強(qiáng)震作用時(shí)，可以預(yù)計(jì)其地震反應(yīng)也是偏不利的。

2.2 柱縱筋等面積代換

對(duì)8、9度區(qū)按等面積原則代換柱縱筋后的另外4個(gè)框架結(jié)構(gòu)（表1），選取結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)相對(duì)不利的4組地震波，完成非彈性動(dòng)力分析。限于篇幅，以下僅討論部分典型分析結(jié)果。

表8為罕遇地震輸入下，等面積代換柱縱筋框架結(jié)構(gòu)的位移反應(yīng)。由表8可以看出，隨著柱縱筋強(qiáng)度等級(jí)的提高，各結(jié)構(gòu)最大頂點(diǎn)位移與最大層間位移角的數(shù)值基本相當(dāng)，且均能滿足《規(guī)范》[1]對(duì)位移限值的要求。與前文結(jié)構(gòu)相比，在強(qiáng)震下，等面積代換柱縱筋結(jié)構(gòu)的總體位移響應(yīng)并未出現(xiàn)明顯變化。

表8 罕遇地震輸入下等面積代換柱縱筋框架的位移反應(yīng)Tab.8 Displacement and inter-story drift ratio of frames reinforced with high-strength steel bars in columns under rare earthquake actions

圖6為罕遇地震輸入下，柱縱筋等面積代換框架結(jié)構(gòu)的塑性鉸分布（圖例同前）。表9為罕遇地震輸入下，柱縱筋等面積代換框架結(jié)構(gòu)的局部反應(yīng)。由圖6和表9可見(jiàn)：柱縱筋采用不同強(qiáng)度等級(jí)鋼筋后，對(duì)結(jié)構(gòu)的塑性鉸分布及出鉸率等均有較大影響；隨著柱縱筋強(qiáng)度等級(jí)的提高，柱鉸數(shù)量明顯減少，且柱端轉(zhuǎn)角減小，柱端出鉸率減??；而梁鉸數(shù)量逐次增加，梁端轉(zhuǎn)角和梁端出鉸率有一定幅度增大。這表明柱截面按等面積代換原則配置更高強(qiáng)度鋼筋后，框架柱的抗震能力得到明顯提高，而框架梁也更多地參與耗散地震能量?？傮w上，結(jié)構(gòu)逐漸從以柱鉸為主或柱鉸偏多，轉(zhuǎn)變?yōu)橐粤恒q為主的混合耗能機(jī)構(gòu)。

圖6 罕遇地震輸入下柱縱筋等面積代換框架結(jié)構(gòu)的塑性鉸分布Fig.6 Plastic hinge distribuions of frames reinforced with different high-strength steel bars in columns under rare earthquake actions

由表9可以看出：隨著柱縱筋強(qiáng)度等級(jí)的提高，柱端轉(zhuǎn)角延性需求明顯下降，但與第2.1節(jié)所述結(jié)果不同的是，整體上梁端轉(zhuǎn)角延性需求呈小幅度增大趨勢(shì)，柱鋼筋的最大拉應(yīng)變呈減小趨勢(shì)，而梁鋼筋最大拉應(yīng)變則呈現(xiàn)出增大趨勢(shì)。這進(jìn)一步表明，在柱縱筋采用更高強(qiáng)度鋼筋后，框架柱的抗震性能明顯加強(qiáng)，且更多數(shù)量的框架梁充分地參與地震耗能，發(fā)揮梁構(gòu)件在延性及耗能能力方面的優(yōu)勢(shì)，從而改善結(jié)構(gòu)整體抗震性能。

表9 罕遇地震輸入下柱縱筋等面積代換框架結(jié)構(gòu)的局部反應(yīng)Tab.9 Local responses of frames reinforced with different high-strength steel bars in columns under rare earthquake actions

3 結(jié) 論

根據(jù)梁柱縱筋等強(qiáng)代換及柱縱筋等面積代換這兩種方案，配置不同高強(qiáng)鋼筋的13個(gè)框架結(jié)構(gòu)在罕遇地震下的非彈性時(shí)程分析結(jié)果，可得到以下主要結(jié)論：

1）采用等強(qiáng)代換配置高強(qiáng)鋼筋的框架結(jié)構(gòu)，隨配筋強(qiáng)度的提高，其位移反應(yīng)及桿端轉(zhuǎn)角小幅增大，而桿端出鉸率明顯降低，桿端轉(zhuǎn)角延性需求有所減小，結(jié)構(gòu)抗震性能有一定程度的提高。綜合整體和局部反應(yīng)結(jié)果，配置HRB500及HRB600鋼筋的框架結(jié)構(gòu)具有較好抗震性能。

2）除7度區(qū)結(jié)構(gòu)外，采用等強(qiáng)代換配高強(qiáng)鋼筋的結(jié)構(gòu)的柱端出鉸數(shù)量、最大轉(zhuǎn)角及相應(yīng)延性需求大于梁端出鉸數(shù)量、最大轉(zhuǎn)角及相應(yīng)延性需求。強(qiáng)震下，結(jié)構(gòu)形成了柱鉸為主或柱鉸偏多的梁柱鉸混合耗能機(jī)構(gòu)，未能充分發(fā)揮梁端良好耗能作用。雖然隨著鋼筋強(qiáng)度的提高，桿端出鉸數(shù)量逐次減少，柱鉸為主或偏多的局面有所改善，但結(jié)構(gòu)整體上未能形成現(xiàn)行規(guī)范所期望的“強(qiáng)柱弱梁”屈服機(jī)制。

3）按等面積代換原則對(duì)柱配置高強(qiáng)鋼筋予以加強(qiáng)后，結(jié)構(gòu)雖未能完全避免出現(xiàn)柱鉸，但隨著配筋強(qiáng)度的提高，柱鉸數(shù)量明顯減少，柱端轉(zhuǎn)角減??；同時(shí)，梁鉸數(shù)量增加，梁端轉(zhuǎn)角增大，從而使梁端能更充分地參與塑性耗能，結(jié)構(gòu)形成以梁鉸為主或梁鉸較多的混合耗能機(jī)構(gòu)，整體抗震性能明顯提高。在目前HRB500及以上等級(jí)鋼筋價(jià)格略高的情況下，這種做法也為高強(qiáng)鋼筋的優(yōu)化配置及應(yīng)用提供了一種思路。