人類社會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)抗震進(jìn)行反思的歷史目前還僅僅只有100年。上世紀(jì)四五十年代，工程師們才開始在公路工程規(guī)范中列入抗震設(shè)計(jì)條款。自1971年美國(guó)圣佛爾南多地震之后，現(xiàn)代公路工程開始了真正意義上的抗震設(shè)計(jì)。近30年來(lái)，1989年的美國(guó)洛馬普列塔地震、1995年的日本阪神地震等，為工程師們帶來(lái)更多的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，讓他們可以在檢驗(yàn)以往抗震設(shè)計(jì)施工技術(shù)的基礎(chǔ)上，發(fā)展新的技術(shù)。
技術(shù)是難點(diǎn)
當(dāng)前，地震工程研究的發(fā)展在內(nèi)容上，由傳統(tǒng)做法逐漸轉(zhuǎn)向高新技術(shù)的應(yīng)用，在組織形式上，從以單體研究為主過(guò)渡到組織合作研究，從工程師單方面研究過(guò)渡到工程師與地震學(xué)家、地質(zhì)學(xué)家、社會(huì)學(xué)家聯(lián)合研究。學(xué)科的交叉、融合及擴(kuò)展，材料科學(xué)、信息技術(shù)等新成果的應(yīng)用,是現(xiàn)階段公路工程抗震學(xué)科發(fā)展的重要特征?，F(xiàn)階段，公路工程抗震包含強(qiáng)震監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制等在內(nèi)的8項(xiàng)技術(shù)工作。
作為地震工程的基礎(chǔ)性工作，強(qiáng)震監(jiān)測(cè)以1933年在美國(guó)長(zhǎng)灘取得世界上第一個(gè)強(qiáng)震記錄為標(biāo)志，至今已有70多年。目前，強(qiáng)震觀測(cè)工作正朝著觀測(cè)與綜合應(yīng)用的階段發(fā)展。同時(shí)，GPS和GIS技術(shù)的引入，使得強(qiáng)震觀測(cè)向著可靠、易維護(hù)、小型化、智能化方向發(fā)展。
結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制較之以校核或驗(yàn)算為主的抗震設(shè)計(jì)，才是真正的設(shè)計(jì)，它使得結(jié)構(gòu)采取針對(duì)地震的特殊布局。結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制可以克服現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)的不足。美國(guó)、日本等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)主動(dòng)控制的研究較多，而中國(guó)、俄羅斯等國(guó)家對(duì)被動(dòng)控制的研究則更加充分。
特殊和重大工程與一般工程抗震設(shè)防在地震動(dòng)參數(shù)、具體場(chǎng)地和地震條件的考慮、結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防水準(zhǔn)上有不同之處。日本在建造九州-四國(guó)跨懸索橋的時(shí)候，即制定了不同于一般規(guī)范的專門抗震設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。
結(jié)構(gòu)破壞分析和防倒塌分析設(shè)計(jì)長(zhǎng)期受到重視，原因是利用結(jié)構(gòu)非彈性階段的巨大耗能作用可以達(dá)到經(jīng)濟(jì)和安全的防倒塌目的，更重要的是，近代觀測(cè)數(shù)據(jù)多次表明，建筑物有可能遭受到預(yù)料不到的特大地震動(dòng)峰值加速度。
在地基破壞與變形的估計(jì)中，邊坡滑動(dòng)和砂土液化是地基抗震穩(wěn)定性中研究最多的。
基于性能的抗震設(shè)計(jì)基本出發(fā)點(diǎn)是通過(guò)多級(jí)抗震設(shè)計(jì)、位移控制、非線性分析以及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和設(shè)備的抗震分析，綜合考慮設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收等各個(gè)環(huán)節(jié)，使抗震結(jié)構(gòu)達(dá)到預(yù)期性能、滿足使用者預(yù)期的功能要求。目前，美國(guó)學(xué)者已經(jīng)提出了基于性能設(shè)計(jì)的理論框架，并從特定類型結(jié)構(gòu)入手，對(duì)其具體實(shí)施了一系列探索，研究成果已經(jīng)納入了有關(guān)的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范。
工程結(jié)構(gòu)的健康診斷指的是通過(guò)測(cè)量結(jié)構(gòu)的某些參數(shù)、利用結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析方法和反演理論，進(jìn)而判斷結(jié)構(gòu)抗力的理論和技術(shù)。這一領(lǐng)域的研究是推進(jìn)安全工程和防災(zāi)工程進(jìn)展的基礎(chǔ)。
