RC框架結構連續(xù)倒塌影響因素與破壞機制的研究現(xiàn)狀

黃 華，黃 敏，郭潔娜，郭夢雪

(長安大學 建筑工程學院，陜西 西安 710061)

0 引 言

結構連續(xù)性倒塌是指偶然荷載(如爆炸、沖擊、火災、地震等)作用下，由最初的局部破壞引起構件失效不斷擴展而導致整個結構倒塌或與初始局部破壞不成比例地大范圍倒塌[1]，其破壞特點表現(xiàn)為不確定性、非線性、滯后性、連續(xù)性和不成比例性[2]。迄今為止，國內外對連續(xù)倒塌問題的研究經歷了3個高峰。自1968年英國倫敦Roman Point公寓因煤氣爆炸發(fā)生局部倒塌后，工程界開始了連續(xù)倒塌問題的研究。1995年美國俄克拉荷馬州Alfred P.Murrah聯(lián)邦大樓因恐怖分子汽車炸彈襲擊發(fā)生倒塌破壞事故后，建筑結構的連續(xù)倒塌問題再次引起國內外學者的廣泛重視。2001年紐約世貿中心雙子大樓遭恐怖襲擊倒塌，造成了2 996人遇難，并對全球造成1萬億美元的損失，此次事件也將連續(xù)倒塌問題的研究推向高潮[3]。2001年石家莊特大連環(huán)爆炸案、2003年衡陽大廈特大火災倒塌事件，以及近年來廣州、深圳、溫州、沈陽等城市多起在役房屋坍塌事件同樣也說明中國現(xiàn)役建筑在抗連續(xù)倒塌能力方面存在不足，且連續(xù)倒塌事故一旦發(fā)生，將帶來大量的人員傷亡和巨大的經濟損失，因而如何避免連續(xù)倒塌已成為21世紀以來土木工程學科研究的最大熱點之一。

Starossek[4]將連續(xù)倒塌劃分為6種:薄餅型倒塌、拉鏈型倒塌、多米諾型倒塌、截面型倒塌、失穩(wěn)型倒塌和混合型倒塌。GSA 2003[5]，DOD 2010[6]，EN 1991-1-7：2006[7]等規(guī)范給出的抗連續(xù)倒塌設計方法包括概念設計法、拆除構件法、拉結強度法和關鍵構件法等。采用拆除構件法時，可以采用線性靜力、線性動力、非線性靜力和非線性動力分析方法對剩余結構進行計算。結構連續(xù)倒塌的影響因素眾多，倒塌機制相對復雜，目前研究者基于各自的研究對象進行了較為深入全面的研究，但結論并不統(tǒng)一?，F(xiàn)有關于結構抗連續(xù)倒塌能力的研究大都以框架結構為例，且平面框架、不帶板框架居多，與實際結構存在顯著差異。本文在現(xiàn)有研究成果的基礎上，綜述了樓板、柱失效位置和柱距、節(jié)點、填充墻以及抗震設計等因素對結構抗連續(xù)倒塌能力影響的研究，并論述了連續(xù)倒塌的破壞機制，對現(xiàn)有研究中存在的問題進行了總結。

1 連續(xù)倒塌影響因素分析

1.1 樓板對框架結構連續(xù)倒塌的影響

現(xiàn)有研究認為：結構連續(xù)倒塌分析中不考慮樓板對抗連續(xù)倒塌作用的設計是偏于保守的[8-11]。對于樓板提高結構抗連續(xù)倒塌能力的作用，由于不同學者所用的研究方法、模型、柱失效位置等因素的不同，得出的結果也不同，具體見表1。由表1可見，通過對有無樓板結構進行數值分析和試驗研究，發(fā)現(xiàn)樓板不僅能提高結構的抗連續(xù)倒塌能力，且幅值都在24%以上，甚至達到200%。因此在抗連續(xù)倒塌設計時不可忽略樓板的影響。王惠賓等[12]將板等效為有效翼緣，在梁的受力鋼筋中計入翼緣寬度范圍內的樓板鋼筋，以考慮樓板的影響，分析模型見圖1，同時假定：①梁各截面為雙直線型的彎矩與轉角關系，如圖2所示，其中，Mp為塑性鉸彎矩，θy為剛形成塑性鉸時的轉角，θu為塑性鉸極限轉角；②全部梁端彎矩同時達到塑性鉸彎矩，并同時失去承載能力?？紤]板效應時，梁機制的抗力極值Rdmax為

