1.大型土木工程抗震防災(zāi)研究進展
　　大型土木工程的抗震防災(zāi)研究主要由試驗研究、理論分析和工程實踐組成。結(jié)構(gòu)試驗作為研究結(jié)構(gòu)開裂、倒塌機理的主要手段之一，是結(jié)構(gòu)抗災(zāi)研究的基礎(chǔ)。在過去的20年間，針對復(fù)雜結(jié)構(gòu)的開裂和破壞機理進行了大量的構(gòu)件試驗和振動臺試驗研究，為進行復(fù)雜結(jié)構(gòu)的開裂和破壞機理的計算分析和數(shù)值模擬奠定了基礎(chǔ)。
　　近年來，隨著理論研究的深人和計算機技術(shù)的高速發(fā)展，使得對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在地震作用下倒塌反應(yīng)的數(shù)值分析與研究取得了很大進展。結(jié)構(gòu)倒塌反應(yīng)的數(shù)值分析方法從是否考慮結(jié)構(gòu)的動力效應(yīng)可分為靜力方法與動力方法，靜力方法的典型代表是推覆法，動力方法的典型代表為時程分析法。從是否考慮單元之間的連續(xù)性可劃分為連續(xù)性數(shù)值方法與非連續(xù)性(或分離性)數(shù)值方法，其典型代表分別為有限單元法(finite element method，F(xiàn)EM)和離散單元法(discrete element method，DEM)。
　　在結(jié)構(gòu)抗震力學(xué)分析方面，非線性、隨機性和耦合性一直是研究人員關(guān)注的重點。混凝土材料彈塑性損傷本構(gòu)關(guān)系是抗震分析的基礎(chǔ)。由于混凝土材料先天性地具備多相復(fù)合性質(zhì)、初始微缺陷特征，使得混凝土結(jié)構(gòu)在本質(zhì)上具有隨機性與非線性性質(zhì)。為了把握乃至控制設(shè)計結(jié)構(gòu)，必須正確反映混凝土的隨機性與非線性。在20世紀(jì)80年代之前，關(guān)于混凝土本構(gòu)關(guān)系的研究基本上是采用現(xiàn)象學(xué)的經(jīng)驗統(tǒng)計方法。近20年來，人們逐漸認識到對混凝土本構(gòu)關(guān)系的認識如果只是從純力學(xué)或機械能守恒及損失的觀點去研究，就難以深人過程的物理本質(zhì)，建立起客觀的本構(gòu)模型。在不可逆熱力學(xué)的框架內(nèi)研究混凝土本構(gòu)關(guān)系，主要有內(nèi)時理論和損傷力學(xué)理論。從損傷力學(xué)研究的基點出發(fā)，建立混凝土破壞機理分析的細觀物理模型，有可能緩解乃至從根本上擺脫混凝土本構(gòu)關(guān)系研究的困境。
    經(jīng)過眾多學(xué)者多年的努力，非線性計算理論在結(jié)構(gòu)分析模型、單元分析模型、恢復(fù)力模型、數(shù)值計算方法等方面取得了諸多重要成果。鋼筋混凝土空間結(jié)構(gòu)非線性地震反應(yīng)分析的力學(xué)模型可分為平動模型、平扭模型和真三維模型。桿系型平扭模型是目前國內(nèi)外常用的力學(xué)分析模型，其計算結(jié)果的精度與空間桿元模型的優(yōu)劣密切相關(guān)。恢復(fù)力模型一般都是根據(jù)試驗來確定的。
    目前，國內(nèi)外在工程計算中應(yīng)用的恢復(fù)力模型一般可分為曲線型和折線型。目前常用的空間桿件單元模型是單分量模型。又可細分為有限纖維模型、彈簧模型、塑性力學(xué)模型。空間結(jié)構(gòu)截面恢復(fù)力模型是由單軸截面恢復(fù)力模型擴展而成的，它主要包括加載曲面函數(shù)的確定、加載曲面移動規(guī)則及塑性流動法則的選擇。加載曲面函數(shù)包括開裂加載曲面函數(shù)和屈服加載曲面函數(shù)。目前加載曲面函數(shù)形狀的確定是參照截面在靜載作用下的破壞曲面方程進行的。對于雙向彎曲截面，加載曲面普遍取為橢圓形狀；對于雙向彎矩及扭矩作用的截面，加載曲面一般采用橢球來描述，其依據(jù)是許多學(xué)者關(guān)于雙向彎曲截面破壞的研究成果。至于開裂、屈服加載曲面的函數(shù)的具體形式，應(yīng)由單軸加載時截面的開裂彎矩、屈服彎矩控制；而彈性、開裂、屈服三個區(qū)域的剛度,應(yīng)與單軸受力情況下截面恢復(fù)力模型在相應(yīng)階段的剛度對應(yīng)。