通過(guò)各國(guó)的地震實(shí)踐表明，地震應(yīng)急和震后救災(zāi)技術(shù)對(duì)于政府按照應(yīng)急預(yù)案采取快速應(yīng)急反應(yīng)與對(duì)策，減少地震造成的損失，都是十分重要的。日本在1995年的阪神地震中由于政府對(duì)震災(zāi)損失估計(jì)不足，導(dǎo)致了救災(zāi)遲緩。地震發(fā)生后，采取得力的救災(zāi)措施和技術(shù)是減少人員傷亡的有力手段，遺憾的是，目前世界各國(guó)對(duì)此研究還不是很充足。
規(guī)范在不斷補(bǔ)充
公路工程抗震在技術(shù)規(guī)范方面通常被世界各國(guó)相互借鑒、補(bǔ)充，并且每次典型的大地震之后，抗震規(guī)范都要根據(jù)結(jié)構(gòu)震害情況進(jìn)行及時(shí)的修改和補(bǔ)充。美國(guó)的AASHTO規(guī)范、Caltrans準(zhǔn)則、日本規(guī)范和我國(guó)規(guī)范分別在抗震設(shè)防水準(zhǔn)、地震作用、地震反應(yīng)計(jì)算分析方法、延性設(shè)計(jì)和抗震設(shè)計(jì)方法等進(jìn)行了比較和研究。
在抗震設(shè)防水準(zhǔn)上，美國(guó)的AASHTO規(guī)范將場(chǎng)地位于加速度系數(shù)大于0.29的橋梁劃分為重要橋梁和一般橋梁，并依據(jù)加速度系數(shù)和橋梁結(jié)構(gòu)的重要性，將抗震性能等級(jí)劃分為A、B、C、D4類作為結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的最低要求；在Caltrans準(zhǔn)則中，所有橋梁被劃分為重要橋梁和一般橋梁，并要求對(duì)所有橋梁結(jié)構(gòu)都按照抗震性能準(zhǔn)則進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)；日本則將橋梁劃分為一般重要橋梁和特別重要橋梁兩類，地震水平分為兩級(jí)，進(jìn)行三級(jí)水準(zhǔn)抗震設(shè)防；在我國(guó)，對(duì)結(jié)構(gòu)重要性引入“重要性系數(shù)”，采用單一水平設(shè)計(jì)的方法，以強(qiáng)度破壞為目標(biāo)準(zhǔn)則。
在地震作用的比較中，美國(guó)的AASHTO規(guī)范采用的是50年超越概率為10％（重現(xiàn)期475年）的地震加速度區(qū)劃圖，并規(guī)定對(duì)重要或特殊橋梁進(jìn)行專門研究；Caltrans準(zhǔn)則采用了場(chǎng)地最大可能地震動(dòng)加速度；日本的規(guī)范中將地震荷載分成兩級(jí)3類，其中第一級(jí)為橋梁使用壽命期間發(fā)生概率較大的地震，標(biāo)準(zhǔn)地震加速度為0.3g（g=9.8米每平方秒，下同）,僅包含1類，第二級(jí)中第1類標(biāo)準(zhǔn)加速度最大為1.0g，第2類標(biāo)準(zhǔn)加速度最大為2.1g；我國(guó)的89規(guī)范采用烈度區(qū)劃，規(guī)范給出烈度和地面加速度最大值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
在地震反應(yīng)分析計(jì)算方法上，美國(guó)的AASHTO規(guī)范采用的分析方法主要有均布荷載法、反應(yīng)譜法、動(dòng)力時(shí)程分析法；Caltrans準(zhǔn)則中的方法主要有等效靜力、彈性動(dòng)力分析、非彈性靜力分析；日本主要采用地震系數(shù)法、彈塑性擬靜力法、動(dòng)力時(shí)程分析法；我們國(guó)家規(guī)定分析計(jì)算方法采用反應(yīng)譜理論，但對(duì)于路基、擋土墻、橋臺(tái)、隧道等公路工程，由于自振特性研究很少，仍然采用靜力法計(jì)算地震作用。
在延性設(shè)計(jì)上，美國(guó)AASHTO規(guī)范、Caltrans準(zhǔn)則和日本規(guī)范均有詳細(xì)的延性設(shè)計(jì)規(guī)定；而我國(guó)《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)于鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)和磚石及混凝土結(jié)構(gòu)，采用分項(xiàng)安全系數(shù)的極限狀態(tài)驗(yàn)算，對(duì)于地基和支座等采用容許應(yīng)力法驗(yàn)算。
減隔震技術(shù)的應(yīng)用尚處于起步階段，寫入規(guī)范的歷史不長(zhǎng)，但美國(guó) AASHTO規(guī)范、Caltrans準(zhǔn)則和日本規(guī)范等已經(jīng)有相關(guān)的減震、耗能設(shè)計(jì)條文。
中國(guó)公路抗震研究
20世紀(jì)50年代中期，地震工程納入了我國(guó)的國(guó)家計(jì)劃，1956年前后我國(guó)編制了第一個(gè)地震區(qū)劃圖，直到1964年形成了工程抗震設(shè)計(jì)草案，最早規(guī)定了公路工程的抗震設(shè)計(jì)。1966年以后，我國(guó)發(fā)生了一系列破壞性地震，為了保障公路工程的安全，70年代初期，交通部組織公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的編制工作，并于1977年頒布（試行），后來(lái)，根據(jù)抗震技術(shù)的發(fā)展需要，1989年進(jìn)行了修訂，并一直沿用至今。
