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【摘要】从地震震害的调查中发现，抗震设计要求的钢筋混凝土框架结构的梁铰机制没有出现，而是出现了大量的柱铰机制，没有实现强柱弱梁，本文采用MIDAS/GGEN有限元软件，对框架结构构件间刚度匹配比值进行模拟，从而得到其合理的刚度匹配比值，保证了强柱弱梁的实现。
【关键词】刚度匹配比值；构件；模拟研究
1.问题的提出
（1）从汶川大地震的震害调查中发现，抗震设计要求钢筋混凝土框架结构的“梁铰机制”没有出现，而是出现了大量的“柱铰机制”，即没有实现“强柱弱梁”。我国《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）定义的“强柱弱梁”是指，节点处梁端实际受弯承载力∑aby和柱端实际受弯承载力∑acy之间满足不等式∑Macy>∑Maby。但是由于填充墙、楼板、梁端钢筋超配等因素的影响，使梁端受弯承载力增大，在罕遇地震下框架形成的是“强梁弱柱”，即∑Macy<∑Maby。对此国内外很多研究机构、学者进行了大量研究，其结论表明：通过采用不同的柱端弯矩增大系数，保证结构在罕遇地震下形成“梁铰机制”或“梁、柱混合铰机制”。
（2）本研究按现行《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）、《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002），设计了从7度区～9度区一系列典型框架，设计过程中采取了相应措施，避免造成梁端受弯承载力超强。利用弹塑性动力时程分析程序MIDAS/GEN为平台，选取了基于柔度法的纤维模型，建立构件的本构关系、材料的本构关系，定义塑性铰的类型，选择适当的地震波，对空间框架进行了罕遇地震作用多波输入下的弹塑性动力时程反应分析。通过对楼层的层间位移角、杆件塑性铰的分布及转动程度的归纳整理，得出了罕遇地震作用下楼层的层间位移角分布规律和杆件局部反应规律等，并从构件间刚度匹配层面上得出实现“强柱弱梁”充要条件。
2.动力分析所采用的模型及分析程序的实现
（1）本文结合分布塑性铰模型和纤维模型的各自优势建立局部纤维模型。以精度较高的纤维模型模拟分布塑性铰模型中的塑性部分，提高塑性段屈服、滞回特性的模拟精度，采用能充分考虑各材料截面工作状态和加载历史的混凝土及钢筋本构模型，并基于增量变刚度法建立框架结构的动力弹塑性有限元分析模型。
（2）在MIDAS/GEN分析程序中，框架杆件用梁单元模拟，建立空间模型。采用纤维模型（FiberSection）定义梁单元多轴铰的滞回模型，采用程序提供的分布铰类型定义梁单元分布较，积分点数量选为5个，既能满足分析精度要求，又能减少巨大的计算量。
3.钢筋混凝土框架塑性铰模拟结果及分析
3.1钢筋混凝土框架失效的评价标准。
（1）评价标准的主要途径是从总体反应和局部反应两个方面来判断整个结构、各个楼层以及每一构件非弹性变形发育的程度以及失效的可能性。一方面要从整体结构的角度，判断稳定的塑性耗能机构能否形成，分析塑性铰的发育及分布规律，判断是否形成薄弱楼层，考察各层位移及层间位移角沿高度的分布规律等；另一方面要考察构件的局部反应，如塑性铰转动大小、梁端塑性铰滞回曲线饱满程度等，并根据达到的状态综合判断结构的总体抗震效果。
（2）对总体失效的判断采用文献[54]和《建筑抗震规范》（GB50011-2001）表5.5.5中提出的1/50的层间位移角作为评价准则。
（3）对局部失效的判断采用：构件在弹塑性动力反应中的转动变形超过了该构件所能提供的塑性转动能力（假定构件不会先期发生剪切失效或其他脆性破坏）。构件的塑性转动能力则根据Pnangiotakos和Fadis[55]基于一千余根试验构件总结出的经验公式计算。
（4）对构件耗能能力判断则采用以下标准：梁端塑性铰滞回曲线的下降段坡度愈平缓，经受反复荷载的次数愈多，构件承受反复荷载的变形能力愈高，耗能效果愈好。
3.2钢筋混凝土框架塑性铰模拟结果及分析。
3.2.17度0.10g区6层框架塑性铰分析。从7度0.10g区6层框架柱配筋、截面调节过程中，我们看到：罕遇地面运动输入下，当柱截面较小时，柱梁线刚度比（为便于应用，此处柱梁刚度比为裸梁（未考虑两侧楼板翼缘）与中柱之间的刚度比）在2.44的情况下，即M713框架，形成的是以柱铰为主的塑性变形机构。按抗震等级二级控制柱截面配筋后，形成框架M712，仍然形成以柱铰为主的塑性变形机构；而按抗震等级一级控制柱截面配筋后，形成框架M711，则形成梁、柱混合铰的塑性变形机构。将柱截面增大，柱梁刚度比达到4.76，形成M723框架，即可形成的梁、柱混合铰机构，其效果类似于M711框架；按抗震等级二级控制柱截面配筋后，形成框架M722，则形成了以梁铰为主的塑性变形机构。从而可以得出，框架柱刚度增大与强度增大皆可改变框架结构的破坏形态，但在合理的配筋范