　  在隨機結(jié)構(gòu)系統(tǒng)響應(yīng)分析方面，由于問題的復(fù)雜性，至20世紀(jì)90年代末，尚無獲取非線性隨機結(jié)構(gòu)系統(tǒng)響應(yīng)統(tǒng)計量的有效方法。在隨機攝動思想的框架下，20世紀(jì)90年代若干學(xué)者對靜力和動力問題繼續(xù)進行了探索。從隨機振動理論中的等價線性化方法借鑒推廣而來的等價線性系統(tǒng)方法是20世紀(jì)90年代的另一研究思路。從目前的研究結(jié)果看，等價線性化技術(shù)還存在較多的問題和爭論，精度往往難以得到保證。20世紀(jì)90年代中期以來，一些研究者試圖在非線性隨機結(jié)構(gòu)系統(tǒng)響應(yīng)分析中應(yīng)用正交多項式展開方法，從數(shù)值結(jié)果來看效果尚不甚理想。最近，借鑒在線性隨機結(jié)構(gòu)系統(tǒng)靜力分析中給出的結(jié)構(gòu)響應(yīng)關(guān)于基本隨機變量的顯式表達，Impollonia和Sofi給出響應(yīng)面的近似表達。這一思路目前還只初見端倪，至于動力分析，則還未見報道。從上述分析來看，對非線性隨機結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，無論是靜力還是動力分析問題，即便就獲取二階統(tǒng)計量而言，離實用的距離都還很遠。
　  結(jié)構(gòu)與地基的動力相互作用是典型的耦合力學(xué)問題，這也是地震工程和巖土工程的最基本問題之一，在20世紀(jì)70年代開始了系列的研究。近10年的主要進展有：振動臺模型試驗和離心機模型試驗越來越得到人們的接受并取得了很大發(fā)展；數(shù)值分析已經(jīng)從頻域向時域發(fā)展，從線性分析向非線性分析發(fā)展；現(xiàn)場實驗和強震觀測已成為檢驗理論的重要手段，并更加受到人們的重視；模型試驗、數(shù)值分析和現(xiàn)場實驗的緊密結(jié)合將為這一領(lǐng)域的研究提供更廣闊的發(fā)展空間。
　  20世紀(jì)80年代之后，我國高層及超高層建筑高速度發(fā)展，進行這些高層及超高層建筑的抗震研究要比中低層建筑復(fù)雜得多。特別是年代以后，許多世界頂級的橋梁，如楊浦、盧浦大橋，南京三橋，蘇通大橋，武漢天興洲公、鐵兩用大橋在中國出現(xiàn)。這些大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)機理、性態(tài)設(shè)計和結(jié)構(gòu)易損性是當(dāng)今結(jié)構(gòu)抗震研究的前沿。在大量的理論和試驗研究以及工程實踐的基礎(chǔ)上，編寫了《超限高層建筑工程抗震設(shè)計指南》和《城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范》以及相關(guān)的專著和論文，為這些大型復(fù)雜高層建筑工程和大跨橋梁和復(fù)雜大型立交工程的抗震設(shè)計提供了理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。
　  基于性態(tài)的抗震設(shè)計是21世紀(jì)工程抗震的主要潮流，圍繞重大土木工程結(jié)構(gòu)抗震與性態(tài)控制研究的關(guān)鍵科學(xué)問題，國內(nèi)外科技人員進行了大量的研究并取得了初步成果。美國、日本和中國均發(fā)布了有關(guān)抗震性能設(shè)計(或性態(tài)設(shè)計)的指南或?qū)�則，我國已開始在重大工程或大型復(fù)雜工程的抗震設(shè)計中采用基于性能設(shè)計的原理和方法。
    針對重大工程地震災(zāi)害的復(fù)雜性和大規(guī)模分布性，利用現(xiàn)代的數(shù)字模擬和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，研究再現(xiàn)災(zāi)害過程、破壞特征、災(zāi)害分布和虛擬減災(zāi)策略與減災(zāi)效果的數(shù)字減災(zāi)系統(tǒng)將是研究防震減災(zāi)的一種新的研究途徑和方法。十五期間，科技部資助了“強地震短期預(yù)測及救災(zāi)技術(shù)研究”、“重大工業(yè)事故與大城市火災(zāi)防范及應(yīng)急技術(shù)研究”等項目，使我國在城市防災(zāi)減災(zāi)工程技術(shù)研究中進一步運用了3S(RS, GIS, GPS)技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、機器人技術(shù)等高新技術(shù)。