(1)

式中：MTiP為梁3BC兩端形成塑性鉸時的彎矩；MLiP為梁C23(C34)兩端形成塑性鉸時的彎矩；L為梁計算跨度。

懸鏈線機制的抗力Rc為

Rc=2TLsin(θ)

(2)

式中：TL為梁C23(C34)懸鏈線拉力；θ為梁的梁端轉角。

同樣計入翼緣寬度范圍內的樓板貫通鋼筋，以考慮樓板的共同工作效應，復合機制的抗力Rbc為

Rbc=Rdmax+Rc

(3)

樓板作為框架結構不可或缺的一部分，它不僅可以增加結構的冗余度，使框架柱失效后的不平衡內力通過板的拉結重新分布，還可以增加結構的剛度和整體性，從而提高結構的抗連續(xù)倒塌能力。研究發(fā)現(xiàn)：增加樓板配筋率可以提高結構的抗連續(xù)倒塌能力[19-21],而增加板厚對結構抗連續(xù)倒塌性能的影響不同學者得出不同的結論。齊宏拓等[19]通過對鋼筋混凝土板進行連續(xù)倒塌的碰撞仿真分析發(fā)現(xiàn)，增加板厚能提高結構抗連續(xù)破壞能力，且增大板厚比提高配筋率對增大抗連續(xù)破壞能力的作用更明顯。Lu等[20]通過試驗研究發(fā)現(xiàn)，板的存在會使框架的抗倒塌能力提高98%～146%，且框架抗倒塌能力會隨板厚及板配筋的增加而提高。何沙沙[21]利用有限元軟件對柱失效后不同板厚和配筋率下失效點豎向位移峰值以及關鍵構件內力進行對比分析，發(fā)現(xiàn)在配筋率不變時，增加板厚，失效點的豎向位移基本不變甚至增加，同時柱的軸力也會增加，因此認為僅增加樓板厚度，框架結構的抗連續(xù)倒塌能力并不會有所提高。另有研究發(fā)現(xiàn)，板厚對結構抗連續(xù)倒塌能力的影響與配筋率有關，當配筋率較大時，增加板厚對結構的抗連續(xù)倒塌能力有益，然而當配筋率小于一定值后，增加板厚卻提高了結構發(fā)生連續(xù)倒塌的可能性[22]。

表1 板對結構抗連續(xù)倒塌能力的貢獻Tab.1 Contribution of Slab to Anti-progressive Collapse of Structures

根據以上研究分析可知，板配筋率的增加對結構抗連續(xù)倒塌能力有益，但是板支座的拉結能力和混凝土的抗拉強度有限，盲目增加配筋可能導致板發(fā)生超筋破壞。尋找一個合適的抗連續(xù)倒塌配筋率是今后的研究方向。板厚的增加在提高結構剛度的同時也會增加結構的自重，剛度對結構是有利的，而自重會增加結構所受荷載，增大向下運動的慣性和沖擊力，對結構是不利的。因此增加板厚對結構有利和不利哪個占主導，在什么范圍內占主導，還有待進一步研究，并且倒塌設計時如何有效計算樓板提供的抗力，當前的研究顯得并不充分。

