地震工程的研究现状和发展趋势

　　摘要：地震工程是为了防御地震的突然袭击所采取的有关工程措施的总称。包括地震烈度区划的鉴定与划分，抗震建筑规范的正确制订与合理运用，结构设计与最佳周期的研究，建筑材料的选择和地震灾害与次生灾害的预防等。本文主要介绍了地震工程研究的研究现状及发展趋势，指明了地震工程研究的重要性，具有一定的现实意义。

　　关键词：地震工程，研究现状，发展趋势

　　中图分类号：P631.4文献标识码：A

　　0引言

　　地震是人类面临的最严重的自然灾害之一，具有突发性和破坏性的特点，强烈地震往往带来巨大的生命和财产的损失。在二十世纪内震级等于或大于8的强地震已经发生10次之多，其中发生在人烟稠密地方的地震损失更加惨重，如2008年5月12日的汶川大地震。所以必须大力进行地震预报与工程结构地震反应两方面的工作，地震工程学正是面向这两方面工作的学科。地震工程是为了防御地震的突然袭击所采取的有关工程措施的总称。包括地震烈度区划的鉴定与划分，抗震建筑规范的正确制订与合理运用，结构设计与最佳周期的研究，建筑材料的选择和地震灾害与次生灾害的预防等。地震工程研究的最终目标是最大限度地减少地震造成的经济损失和人员伤亡，作为当前房屋建筑的抗震设防目标是“小震不坏、大震不倒”。近十年来世界范围内破坏性地震造成的人员死亡和经济损失都极其巨大。为了减轻地震灾害，必须加快进行地震工程学的科学研究工作。

　　1地震工程发展现状

　　地震工程研究于20世纪20年代纳入现代技术科学范畴，其发展大体经历了2个阶段。第1阶段（20世纪20～30年代）以日本为代表，在由地震记录推测地震动加速度和将土木结构视为刚体的假定基础上，认识到由加速度引起的惯性作用是造成结构物地震破坏的原因，建立了借助“震度”进行抗震设计验算的方法，这是地震工程研究中最早的重要科学认识。这一阶段可称之为抗震分析的静力阶段。美国于20世纪30年代获得了最早的强震加速度时间过程，人们开始对地震动有了更直观和更深刻的认识。地震现场的科学考察活动大大丰富了研究者对结构破坏特征及其原因机理的了解。准静力抗震实验提供了结构构件的本构关系，计算机技术的迅速发展使弹性体振动分析的成熟理论在结构地震反应分析中获得应用，各种结构模态实测技术与数值计算相结合，使基于振型分解的抗震设计反应谱方法被工程界所接受和掌握。20世纪70年代，各国均编制和修订了抗震设计技术法规，认同了“小震不坏、大震不倒”的设防标准和基于反应谱的设计方法，称之为“反应谱阶段”。

　　20世纪80年代以来，地震反应的动力时程分析、结构非线性性态的考虑、地震反应数值模拟的频域方法、土与结构的相互作用、多点多维地震动输入、结构抗震可靠度分析等引起了研究者的广泛兴趣。地震工程的研究对象也从建筑物扩展到生命线工程、基础设施和设备。振动台地震模拟实验和拟动力实验提供了人工模拟结构地震破坏的新的技术手段。除应用于结构抗震分析与设计之外，地震工程的研究成果又为抗震鉴定、加固，地震灾害损失预测，震后灾害损失评估等提供了技术基础，成为编制大震应急予案和防震减灾规划的依据。动力时程分析已属主流，结构和构件的非线性性态的模拟成为最主要的关键科学问题之一，这一阶段可称之为“动力阶段”。目前的性态抗震设计研究可分为性态抗震设防标准和性态抗震设计方法两部分。前者涉及设防地震动水准的确定、性态水准的确定，最终给出抗震设防标准。性态抗震设计是传统抗震设计的全面深化、细化、优化和个性化，性态抗震设计现代破坏性地震仍然造成重大经济损失和社会影响。

　　对比前两个阶段，现阶段地震工程研究的广度和深度空前扩大，呈现更鲜明的学科交叉特点。但是，就研究成果的应用来看，新的研究尚未大量形成成熟的技术和方法，与反应谱阶段迅速取得成功相比，我们面临着更大的知识和技术困难。对于复杂庞大而粗糙的土木工程，尤其是涉及结构的非线性，没有现成的理论、方法和直接可用的经验。