1976年的唐山大地震，促成交通系統(tǒng)的抗震分析和研究得到重視和發(fā)展。全國(guó)各專業(yè)研究所對(duì)橋梁震害進(jìn)行了大量的調(diào)查研究，這些調(diào)查報(bào)告為分析不同橋梁體系抗震性能，研究合理設(shè)計(jì)方法，提供了最基礎(chǔ)的資料。唐山大地震之后，我國(guó)的地震工作者和工程結(jié)構(gòu)抗震研究者對(duì)工程結(jié)構(gòu)的抗震研究取得了舉世矚目的成績(jī)，特別是在拱橋的抗震研究方面，其技術(shù)一直居于世界領(lǐng)先水平。
一直以來(lái)，交通運(yùn)輸部非常重視公路工程結(jié)構(gòu)的抗震研究，在交通西部項(xiàng)目中，已經(jīng)結(jié)題或正在開展的項(xiàng)目有公路路基結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法研究、橋梁抗震性能評(píng)價(jià)及抗震加固技術(shù)研究、震后橋梁性能評(píng)價(jià)及加固技術(shù)研究等。同時(shí)，公路工程抗震規(guī)范的編制工作一直受到重視。1998年，在交通部的支持下，交通部公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院承擔(dān)了中國(guó)地震局下達(dá)的研究任務(wù)“公路工程結(jié)構(gòu)重要性分類及抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)研究”，該課題于2000年通過(guò)中國(guó)地震局的審查驗(yàn)收。2006年，交通部又組織了對(duì)《公路工程抗震規(guī)范》的修訂。
由于我國(guó)臺(tái)灣頻發(fā)破壞性地震，當(dāng)?shù)氐牡厍蚩茖W(xué)研究人員和政府當(dāng)局亦非常重視地震研究工作。臺(tái)灣地區(qū)“中央研究院”地球科學(xué)研究所地震研究室于20世紀(jì)70年代初在臺(tái)灣各地進(jìn)行了一系列的地震研究工作，其中包括地震預(yù)測(cè)研究，主要防止高速公路、工業(yè)區(qū)及核能發(fā)電廠等興建時(shí)遭到意外災(zāi)害和損失。在抗震設(shè)計(jì)規(guī)范方面，1960年以來(lái)，臺(tái)灣地區(qū)使用的橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范已經(jīng)經(jīng)過(guò)了3次修訂。1960年以前，有幾個(gè)設(shè)計(jì)指南規(guī)范用于橋梁設(shè)計(jì)，其中一些是參照日本的規(guī)范。1960年，臺(tái)灣地區(qū)交通部門頒布了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，稱之為“公路橋梁工程設(shè)計(jì)規(guī)范”，用于公路橋梁設(shè)計(jì)與施工。這些規(guī)范參照美國(guó)1953年版的AASHTO橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范。1987年，根據(jù)1977年版的AASHTO橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范又再進(jìn)行了修訂。后來(lái)，這個(gè)規(guī)范根據(jù)1992年版的AASHTO規(guī)范和1990年日本出版的抗震規(guī)范又進(jìn)行了修訂，但規(guī)范的抗震設(shè)計(jì)部分沒(méi)有大的改動(dòng)。
美日橋梁加固計(jì)劃
1971年，圣佛爾南多地震使加州高德（Golder）州際高速公路上的60多座橋梁受到損害，此后，美國(guó)加州交通局開始啟動(dòng)橋梁抗震加固計(jì)劃，該計(jì)劃包括3個(gè)階段。第一階段是在伸縮縫和鉸處安裝拉桿，以防止落梁破壞，這種抗震措施成本最低，但是效果非常明顯。這一階段的目的是加強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的聯(lián)系，以抵抗豎向加速度，防止上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件從支座上滑落。第二階段，隨著1987年惠蒂爾(Whittier)等地震中約束措施的失效，加州交通局要求舊橋加固后必須具備與新橋一樣的抗震能力。針對(duì)當(dāng)時(shí)的橋梁震害情況，此階段主要進(jìn)行獨(dú)柱式橋墩的加固。在第三階段中，以提高墩柱的抗彎強(qiáng)度，抗剪強(qiáng)度及延性為主要方法，加固多柱式橋墩，提高蓋梁、上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)與橋臺(tái)的承載能力，提高節(jié)點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度。
作為地震頻發(fā)的國(guó)家，日本于1971年、1976年、1979年、1986和1991年先后5次完成對(duì)公路橋梁地震震害調(diào)查。其中1971年和1976年的兩次調(diào)查目的是調(diào)查可能發(fā)生落梁的橋梁；1979年和1986年的兩次調(diào)查目的是調(diào)查破壞性地震中公路橋梁防止上部結(jié)構(gòu)落梁的措施、液化影響及鋼筋混凝土橋墩的強(qiáng)度。1995年阪神地震之前，上部結(jié)構(gòu)防止落梁的措施一直是橋梁結(jié)構(gòu)的抗震加固重心。此后，日本也開始重視基礎(chǔ)和橋墩的抗震加固技術(shù)。