1.2 柱失效位置和柱距對結構抗連續(xù)倒塌能力的影響

建筑物在遭受偶然荷載作用時，不同構件失效對剩余結構倒塌能力的影響不同，因此有必要研究不同部位構件失效對結構抗連續(xù)倒塌能力的影響。根據GSA和DOD準則，框架結構中角柱、邊柱和內柱為關鍵構件。已有柱失效位置對結構連續(xù)倒塌性能影響的研究結果大致可以分為2類：一是通過對相同層、相同跨度的框架在拆除角柱、邊柱和內柱后的連續(xù)倒塌性能進行研究，發(fā)現(xiàn)內柱發(fā)生破壞時，抗連續(xù)倒塌能力最弱，其次是邊柱，拆除角柱對結構的影響最小，即剩余結構的抗連續(xù)倒塌能力從小到大依次為內柱、邊柱、角柱[23-24]；二是通過對相同層、不同跨度的框架在拆除角柱、邊柱和內柱后的連續(xù)倒塌性能進行研究。盧磊[25]以單榀柱距依次為5.4,3,5.4 m的4層鋼筋混凝土框架結構為研究對象，采用有限元軟件SAP2000對結構在角柱、長邊中柱、短邊中柱和內柱失效后的抗連續(xù)倒塌能力進行對比分析，發(fā)現(xiàn)剩余結構抗連續(xù)倒塌能力從小到大依次為長邊中柱、角柱、內柱、短邊中柱。楊雪蕾[26]以單榀柱距依次為6,2.5,6 m的鋼筋混凝土框架結構為研究背景，采用SAP2000對不同部位柱失效后結構的抗連續(xù)倒塌能力進行非線性靜力分析，得出拆除柱后，剩余結構的連續(xù)倒塌能力從小到大依次為長邊中柱、內柱、角柱、短邊中柱。何沙沙[21]采用ABAQUS有限元軟件，以單榀柱距為6,2.7,6 m的3層框架結構為研究對象，對比分析了不同部位的柱失效后剩余結構抗連續(xù)倒塌能力。發(fā)現(xiàn)剩余結構抗連續(xù)倒塌能力依次為角柱、邊柱、內柱。由以上分析可知，不同跨度時，拆除不同部位的柱，得到剩余結構抗連續(xù)倒塌能力的結論不同。因此跨度是影響結構抗連續(xù)倒塌能力的一個非常重要的因素。

拆除關鍵構件后，關鍵構件周邊的梁、板跨度變大，且原來由柱承擔的豎向荷載通過梁和板進行內力重分布，使得作用在結構上的豎向荷載增大，結構抗連續(xù)倒塌能力降低，且隨著跨度的加大，承載力降低很快[27]。因此不考慮跨度對結構的影響，分析結構在拆除關鍵構件后的連續(xù)倒塌能力會得出不同的結論，且以上研究以有限元數值分析為主，絕大部分未考慮樓板的影響。為使研究結果與工程實際相符，建議在試驗測試基礎上開展不同部位柱失效后的抗連續(xù)倒塌性能研究，同時考慮板存在時的影響研究。

1.3 節(jié)點對結構抗連續(xù)倒塌的影響

節(jié)點作為梁板柱的交接點，是整個結構的關鍵受力區(qū)域，節(jié)點在結構抗連續(xù)倒塌中的作用目前已引起了國內外學者的關注。杜修力等[28-31]研究了鋼框架結構不同梁柱節(jié)點形式對其抗連續(xù)倒塌能力的影響，提出節(jié)點加固的方法，以改善結構抗連續(xù)倒塌性能。Main等[32-35]通過研究發(fā)現(xiàn)鋼框架中增強節(jié)點承載力能充分提高結構整體抗連續(xù)倒塌性能。Yang等[36]通過試驗研究發(fā)現(xiàn)，在鋼梁柱的連接中，采用鋼節(jié)點的連接方式可以提高框架的抗倒塌能力。當前研究主要集中于鋼框架中節(jié)點對抗連續(xù)倒塌性能的影響，而對混凝土框架結構中節(jié)點對抗連續(xù)倒塌性能影響的研究甚少，且在RC結構的連續(xù)倒塌分析中，大多數研究者將節(jié)點處理成剛節(jié)點，忽略其在連續(xù)倒塌中的作用。司應石[37]對比分析了不同節(jié)點剛度對結構抗連續(xù)倒塌能力的影響，認為節(jié)點剛度大的模型抗連續(xù)倒塌能力也大，且在靜力分析中，節(jié)點剛度大的結構抗連續(xù)倒塌能力強，而在動力分析中，節(jié)點剛度對結構抗連續(xù)倒塌能力的影響不明顯。Kang等[38]通過對四榀預制混凝土框架進行試驗研究，發(fā)現(xiàn)梁柱節(jié)點處采用不同的鋼筋連接方式會對框架的抗倒塌能力產生一定的影響；節(jié)點處鋼筋采用貫通搭接的連接方式會提供更高的抗連續(xù)倒塌能力。李爽等[39]對比分析了考慮節(jié)點和不考慮節(jié)點對RC框架連續(xù)倒塌能力的影響，發(fā)現(xiàn)考慮節(jié)點影響比不考慮節(jié)點影響時結構的抗連續(xù)倒塌承載力下降23%。實際工程中不考慮節(jié)點影響的抗連續(xù)倒塌設計會高估結構抗連續(xù)倒塌能力，從而使結構偏于不安全。如何在工程設計中考慮節(jié)點的影響還需要進一步的研究。

