建筑結(jié)構(gòu)抗震的發(fā)展及前景

1、建筑結(jié)構(gòu)抗震的發(fā)展及前景1 、發(fā)展過程地震工程學(xué)具有跨學(xué)科領(lǐng)域的特征，初步形成于上世紀(jì)20年代，隨著學(xué)科研究的不斷深入和建設(shè)的不斷發(fā)展，該學(xué)科又逐漸演變劃分為抗震結(jié)構(gòu)工程學(xué)和工程地震學(xué)兩大領(lǐng)域，同時(shí)也得到諸多專家、學(xué)者的認(rèn)可?？拐鸾Y(jié)構(gòu)工程學(xué)這門學(xué)科主要是對抗震的理論與方法進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析研究，主要目的是對建筑工程中發(fā)生的實(shí)際問題進(jìn)行解決。從建筑結(jié)構(gòu)抗震的發(fā)展過程來看，依據(jù)結(jié)構(gòu)抗震理論設(shè)計(jì)的發(fā)展可以劃分為三個(gè)主要時(shí)期。1.1 靜力法理論時(shí)期在世界范圍內(nèi)，日本首先提出了靜力法理論，并在上世紀(jì)40年代以前得到了廣泛的應(yīng)用。靜力法研究抗震的理論主要是通過大量的地震震害總結(jié)分析而來，即有目的觀測天然地震和

2、總結(jié)分析震后建筑物受到的破壞程度。所以說，天然地震是靜力法階段最多的抗震試驗(yàn)，天然地震實(shí)驗(yàn)開展的區(qū)域位于頻繁發(fā)生地震的地區(qū)，也有位于在短時(shí)間內(nèi)可能發(fā)生較大地震的區(qū)域，在這些區(qū)域建造用于地震試驗(yàn)的建筑物，或?qū)y震儀器安裝在建造完成的房屋上，一旦地震發(fā)生，就能夠從房屋發(fā)生的反應(yīng)中得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。按照實(shí)驗(yàn)的要求和經(jīng)濟(jì)條件的實(shí)際情況，可以將實(shí)驗(yàn)分為三種：一是在地震頻繁發(fā)生的區(qū)域或震級較大的區(qū)域?qū)Ψ课菁庸?，?dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，就能夠通過分析震害掌握加固的效果如何，雖然沒有設(shè)置地震儀器，但是實(shí)驗(yàn)數(shù)量較多，涉及的區(qū)域較廣，也具有意義。另外還能夠與新建的建筑工程結(jié)合，有目的的采取綜合的抗震措施，對地震發(fā)生后的震害進(jìn)行

3、分析。二是如果經(jīng)濟(jì)條件允許，在開展第一種抗震實(shí)驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)總結(jié)地震基礎(chǔ)資料的基礎(chǔ)上，可以將測震儀器安裝在諸多的建筑物上，比如常見的加速度計(jì)等，通過儀器可以獲取更多的地震信息。三是設(shè)置專門用于開展天然地震研究的試驗(yàn)場地，并建造用于試驗(yàn)的建筑物，在采取各種實(shí)驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上獲取地震過程中建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生的各種反應(yīng)。在靜力法理論階段，彈性理論是對抗震進(jìn)行設(shè)計(jì)所遵循的原則。1.2 擬靜力法理論時(shí)期美國對擬靜力法理論的研究和發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)，諸多研究人員于上世紀(jì)40年代獲取了很多具有工程意義的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)與記錄的強(qiáng)地震動(dòng)力加速度的時(shí)程有關(guān)，事實(shí)上，結(jié)構(gòu)地震產(chǎn)生的反應(yīng)與結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性和地震的動(dòng)力特性有關(guān)，于

4、是學(xué)者首次總結(jié)提出反應(yīng)譜原理，并且設(shè)計(jì)了相對應(yīng)的計(jì)算方法。美國加州的抗震規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中在上世紀(jì)50年代首次采用反應(yīng)譜作為一種理論對抗震進(jìn)行設(shè)計(jì)，在全世界范圍內(nèi)于上世紀(jì)50年代末期確定了擬靜力法理論的研究地位。但是彈性理論還是抗震設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，同時(shí)，很多學(xué)者也開始研究分析結(jié)構(gòu)非線性，極限設(shè)計(jì)的理論被提出?？偨Y(jié)分析大量結(jié)構(gòu)抗震實(shí)驗(yàn)結(jié)果是擬靜力理論的研究成果，在這一時(shí)期，抗震試驗(yàn)的主要方法是以人為的結(jié)構(gòu)抗震靜力試驗(yàn)和天然地震試驗(yàn)，同時(shí)也初步應(yīng)用了第三種天然地震試驗(yàn)。人工結(jié)構(gòu)抗震靜力試驗(yàn)也叫做擬靜力實(shí)驗(yàn)或偽靜力實(shí)驗(yàn)。研究人員又將人工結(jié)構(gòu)抗震靜力試驗(yàn)劃分為兩種，一種是周期性加載試驗(yàn)，另一種是非周期性加載試驗(yàn)，