　　2发展趋势

　　抗震设计范围包括结构抗震验算和抗震措施两大部分。根据大量现实资料，结构破坏的主要原因结构细部和地基基础处理不当。钢结构和劲性混凝土结构的破坏，表现为近节点的开裂或翼缘的屈曲，此种破坏现象常为外包混凝土所掩盖，不易发现。现行的各国抗震规范几乎大多采用以地面运动反应谱为基础，按结构延性调整结构反应的设计计算方法。抗震设计的基本目标是保障生命安全，不能适应综合防御的要求。所以，总结了满足各种性能要求的抗震设计思想，与传统的抗震设计思想相比有以下三个特点。

　　2.1运用高新信息技术

　　信息技术在防震减灾工作在单体工程、社区、城市和区域的综合防御进程中起到关键性作用，例如地理信息系统、全球定位系统和遥感技术。通过公共和专用的英特网快速传递信息，在决策支持系统的帮助下可将科研成果和领导部门的决策意见很快转变为减灾行动。

　　2.2智能材料、结构与监测控制将智能材料与传统的工程材料相结合

　　通过在钢筋混凝土结构中埋入智能型传感器，并组成网络有可能检测结构性能的变化和损伤。对结构实施地震反应控制可以满足工程结构和设施、设备的各种性能要求。目前我国在设备、设施的保护方面的研究还相当薄弱，需要像新建工程抗震设防一样加强研究、开发和管理。

　　2.3试验手段更新

　　试验手段的更新换代，在现场测试手段方面近几年来出现了不用电源和导线的加速度计，可方便地应用于测量结构对环境脉动的反应。加速度计不用电源和导线可方便地应用于测量结构对环境脉动的反应，结构动力性能变化的监测工作将变得非常简单。强震观测仪器亦已有了很大的发展，高动态范围、超低频的数字化仪应用于现场观测，以后将为科研、工程设计和实时监控提供高质量的信息。为了达到同样的目的，出现了同时应用振动台和联机多点伺服加载的方法，这些方法的研究和应用扩展了模拟试验的能力。在室内模拟试验方面震动台台阵已用于多点激励，这些方法的研究和应用扩展了模拟试验的能力。

　　同时，控制理论为结构抗震提供了新的更合理的技术途径，在若干被动控制技术成功应用于土木工程的同时，主动控制技术的应用面临特殊的困难。目前，半主动控制和混合控制成为当前研究的热点，新型智能材料的应用为控制技术的发展提供了新的动力。从长远着眼，控制结构显然是土木工程发展的方向。这一领域的研究借助于高新技术的发展，将获得越来越广泛的应用，使结构工程包括地震工程的研究和应用达到一个新的阶段。学科的交叉、融合及扩展，材料科学、信息技术等新成果的应用，是当代工程科学发展的重要特征，结合控制和健康诊断系统的智能结构将是地震工程的发展趋势与发展目标。

　　3结论

　　地震、工程、管理的密切结合我国是发展中国家，城市化进程正在加快，城市防震减灾工作至关重要。要有效地做好城市减灾工作，必须在震前做好各项预防工作，为震后抢险救灾与减轻震害损失提供有利条件。因此必须要加强以下方面内容：

　　（1）加强地震危险性分析。根据各承灾体的地震、地质和地理环境，估计各承灾体的地震危险性。必须加强地震危险性分析，提高预测能力和预测准确度，对地震危险性进行详细具体分析，才能减小地震的突发性灾害。

　　（2）加强地震灾害预测。根据各承灾体的地震危险性和易损性矩阵，计算其破坏潜势，其中包括各项承灾体的破坏状态、人身伤亡、次生灾害及直接和间接经济损失。

　　（3）加强防震减灾措施。根据震害预测结果，分析承灾体中导致严重灾害的薄弱环节，提出防震减灾措施。建立地震灾害预测与防震减灾的电脑数据库及分析、管理、显示和决策支持系统，供行政管理部门使用。作者：雷敏，本文来自《世界地震工程》杂志