1.4 填充墻對結構抗連續(xù)倒塌的影響

填充墻雖為非結構構件，但一定程度上仍會與框架共同作用而抵抗部分荷載，因此在連續(xù)倒塌分析中有必要考慮填充墻的影響。李寰等[40-41]利用有限元軟件對純框架結構和填充墻框架結構進行對比分析，認為填充墻的存在提高結構的抗連續(xù)倒塌能力。Kaushik等[42]通過研究發(fā)現(xiàn)，填充墻可以提高結構的初始剛度，替代結構承受大部分的側向地震荷載。Qian等[43]通過試驗研究了填充墻對框架抗倒塌能力的影響，結果表明，填充墻不僅可以提高框架的承載力和剛度，改變框架的破壞模式，還可以提高節(jié)點的抗剪能力和梁縱筋的抗拉能力。Sasani等[44-46]以一帶有填充墻的6層RC框架結構為研究對象，對其關鍵構件進行爆破拆除試驗，通過對試驗數據的詳細分析發(fā)現(xiàn)，填充墻可以限制梁的變形，從而提高其連續(xù)倒塌能力。這是因為填充墻在受到梁傳來的壓力和剪力的同時，還會受到柱的擠壓作用，在框架與填充墻之間產生相互協(xié)調耦合作用[47]。由此看來，填充墻不僅可以增加結構的冗余度，傳遞水平和豎向荷載，使結構內力重分布更加均勻，還可以承擔部分水平和豎向荷載，從而提高結構的抗連續(xù)倒塌能力。吳春[48]從定量的角度分析了填充墻對混凝土框架結構抗連續(xù)倒塌能力的影響，發(fā)現(xiàn)純框架結構的魯棒性指標比填充墻的魯棒性指標低20%～50%。單思鏑等[49-50]通過研究發(fā)現(xiàn)，填充墻開洞率越大的結構，其抗連續(xù)倒塌能力越弱。Tsai等[51]通過對某10層RC框架抗連續(xù)倒塌能力的研究發(fā)現(xiàn)，不同類型的開洞填充墻對結構抗連續(xù)倒塌能力的影響不同。高麗[52]還發(fā)現(xiàn)洞口大小保持不變時，洞口位置的變化會顯著影響整體結構的受力性能：當洞口設置在框架柱邊時，結構的整體受力性能最差，洞口設置在兩柱中間時，其受力性能會有所提高；當洞口只與框架柱相距一小段距離時，其受力性能最佳。

以上研究說明填充墻能增強結構的抗連續(xù)倒塌能力，而開洞又會使結構抗連續(xù)倒塌能力減弱，實際工程中如何考慮填充墻的影響，尤其量化計算其對結構抗倒塌能力的貢獻等問題仍需進一步研究。

1.5 考慮抗震設計對結構抗連續(xù)倒塌能力的影響

現(xiàn)有研究認為相對于非抗震設計結構而言，抗震設計結構將具有更好的抗連續(xù)倒塌能力[53-60]。Qian等[61]以抗震和非抗震設計的單層帶板和不帶板框架為研究對象，對其在角柱失效情況下的動力效應進行試驗研究，結果表明，對于帶板和不帶板框架，抗震設計使第一峰值位移分別降低23.5%，65.4%。江曉峰等[62]指出抗震設計中提出的結構冗余特性和延性能力等要求對提高結構的抗連續(xù)倒塌能力是有益的。Powell[63]和Osteraas[64]以及黃華等[65]認為結構的抗連續(xù)倒塌設計與抗震設計二者之間存在顯著差別，抗震設計方法雖然有益于結構的抗連續(xù)倒塌能力，但不足以讓它取代抗連續(xù)倒塌設計，并且Gurley[66]認為地震同樣可以破壞承重構件(經常是角柱)，從而造成雙向的懸臂梁型倒塌機制，地震工程界的確需要認識到柱破壞事件的重要性，從而考慮抗連續(xù)倒塌設計。目前關于抗震設計對結構連續(xù)倒塌影響的研究還不成熟，抗震結構如何具有可靠的抗連續(xù)倒塌能力尚有待進一步研究。

