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论土木工程灾害及其防御魏博浩

发表时间：2020/7/3 来源：《基层建设》2020年第6期作者：魏博浩

[导读] 摘要:土木工程灾害在世界各地频繁发生，是众多灾害中与人类关系最密切的一类灾害。

        身份证号码：13052519920201xxxx
        摘要:土木工程灾害在世界各地频繁发生，是众多灾害中与人类关系最密切的一类灾害。文章强调指出了只有依靠土木工程方法，人类才能减轻和防御包括许多自然灾害在内的各种土木工程灾害，并论述了研究与防御土木工程灾害的主要目标和相关的科学技术问题。
        关键词:灾害;土木工程灾害;防御
        1 土木工程抗灾能力不足的原因
        (1)不当的选址。有地震活动断层穿过，或者易发生滑坡、泥石流等地质现象，易发生严重不均匀沉陷的场地等均不适于进行工程建设。对于建设在这样的场地上的工程，目前还缺乏有效的方法防止可能发生的灾害，或者防灾成本过高难以承受。为此，目前通常的做法是躲避或远离这类高危场址。(2)不当的设防。提高土木工程的设防水准是提高其抗灾能力，减轻土木工程灾害的有效手段。受经济条件限制以及对地震危险水平的误判。(3)不当的设计。适当的设防水准体现了对致灾体的认知水平和经济实力，合理的设计则体现了应对灾害荷载的技术水平。(4)不当的施工。合理的施工过程和合格的施工质量对于确保实现设计意图至关重要。违规施工经常会酿成安全事故。这种结构体系鲁棒性较差，对工程材料、施工工艺要求很高。事故调查表明，造成此次事故的直接原因是主拱圈砌筑材料不满足设计和规范要求，砌筑工艺也不符合规范规定。
        2土木工程灾害及其防御的研究
        2．1目标
        研究土木工程灾害及其防御的科学，不只涉及土木工程的各个学科，更与许多新兴的学科和领域紧密相关，是当今土木工程学科和灾害防御学科中十分重要、十分活跃、且极具挑战性的科学内容，也是推动土木工程发展的最积极的动力。研究土木工程灾害及其防御的目标有二，一是搞清土木工程在灾害荷载作用下的损伤机理;二是搞清灾害演变机理，有效减轻城乡土木工程灾害。搞清损伤演变机理，一方面必须搞清灾害性荷载对土木工程的破坏作用;另一方面必须搞清土木工程在灾害性荷载作用下的破坏机理。实现这一目标的标志是能重演土木工程的破坏现象。从服务社会的角度来讲，搞清灾害演变机理，减轻灾害，保障人类生命和财产安全是研究土木工程灾害的终极目标。实现这一目标的标志是城乡土木工程抗灾能力的全面提高。这一目标的实现显然不完全是科学技术范畴内的任务，也会涉及社会经济发展、防灾教育、行政监管效能、法律法规、乃至居民生活习俗等方方面面的内容。
        2.2关键科学问题
        (1)灾害性荷载的破坏作用以地震为例，灾害性荷载就是地震荷载。人类对地震荷载破坏作用的认识已经经历了百余年的历史。20世纪初将其视为等效的水平静力荷载，奠定了最初的工程抗震设计的基础。随后逐渐认识到它与工程结构动力特性的关系，发展并经历了反应谱理论，时程分析理论，非线性动力反应理论等等，并且已形成了目前抗震设计规范体系中的主流地震荷载表达方式。随着实际地震动数据的不断积累，关于地震动破坏作用的研究也不断进步。世界各国学者已提出数十种量化地震动破坏作用的指标，足以反映地震动破坏作用的复杂性和人们对地震动的破坏作用的认识正在不断加深。
        (2)灾害性荷载的区划和危险性分析对灾害性荷载进行区划的目的，在于研究其在时间和空间上的分布特征，以满足工程上的抗灾设计需要。但是对灾害性荷载进行区划依然是一个极具挑战性的任务。仍以地震为例，地震动参数区划是抗震设防的基础，合理制定区划图是减少土木工程灾害的基础。它涉及地震危险性的评估理论、地震动衰减模型以及局部场地影响等等科学问题。