5、這一時(shí)期主要采取的是周期性加載試驗(yàn)，是因?yàn)榉侵芷谛约虞d實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果難以真實(shí)反映確定性的非線性地震結(jié)果。在周期性加載實(shí)驗(yàn)中，周期性加載指得是依據(jù)實(shí)際位移或受力大小在周期內(nèi)進(jìn)行重復(fù)加載。在上世紀(jì)50年代末期開始確定了建筑結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的恢復(fù)力模型，在70年代左右開始了能量耗散的研究。1.3 動(dòng)力法理論時(shí)期與擬靜力法相比，動(dòng)力法更多的是研究分析了時(shí)程。在動(dòng)力法理論時(shí)期，研究結(jié)果同樣是從積累大量地震資料，總結(jié)分析結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)果而來，很多研究人員更加重視抗震試驗(yàn)的研究。在這一時(shí)期，在廣泛開展人工結(jié)構(gòu)抗震靜力實(shí)驗(yàn)和多種多樣的天然地震試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，人工結(jié)構(gòu)抗震動(dòng)力試驗(yàn)得到了廣泛應(yīng)用和發(fā)展。結(jié)構(gòu)抗震動(dòng)力試驗(yàn)與結(jié)

6、構(gòu)抗震靜力試驗(yàn)的不同之處在于前者能夠提供可以控制的應(yīng)變速率。為了研究的方便，研究人員將結(jié)構(gòu)抗震動(dòng)力試驗(yàn)劃分為周期性動(dòng)力試驗(yàn)和非周期性動(dòng)力試驗(yàn)兩種，其中非周期性動(dòng)力實(shí)驗(yàn)又劃分為爆炸模擬地震試驗(yàn)與模擬地震振動(dòng)臺試驗(yàn)。在周期性動(dòng)力試驗(yàn)中，必須要有動(dòng)力實(shí)驗(yàn)設(shè)備以保證在試驗(yàn)中產(chǎn)生具有周期性強(qiáng)迫振動(dòng)，常見的有振動(dòng)臺、激振器和電液伺服加載器。振動(dòng)臺是從結(jié)構(gòu)底部輸入周期性干擾，后兩種設(shè)備是結(jié)構(gòu)底部穩(wěn)定，從上不輸入周期性干擾。在非周期性動(dòng)力試驗(yàn)中，試件本身具有應(yīng)變速率，能夠在一定程度上處理和實(shí)際地震效應(yīng)有差距的問題。開展爆炸模擬地震試驗(yàn)時(shí)，要在實(shí)驗(yàn)場地依據(jù)實(shí)驗(yàn)時(shí)間安排引爆地下的爆炸物體，模擬產(chǎn)生和地震相似的地面

7、運(yùn)動(dòng)。這類試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是破壞實(shí)驗(yàn)效果與地震效果接近，可以在實(shí)驗(yàn)場地預(yù)先建造建筑結(jié)構(gòu)。開展模擬地震振動(dòng)臺的試驗(yàn)研究，必須有資金做保證，因?yàn)檎駝?dòng)臺耗資較多，結(jié)構(gòu)構(gòu)件和臺面尺寸要求嚴(yán)格，但是這類實(shí)驗(yàn)可以更好的反映地震結(jié)果。在動(dòng)力法理論時(shí)期，抗震設(shè)計(jì)的原則是保證安全，考慮結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，在這一時(shí)期，研究人員提出了抗震概念設(shè)計(jì)。2、前景建筑結(jié)構(gòu)抗震學(xué)科在上世紀(jì)得到了快速發(fā)展，隨著研究的不斷深入也取得了長足的進(jìn)步。但是因?yàn)榈卣饘ㄖY(jié)構(gòu)的影響非常復(fù)雜，有些影響還難以通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)，因此說抗震理論還存在一定的局限性，研究人員還必須深入研究結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的諸多難以確定的因素。當(dāng)前及未來一段時(shí)期內(nèi)，還必須開展更為深入的建筑結(jié)構(gòu)抗震，主要是以下4個(gè)方面：一是必須深入研究結(jié)構(gòu)抗震與建筑原材料的關(guān)系；二是要廣泛應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)，對抗震實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬研究；三是拓展結(jié)構(gòu)抗震的實(shí)驗(yàn)研究對象，從個(gè)體到整體，確保研究結(jié)果與實(shí)際相符；四是完善結(jié)構(gòu)抗震體系，轉(zhuǎn)變觀念，采取以柔克剛的諸多措施，將建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)