2 連續(xù)倒塌破壞機制

以上因素對結構抗倒塌能力的影響最終體現(xiàn)到結構倒塌破壞機制上。當前研究者就RC結構的連續(xù)倒塌破壞，根據其不同受力階段分別提出了梁機制(壓拱機制)、懸鏈線機制和拉壓薄膜機制。

2.1 梁機制

初明進等[67]通過對鋼筋混凝土單向梁板子結構縮尺試驗，認為在加載位移較小時，試件主要受彎，處于小變形階段，可定義為梁機制，見圖3。結構連續(xù)倒塌抗力主要由截面抗彎承載力來提供，梁內鋼筋承受由彎曲作用而引起的不斷增加的拉力，直至其達到屈服狀態(tài)，進而形成塑性鉸，當所有梁截面的塑性鉸完全形成時該階段結束。結構破壞主要集中在梁柱節(jié)點處的塑性鉸區(qū)域，整體構件破壞不會特別嚴重。

李易等[68]針對RC框架梁機制下的受力機理，建立了連續(xù)倒塌抗力需求的計算方法，為鋼筋混凝土框架結構抗連續(xù)倒塌設計提供了依據。初明進等[67]認為梁機制下的抗彎承載力主要取決于樓板截面尺寸和鋼筋配置，樓板的寬度、厚度和板內配筋以及梁高能夠顯著增加試件在梁機制下的承載力。熊進剛等[69]對RC空間框架的抗連續(xù)倒塌進行了試驗研究，結果表明，縱向框架中起著抗連續(xù)倒塌作用的是梁機制和懸鏈線機制，而橫向框架只有懸鏈線機制起作用。

壓拱效應產生于梁機制階段，需要兩側能提供足夠的水平約束才能產生[70]，這是因為在軸向約束下，梁端靠近邊柱的截面混凝土開裂后中性軸上移，而失效柱兩邊的截面在混凝土開裂后中性軸下移，使梁處于壓拱受力狀態(tài)，如圖4所示，其中P為失效柱頂的集中力，Me0為A截面和D截面提供的彎矩，Mm0為B截面和C截面提供的彎矩，Me為A處和D處截面的抗彎承載力，Mm為A處和D處截面的抗彎承載力，ln為單跨凈跨度，Na為軸向壓力，另外在彎矩較小的中間區(qū)域內構件全截面受壓。

Park等[71]通過建立RC結構在壓拱機制下的承載力理論計算公式，證實了由于壓拱效應的存在，即使單向板只受部分約束，其承載力仍有顯著提高。周育瀧等[70]通過建立壓拱機制下的RC框架連續(xù)倒塌抗力分析模型，得到樓蓋系統(tǒng)的連續(xù)倒塌抗力計算公式，并認為按傳統(tǒng)的塑性理論會嚴重低估RC框架的真實倒塌抗力。Su等[72]通過雙跨梁試驗，驗證了軸向約束梁產生的壓拱效應可以提高雙跨梁的承載能力。王英等[73]通過RC雙跨梁的靜力加載試驗，進一步驗證軸向約束下雙跨梁產生的壓拱效應和懸索效應，認為壓拱效應提高了梁的豎向承載力。Kang等[74]通過對柱的剛度進行量化和參數研究，認為壓拱機制作用下，當柱的高度較低、截面較小或者梁的深度較大時，柱很可能發(fā)生剪切和彎曲破壞。

目前研究者普遍認為壓拱機制對提高結構連續(xù)倒塌抗力有利，而對其不利影響的研究甚少。壓拱效應的存在使梁的豎向承載力在鋼筋屈服后又得到了顯著提升，但對由此導致的柱剪切和彎曲破壞機理研究并不充分。對梁機制作用階段抗倒塌承載能力影響因素的定量分析不足，承載力計算方法不夠完善，還有待進一步的研究。