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目前对这一问题的认识仍处于初级的阶段，仍以经验为主，得到的结果存在明显的不确定性和离散性。
        (3)土木工程在灾害性荷载作用下的反应特征与损伤机理的研究这既是增强土木工程抗灾能力以有效地避免其演变为致灾体的科学基础，又是实现上文提及的“重演土木工程的破坏现象”目标必须跨越的科学壁垒。人类对土木工程损伤反应特征的认识也经历了从线弹性到非线性的发展，并尝试从力、位移、能量，以及多种参数组成的综合参数来阐释其破坏机理和定量描述其地震反应性态。在这一过程中，已发展了多种物理模拟和数值模拟方法。在这方面数值模拟具有明显的优势和更好的发展前景。目前，对土木工程损伤的模拟，特别是考虑其在强非线性阶段的多维地震动作用下的数值模拟的研究正在起步，值得注意。
        3土木工程灾害及其防御的研究
        3．1目标研究
        土木工程灾害及其防御的科学，不只涉及土木工程的各个学科，更与许多新兴的学科和领域紧密相关，是当今土木工程学科和灾害防御学科中十分重要、十分活跃、且极具挑战性的科学内容，也是推动土木工程发展的最积极的动力。研究土木工程灾害及其防御的目标有二，一是搞清土木工程在灾害荷载作用下的损伤机理;二是搞清灾害演变机理，有效减轻城乡土木工程灾害。搞清损伤演变机理，一方面必须搞清灾害性荷载(致灾体)对土木工程的破坏作用;另一方面必须搞清土木工程在灾害性荷载作用下的破坏机理。实现这一目标的标志是能重演土木工程的破坏现象。从服务社会的角度来讲，搞清灾害演变机理，减轻灾害，保障人类生命和财产安全是研究土木工程灾害的终极目标。实现这一目标的标志是城乡土木工程抗灾能力的全面提高。这一目标的实现显然不完全是科学技术范畴内的任务，也会涉及社会经济发展、防灾教育、行政监管效能、法律法规、乃至居民生活习俗等方方面面的内容。
        3.2关键科学问题
        (1)灾害性荷载的破坏作用以地震为例，灾害性荷载就是地震荷载。人类对地震荷载破坏作用的认识已经经历了百余年的历史。20世纪初将其视为等效的水平静力荷载，奠定了最初的工程抗震设计的基础。随后逐渐认识到它与工程结构动力特性的关系，发展并经历了反应谱理论，时程分析理论，非线性动力反应理论等等，并且已形成了目前抗震设计规范体系中的主流地震荷载表达方式。随着实际地震动数据的不断积累，关于地震动破坏作用的研究也不断进步。世界各国学者已提出数十种量化地震动破坏作用的指标，足以反映地震动破坏作用的复杂性和人们对地震动的破坏作用的认识正在不断加深。
        (2)灾害性荷载的区划和危险性分析对灾害性荷载进行区划的目的，在于研究其在时间和空间上的分布特征，以满足工程上的抗灾设计需要。但是对灾害性荷载进行区划依然是一个极具挑战性的任务。仍以地震为例，地震动参数区划是抗震设防的基础，合理制定区划图是减少土木工程灾害的基础。它涉及地震危险性的评估理论、地震动衰减模型以及局部场地影响等等科学问题。目前对这一问题的认识仍处于初级的阶段，仍以经验为主，得到的结果存在明显的不确定性和离散性。
        参考文献:
        ［1］任爱珠，许镇，纪晓东，等．防灾减灾工程与技术［M］．北京:清华大学出版社，2014:185－186．
        ［2］任爱珠，许镇，纪晓东，等．防灾减灾工程与技术［M］．北京:清华大学出版社，2014:267－268．
        ［3］叶列平，曲哲，马千里，等．从汶川地震中框架结构震害谈“强柱弱梁”屈服机制的实现［J］．建筑结构，2014，38(11):52－59．