    我國城市防災(zāi)減災(zāi)中高新技術(shù)的研究和應(yīng)用與發(fā)達國家相比還有較大差距。美國及歐共體建立了多級抗災(zāi)遙感計算機網(wǎng)絡(luò)和抗災(zāi)救災(zāi)決策系統(tǒng),歐盟國家已將衛(wèi)星遙感應(yīng)用到災(zāi)害形成過程、預(yù)警、減災(zāi)、災(zāi)害評估與管理中，澳大利亞的災(zāi)害遙感系統(tǒng)已在國家的防災(zāi)規(guī)劃及管理中發(fā)揮了重大作用。我國在整體上還未建立起完善的基于遙感和計算機網(wǎng)絡(luò)的防災(zāi)減災(zāi)系統(tǒng)。
2.大型土木工程抗震防災(zāi)研究方向
　　地震動的災(zāi)害作用,具有鮮明的空間分布特征與隨機性特征。對于特大跨度空間結(jié)構(gòu)和大跨度橋梁結(jié)構(gòu)，多點地震動的影響不可忽視。大型、復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)的建造，不僅使科學(xué)地反映地震災(zāi)害作用問題變得更為突出而迫切，而且給傳統(tǒng)工程力學(xué)提出了新的挑戰(zhàn)。其中較為突出的，是結(jié)構(gòu)的非線性、外部荷載和結(jié)構(gòu)內(nèi)部物理參數(shù)的隨機性、不同介質(zhì)相互作用的耦合性，構(gòu)成了學(xué)術(shù)研究的難點。工程結(jié)構(gòu)的抗震性態(tài)研究，一直是國內(nèi)外土木工程防災(zāi)的一個研究熱點。本研究領(lǐng)域在過去20多年的研究進程中，基本上形成了復(fù)雜結(jié)構(gòu)實驗與理論研究相結(jié)合的學(xué)術(shù)特色。在這一基礎(chǔ)上，應(yīng)以高層建筑、大跨空間結(jié)構(gòu)、大型復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)、城市基礎(chǔ)設(shè)施等為對象，揭示這類重大工程結(jié)構(gòu)的地震作用和結(jié)構(gòu)反應(yīng)機理，建立以抗震性態(tài)設(shè)計理論為主線的現(xiàn)代設(shè)計理論框架。
　　(1)工程場地地震動場的隨機波動分析理論研究。研究非一致地震激勵條件下的波動分析方法，考慮巖土介質(zhì)非線性的隨機波動分析理論。同時，考慮巖土介質(zhì)非線性與隨機性的隨機波動分析理論、大尺度地震動隨機場分析中的數(shù)值穩(wěn)定性、數(shù)值分析地震動隨機場與強震觀測臺陣記錄統(tǒng)計結(jié)果的對比分析等。通過隨機波動分析理論的研究，建立可以模擬、分大尺度地震動隨機場的基本手段。
　　(2)混凝土材料彈塑性損傷本構(gòu)關(guān)系研究�？紤]混凝土受力時在球量空間和偏量空間的不同損傷特征，研究建立混凝土的確定性彈塑性損傷模型和隨機損傷本構(gòu)模型。要求這一模型不僅具有嚴格的不可逆熱力學(xué)基礎(chǔ)，而且能夠很好地描述混凝土本構(gòu)行為中所特有的剛度退化、后期強度軟化、拉壓軟化以及雙軸受壓強度增強等效應(yīng)。通過系列試驗研究,驗證所建立模型的合理性與正確性。建立具有普遍適用性的混凝土彈塑性損傷本構(gòu)關(guān)系理論框架。
　　(3)工程結(jié)構(gòu)隨機分析理論研究。結(jié)合大型復(fù)雜結(jié)構(gòu),研究結(jié)構(gòu)隨機動力非線性響應(yīng)分析原理、結(jié)構(gòu)抗震可靠性分析理論；研究結(jié)構(gòu)概率密度演化分析的數(shù)值求解技術(shù)、多變量降階技術(shù)；深人研究隨機系統(tǒng)反應(yīng)的物理形成過程，建立一般工程隨機系統(tǒng)的密度演化分析方法。力爭形成一般工程隨機系統(tǒng)的分析理論。