2.2 懸鏈線機制

隨著豎向變形增加，壓拱效應減弱，結構進入大變形階段，水平構件截面喪失抗彎能力，由受壓轉為受拉，倒塌破壞進入懸鏈線階段。初明進等[67]認為，在加載位移較大時構件全截面受拉，可定義為懸鏈線機制。此時水平構件通過軸力和較大撓度形成的力矩來抵抗外荷載所產生的彎矩[75]。GSA 2003[5]和DOD 2010[6]分別對梁類構件在懸鏈線機制中的轉動能力進行了要求。懸鏈線效應大幅提高了梁的豎向承載力和變形能力[72-76]。由圖5可見，懸鏈線機制下結構的倒塌抗力主要由框架梁或樓板的軸向受拉承載力來提供。

易偉建等[77]采用擬靜力試驗方法對3層4跨的RC平面框架進行了連續(xù)倒塌試驗，認為框架結構經歷了彈性階段、塑性階段和懸索破壞3個階段，并且經歷了受彎為主的塑性機構到受拉為主的懸索機構的轉換過程。Orton等[78]認為，當移除1根承重柱時，碳纖維增強復合材料(CFRP)可以通過懸鏈線效應來提供足夠的連續(xù)倒塌抗力去防止結構的連續(xù)倒塌，并且懸索效應需要足夠大的豎向變形來產生軸向拉力以抵抗豎向荷載。初明進等[67]通過梁板子結構試驗認為：懸鏈線機制下的承載力主要取決于截面中的鋼筋，影響截面鋼筋數量的樓板寬度和樓板配筋率能大幅提高懸鏈線機制下的承載力。李易等[79]建立了直線型和曲線型懸鏈線機制的抗力需求關系計算公式，并給出了懸鏈線機制下抗連續(xù)倒塌承載力儲備值的常用范圍：直線型懸鏈線機制儲備值在1.46～2.01之間；曲線型懸鏈線儲備值在1.66～2.25之間。于曉輝等[80]建立了考慮懸鏈線效應的RC框架宏單元模型，研究懸鏈線效應對RC框架抗連續(xù)倒塌能力的影響，發(fā)現(xiàn)懸鏈線效應可以充分發(fā)揮，并能有效提高結構抗連續(xù)倒塌能力。Naji[81]通過極限分析法模擬懸鏈線效應，研究表明懸鏈線效應增加了結構抗連續(xù)倒塌能力，不考慮懸鏈線效應可能會導致承載力計算結果偏低。

懸鏈線機制下的承載力主要由截面鋼筋的配筋面積決定，而梁和樓板的配筋及其協(xié)同工作機理比較復雜，并且不同部位懸鏈線機制的效能發(fā)揮并不相同，目前對該問題的研究并不充分。

綜上，試件的受力全過程為：梁機制(梁底產生軸向壓力)→懸鏈線機制形成(梁內產生拉力)→梁靠近中柱節(jié)點端底部鋼筋斷裂→梁遠離中柱端頂部鋼筋斷裂(結構倒塌)。壓拱機制和懸鏈線機制均減緩和抑制了結構連續(xù)倒塌。壓拱機制和梁機制不是2個完全分離的階段，梁受彎達到一定階段時，壓拱效應伴隨產生，并對梁的受彎承載力產生提高作用。從梁機制到懸鏈線機制有明顯的轉化階段，轉變的標志通常是鋼筋從受壓逐步轉為受拉。

2.3 薄膜機制

薄膜機制主要是由框架結構中的樓板所產生，是結構重要的連續(xù)倒塌破壞機制。四周約束的雙向板受荷后，混凝土開裂，引起截面中性軸移動，同時引起板邊界在平面內的擴張。如果板四周向外擴張的趨勢受到壓力約束，雙向板中將會產生壓薄膜效應；當板的撓度增大到一定值時，雙向板邊緣有向內移動的趨勢，如果這種向內移動的趨勢受到拉力約束，雙向板中將會產生拉薄膜效應[82]。如圖6所示，AB和BC兩段為受壓薄膜階段，隨著雙向板所受荷載逐漸增加，AB段樓板會由彈性漸漸進入彈塑性階段。B點處板的屈服模式形成后，雙向板承受的荷載為極限荷載。由于混凝土抗壓和抗拉性能的差異較大，隨著中心撓度增大，構件受拉部位開裂，構件中部截面中性軸上移，構件端部截面中性軸下移，中性軸不在一條水平線上，因為構件邊緣約束的存在，在荷載作用后構件由受彎轉換為偏心受壓，即彎矩和軸力同時作用。B點之后，撓度繼續(xù)增加，受壓薄膜壓力降低，板承擔的荷載迅速下降。接近C點時，板中心區(qū)域的薄膜壓力逐漸轉變?yōu)槔?，隨撓度繼續(xù)增大。由于板中心區(qū)域的下表面受拉開裂的同時上表面也受拉，裂縫在板的中心區(qū)域貫穿于板厚，使得板中心區(qū)域的雙向鋼筋形成鋼筋網受力模式并繼續(xù)承載，鋼筋屈服進入彈塑性階段。當撓度到達D點時，鋼筋開始斷裂或者板的其他部分遭到破壞。受拉薄膜力使得板在達到B點極限荷載時免于大區(qū)域破壞，受拉薄膜階段內允許的大撓度使得板實際承擔的荷載超過極限荷載。

