為保證罕遇地震下消能器發(fā)揮消能作用，北京市地方標(biāo)準(zhǔn)《建筑工程減隔震技術(shù)規(guī)程》允許消能子結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性，通過罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)彈塑性分析，得到消能子結(jié)構(gòu)的彈塑性內(nèi)力，對子結(jié)構(gòu)截面和配筋按性能要求進(jìn)行校核。地震作用下，隨著構(gòu)件損傷程度的發(fā)展，構(gòu)件內(nèi)力呈現(xiàn)先上升，后下降的趨勢。因此，構(gòu)件彈塑性內(nèi)力需要考慮構(gòu)件損傷狀態(tài)下受力性能變化的特點來進(jìn)行合理取值。

北京市地方標(biāo)準(zhǔn)《建筑工程減隔震技術(shù)規(guī)程》規(guī)定：

7.4.2 消能子結(jié)構(gòu)的截面抗震驗算宜符合下列規(guī)定：

1 消能子結(jié)構(gòu)中非消能部件的梁、柱和墻構(gòu)件宜按重要構(gòu)件設(shè)計，并應(yīng)考慮罕遇地震作用效應(yīng)和其他荷載作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)，其值應(yīng)小于構(gòu)件極限承載力。構(gòu)件作用效應(yīng)計算時，應(yīng)考慮構(gòu)件的彈塑性；

7.4.3 消能減震子結(jié)構(gòu)設(shè)計方法可按如下流程進(jìn)行：

1 進(jìn)行小震振型分解反應(yīng)譜法分析，取材料設(shè)計值進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，得到消能子框架配筋。消能子結(jié)構(gòu)要滿足強柱弱梁要求；

2 根據(jù)上述配筋，對消能子結(jié)構(gòu)進(jìn)行罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)彈塑性分析，得到罕遇地震下消能子結(jié)構(gòu)的內(nèi)力；

3 根據(jù)彈塑性計算得到的內(nèi)力，對子結(jié)構(gòu)進(jìn)行校核，框架柱和梁應(yīng)滿足抗剪彈性，節(jié)點連接部位對應(yīng)節(jié)點區(qū)域應(yīng)滿足抗剪彈性，當(dāng)采用支墩連接時，支墩根部對應(yīng)梁截面應(yīng)滿足抗彎和抗剪彈性；

4 消能子結(jié)構(gòu)的抗震等級高于主結(jié)構(gòu)一級，當(dāng)主結(jié)構(gòu)為特一級時不再提高。

在構(gòu)件的大震設(shè)計中，要合理地考慮構(gòu)件損傷對其截面非線性受力性能的退化影響，首先需要明確構(gòu)件在損傷狀態(tài)下的受力全過程，如圖 1所示。構(gòu)件在荷載作用下的受力過程可以分為兩個階段：受力性能上升階段和受力性能退化階段。

圖1 構(gòu)件承載力

在受力性能上升初始階段，對于混凝土構(gòu)件，由于混凝土在很小應(yīng)力狀態(tài)下就會出現(xiàn)受拉塑性變形并產(chǎn)生裂縫，發(fā)生損傷，此時構(gòu)件處于帶縫工作狀態(tài)，但裂縫開展很小，構(gòu)件的宏觀受力性能并沒有受到較大的影響，所以構(gòu)件整體的受力性能依然表現(xiàn)為彈性或接近彈性的狀態(tài)；隨著荷載的增加，構(gòu)件內(nèi)力也在增大，構(gòu)件的彎曲受壓區(qū)邊緣或剪切斜壓區(qū)的混凝土開始產(chǎn)生受壓損傷，雖然此階段構(gòu)件的混凝土產(chǎn)生了一定程度的壓損傷，在構(gòu)件的宏觀受力性能上，其截面剛度也有一定程度的下降，但構(gòu)件的受力過程仍處于上升階段，此時構(gòu)件的截面鋼筋并沒有屈服；當(dāng)構(gòu)件承受的荷載進(jìn)一步增大時，其內(nèi)力也在進(jìn)一步增大，構(gòu)件的鋼筋開始屈服，截面剛度下降明顯，此時構(gòu)件的受力狀態(tài)對應(yīng)于圖1中A點，隨著構(gòu)件損傷的發(fā)展，彎曲型破壞構(gòu)件的受壓區(qū)混凝土和剪切型破壞構(gòu)件的斜壓區(qū)混凝土的損傷程度及范圍也越來越大，此時構(gòu)件的承載力相對于 A 點還會有所增加，但增加幅度有限，直到達(dá)到承載力峰值 B 點時，標(biāo)志著構(gòu)件受力性能上升階段的結(jié)束和受力性能退化階段的開始。