　　(4)地震動作用下復(fù)雜結(jié)構(gòu)的破壞機理的試驗研究與計算機仿真。研究結(jié)構(gòu)構(gòu)件及子結(jié)構(gòu)的恢復(fù)力模型；重要結(jié)構(gòu)構(gòu)件及關(guān)鍵節(jié)點破壞過程的精細模擬及失效機理；基于離散單元法的分析理論，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的地震倒塌機理，以及這類結(jié)構(gòu)地震倒塌過程的離散元模擬方法；在截面、構(gòu)件和結(jié)構(gòu)層次上建立結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)分析的精細模型，模擬建筑結(jié)構(gòu)開裂、破壞和倒塌過程的動畫和圖形顯示技術(shù)等。研究目標(biāo)是發(fā)展高效簡便的結(jié)構(gòu)非線性分析理論和方法，為工程應(yīng)用提供理論指導(dǎo)和實用簡化方法；初步建立強烈地震下建筑結(jié)構(gòu)地震破壞過程的分析方法、數(shù)字仿真及圖形再現(xiàn)技術(shù)，為發(fā)展數(shù)值振動臺提供技術(shù)與理論基礎(chǔ)，為認識這類結(jié)構(gòu)的地震倒塌機理提供基本方法。
　　(5)結(jié)構(gòu)與地基的動力相互作用機理研究。研究土體介質(zhì)的非線性變形對地震波傳播的影響，地基土與結(jié)構(gòu)動力相互作用的機制及對輸人地震動的影響，沙土液化和地基震陷對相互作用體系的影響及其精細模擬方法，相互作用對結(jié)構(gòu)主動控制和被動控制的影響，動力相互作用體系的物理模擬和數(shù)值模擬方法。初步建立從結(jié)構(gòu)與地基的動力相互作用到結(jié)構(gòu)的抗震分析和設(shè)計整個過程的計算機仿真理論和方法。
　　(6)重大工程結(jié)構(gòu)抗震試驗研究。結(jié)合國際上的最新發(fā)展態(tài)勢，開展新型抗震試驗技術(shù)研究，通過傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)試驗技術(shù)與現(xiàn)代測試技術(shù)的有機結(jié)合，深入研究結(jié)構(gòu)開裂、破壞、倒塌的物理機制；通過典型結(jié)構(gòu)的實驗、分析與研究，為建立大型、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計理論提供依據(jù)。
　　(7)復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)的振動控制與抗震性態(tài)設(shè)計理論研究。進行現(xiàn)代控制理論在工程結(jié)構(gòu)振動控制中應(yīng)用的基礎(chǔ)研究，新型結(jié)構(gòu)消能減震理論與分析方法研究，有利于結(jié)構(gòu)抗震安全的新型結(jié)構(gòu)體系的開發(fā)研究，復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)抗震性態(tài)評價，復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)Pushover分析方法及非線性時程反應(yīng)分析方法研究，復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)抗震性態(tài)設(shè)計理論研究與工程應(yīng)用等。通過在土木工程中應(yīng)用高新技術(shù)，尋求減輕工程結(jié)構(gòu)地震災(zāi)害和提高結(jié)構(gòu)抗震能力的各種新措施和途徑，初步建立復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)抗震性態(tài)設(shè)計的理論和方法。
　　(8)重大工程抗震數(shù)字減災(zāi)系統(tǒng)。利用當(dāng)今的高新技術(shù)，采用多維虛擬現(xiàn)實技術(shù)，用數(shù)學(xué)和物理模型來模擬災(zāi)害發(fā)生、傳播的全過程,既要為社會的減災(zāi)行動提供最佳決策依據(jù)，又能直接研究災(zāi)害的形成及其相應(yīng)的機理。對工程結(jié)構(gòu)的合理模擬是建立數(shù)字減災(zāi)系統(tǒng)的關(guān)鍵科學(xué)問題之一，應(yīng)引起工程抗震領(lǐng)域研究人員的高度重視。