Wang[83]認為支撐柱失效情況下，樓板在大撓度下產生薄膜效應，使得承載力遠大于基于小撓度破壞準則時的承載力。丁陽等[29]通過2個10層鋼框架結構的抗倒塌能力、破壞模式和抗倒塌機制分析，認為節(jié)點和樓板會對結構的抗倒塌性能有較大提高，節(jié)點破壞后結構豎向荷載由樓板產生的薄膜效應來承擔。史奉偉等[84]建立數值模型，分析了底層邊緣內柱失效情況下組合樓板的受力特點和懸鏈線階段組合樓板的薄膜效應機理，認為側向無約束板在大變形階段通過周圍板塊形成受壓環(huán)以支撐中心變形區(qū)域的拉力，發(fā)揮受拉薄膜效應，提高結構拉結力。Fu等[85]討論了鋼結構和組合結構的連續(xù)倒塌情況，對三維復合樓蓋模型進行靜力分析，研究荷載傳遞機理及破壞發(fā)展過程，認為雙跨主梁的懸鏈線效應比次梁作用發(fā)生要早，在梁中拉薄膜效應比懸鏈線效應作用發(fā)生早。

RC框架結構連續(xù)倒塌過程中，組合樓板產生的薄膜效應可以顯著提高失效節(jié)點的極限承載力，延緩塑性鉸的破壞發(fā)展，減小失效點位移，因此抗連續(xù)倒塌設計中需考慮薄膜效應的影響。當前對基于火災情況下組合樓板薄膜效應的研究較多，對連續(xù)倒塌情況下組合樓板薄膜效應的研究較少，且拉壓薄膜效應是否會同時作用，其作用機理和承載力計算方法等需進一步的試驗研究來驗證。

3 結 語

(1)柱失效對結構連續(xù)倒塌的影響與柱所處位置和柱距有關，是影響結構連續(xù)倒塌能力最重要的參數之一。

(2)樓板至少能提高結構抗連續(xù)倒塌能力24%，在連續(xù)倒塌設計時不可忽略板的作用，但增加板厚對結構連續(xù)倒塌能力的影響是否有利，尚未得出一致結論，有待進一步的研究。雖然有些學者提出了樓板抗力的計算公式，但公式的正確性還有待進一步的驗證。

(3)現(xiàn)有關于結構抗連續(xù)倒塌的研究以有限元數值模擬為主，試驗研究較少，因結構抗連續(xù)倒塌的評判標準、所用有限元軟件等因素的不同，得出的結論并不統(tǒng)一，與實際情況有一定的差距，不能很好地用于規(guī)范和標準的編寫，建議以后加大連續(xù)倒塌的試驗研究。

(4)雖然節(jié)點、填充墻、抗震設計等因素對結構的抗連續(xù)倒塌能力具有一定的影響，但定量化的研究偏少，設計時如何考慮尚未形成實用的研究結果。

(5)RC結構的倒塌機制根據其受力階段不同可分為梁機制(壓拱機制)、懸鏈線機制和拉壓薄膜機制。梁上先后作用梁機制(壓拱機制)和懸鏈線機制。板上先后作用壓薄膜機制和拉薄膜機制，但不同構件作用機制之間的耦合作用和度量指標等研究不足。

(6)限于現(xiàn)有的技術和水平，在對結構連續(xù)倒塌的研究中，很少有學者對偶然荷載作用時所產生的沖擊荷載和上部構件破壞對下部結構的碰撞沖擊對結構連續(xù)倒塌的影響進行研究，這也是未來努力的一個方向。