【关键词】刚度匹配比值；构件；模拟研究
1.问题的提出
（1）从汶川大地震的震害调查中发现，抗震设计要求钢筋混凝土框架结构的“梁铰机制”没有出现，而是出现了大量的“柱铰机制”，即没有实现“强柱弱梁”。我国《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）定义的“强柱弱梁”是指，节点处梁端实际受弯承载力∑aby和柱端实际受弯承载力∑acy之间满足不等式∑Macy>∑Maby。但是由于填充墙、楼板、梁端钢筋超配等因素的影响，使梁端受弯承载力增大，在罕遇地震下框架形成的是“强梁弱柱”，即∑Macy<∑Maby。对此国内外很多研究机构、学者进行了大量研究，其结论表明：通过采用不同的柱端弯矩增大系数，保证结构在罕遇地震下形成“梁铰机制”或“梁、柱混合铰机制”。
（2）本研究按现行《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）、《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002），设计了从7度区～9度区一系列典型框架，设计过程中采取了相应措施，避免造成梁端受弯承载力超强。利用弹塑性动力时程分析程序MIDAS/GEN为平台，选取了基于柔度法的纤维模型，建立构件的本构关系、材料的本构关系，定义塑性铰的类型，选择适当的地震波，对空间框架进行了罕遇地震作用多波输入下的弹塑性动力时程反应分析。通过对楼层的层间位移角、杆件塑性铰的分布及转动程度的归纳整理，得出了罕遇地震作用下楼层的层间位移角分布规律和杆件局部反应规律等，并从构件间刚度匹配层面上得出实现“强柱弱梁”充要条件。
2.动力分析所采用的模型及分析程序的实现
（1）本文结合分布塑性铰模型和纤维模型的各自优势建立局部纤维模型。以精度较高的纤维模型模拟分布塑性铰模型中的塑性部分，提高塑性段屈服、滞回特性的模拟精度，采用能充分考虑各材料截面工作状态和加载历史的混凝土及钢筋本构模型，并基于增量变刚度法建立框架结构的动力弹塑性有限元分析模型。
（2）在MIDAS/GEN分析程序中，框架杆件用梁单元模拟，建立空间模型。采用纤维模型（FiberSection）定义梁单元多轴铰的滞回模型，采用程序提供的分布铰类型定义梁单元分布较，积分点数量选为5个，既能满足分析精度要求，又能减少巨大的计算量。
3.钢筋混凝土框架塑性铰模拟结果及分析
3.1钢筋混凝土框架失效的评价标准。
（1）评价标准的主要途径是从总体反应和局部反应两个方面来判断整个结构、各个楼层以及每一构件非弹性变形发育的程度以及失效的可能性。一方面要从整体结构的角度，判断稳定的塑性耗能机构能否形成，分析塑性铰的发育及分布规律，判断是否形成薄弱楼层，考察各层位移及层间位移角沿高度的分布规律等；另一方面要考察构件的局部反应，如塑性铰转动大小、梁端塑性铰滞回曲线饱满程度等，并根据达到的状态综合判断结构的总体抗震效果。
（2）对总体失效的判断采用文献[54]和《建筑抗震规范》（GB50011-2001）表5.5.5中提出的1/50的层间位移角作为评价准则。
（3）对局部失效的判断采用：构件在弹塑性动力反应中的转动变形超过了该构件所能提供的塑性转动能力（假定构件不会先期发生剪切失效或其他脆性破坏）。构件的塑性转动能力则根据Pnangiotakos和Fadis[55]基于一千余根试验构件总结出的经验公式计算。
（4）对构件耗能能力判断则采用以下标准：梁端塑性铰滞回曲线的下降段坡度愈平缓，经受反复荷载的次数愈多，构件承受反复荷载的变形能力愈高，耗能效果愈好。
3.2钢筋混凝土框架塑性铰模拟结果及分析。
3.2.17度0.10g区6层框架塑性铰分析。从7度0.10g区6层框架柱配筋、截面调节过程中，我们看到：罕遇地面运动输入下，当柱截面较小时，柱梁线刚度比（为便于应用，此处柱梁刚度比为裸梁（未考虑两侧楼板翼缘）与中柱之间的刚度比）在2.44的情况下，即M713框架，形成的是以柱铰为主的塑性变形机构。按抗震等级二级控制柱截面配筋后，形成框架M712，仍然形成以柱铰为主的塑性变形机构；而按抗震等级一级控制柱截面配筋后，形成框架M711，则形成梁、柱混合铰的塑性变形机构。将柱截面增大，柱梁刚度比达到4.76，形成M723框架，即可形成的梁、柱混合铰机构，其效果类似于M711框架；按抗震等级二级控制柱截面配筋后，形成框架M722，则形成了以梁铰为主的塑性变形机构。从而可以得出，框架柱刚度增大与强度增大皆可改变框架结构的破坏形态，但在合理的配筋范