當(dāng)構(gòu)件受力過程進(jìn)入退化階段時，構(gòu)件承載力隨著損傷的發(fā)展基本呈現(xiàn)下降的趨勢。對于彎曲型延性較好的構(gòu)件，其下降段較為平緩，對于剪切型延性較差的構(gòu)件，其下降段較為陡直。圖1中C 點，為構(gòu)件允許最大變形對應(yīng)的承載力，即認(rèn)為當(dāng)構(gòu)件的承載力減小到一定程度時，由于構(gòu)件損傷的加劇，其承載能力處于不穩(wěn)定狀態(tài)，不利于構(gòu)件在地震作用下繼續(xù)受力。

因此，在進(jìn)行構(gòu)件彈塑性內(nèi)力計算時，需要考慮構(gòu)件損傷狀態(tài)下受力性能變化的特點來進(jìn)行合理取值。

本工程結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，采用墻板式黏滯阻尼器，地上3層，結(jié)構(gòu)高度12米；框架柱截面為600mm×600mm、700mm×700mm、500mm×900mm，框架梁截面主要為400mm×700mm；抗震設(shè)防烈度為8度（0.20g），設(shè)計地震分組為第二組，場地類別為Ⅲ類；混凝土強度等級：框架柱為C40，框架梁為C30；梁、柱縱向鋼筋采用HRB500，箍筋采用HRB400鋼筋如圖2所示。

圖2 模型示意圖

首先，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行大震動力彈塑性分析，主體結(jié)構(gòu)和子結(jié)構(gòu)的材料本構(gòu)均為彈塑性，分析得到構(gòu)件性能水平如圖3~圖5所示，紅色箭頭所指為提取內(nèi)力的子結(jié)構(gòu)柱。

圖3 整體結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能水平（墻板消隱）

圖4 首層結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能水平（墻板消隱）

圖5 二層結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能水平（墻板消隱）

上述結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能評價結(jié)果，采用SAUSG-Zeta軟件中內(nèi)置的RBS性能評價標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價，標(biāo)準(zhǔn)具體評價指標(biāo)如圖6所示。

圖6 RBS性能評價標(biāo)準(zhǔn)

其次、對結(jié)構(gòu)進(jìn)行相同地震波下的大震動力部分彈塑性分析，主體結(jié)構(gòu)的材料本構(gòu)為彈塑性，子結(jié)構(gòu)的材料本構(gòu)均為彈性，分析得到子結(jié)構(gòu)的彈性時程內(nèi)力（主體結(jié)構(gòu)彈塑性），提取圖4~圖5中紅色箭頭所指子結(jié)構(gòu)柱內(nèi)力進(jìn)行對比。

表1 子結(jié)構(gòu)框架柱損傷和內(nèi)力

（1）首層子結(jié)構(gòu)柱底鋼筋屈服，εr/εy比值為1.65，混凝土壓縮損傷D_C達(dá)到0.507，混凝土受壓強度退化系數(shù)S_d為0.14，混凝土壓應(yīng)力超過混凝土峰值應(yīng)力進(jìn)入強度退化段，強度退化15%左右；鋼筋屈服，混凝土損傷過大，造成構(gòu)件剛度和承載能力顯著下降，構(gòu)件按彈塑性本構(gòu)計算的構(gòu)件內(nèi)力僅為彈性的50%左右，按此內(nèi)力進(jìn)行構(gòu)件承載力驗算，偏于不安全。

（2）首層子結(jié)構(gòu)柱頂及二層子結(jié)構(gòu)柱子頂、底區(qū)域，εr/εy比值均在1附近，鋼筋接近屈服，混凝土壓縮損傷D_C均在0.2附近，混凝土受壓強度退化系數(shù)S_d接近0，混凝土壓應(yīng)力處于混凝土峰值應(yīng)力附近，未進(jìn)入強度退化段，構(gòu)件按彈塑性本構(gòu)計算的構(gòu)件內(nèi)力為彈性的70%左右。

（3）三層柱子底部εr/εy比值為0.542附近，鋼筋處于彈性階段，混凝土壓縮損傷D_C為0.077附近，混凝土受壓強度退化系數(shù)S_d為-0.25，混凝土壓應(yīng)力處于混凝土強度上升段，壓應(yīng)力約為峰值峰值應(yīng)力的75%左右，未達(dá)到混凝土峰值強度，構(gòu)件按彈塑性本構(gòu)計算的構(gòu)件內(nèi)力為彈性的78%左右。

（4）子結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力在大震下按彈性（主體結(jié)構(gòu)彈塑性）內(nèi)力設(shè)計，截面、配筋均比較大，設(shè)計較難實現(xiàn)，如果按彈塑性內(nèi)力設(shè)計，需要限定構(gòu)件損傷程度；損傷程度較大的構(gòu)件，彈塑性內(nèi)力與彈性內(nèi)力相差過大，會造成設(shè)計偏于不安全。