1.大型土木工程抗震防灾研究进展
大型土木工程的抗震防灾研究主要由试验研究、理论分析和工程实践组成。结构试验作为研究结构开裂、倒塌机理的主要手段之一，是结构抗灾研究的基础。在过去的20年间，针对复杂结构的开裂和破坏机理进行了大量的构件试验和振动台试验研究，为进行复杂结构的开裂和破坏机理的计算分析和数值模拟奠定了基础。
近年来，随着理论研究的深人和计算机技术的高速发展，使得对钢筋混凝土结构在地震作用下倒塌反应的数值分析与研究取得了很大进展。结构倒塌反应的数值分析方法从是否考虑结构的动力效应可分为静力方法与动力方法，静力方法的典型代表是推覆法，动力方法的典型代表为时程分析法。从是否考虑单元之间的连续性可划分为连续性数值方法与非连续性(或分离性)数值方法，其典型代表分别为有限单元法(finite element method，FEM)和离散单元法(discrete element method，DEM)。
在结构抗震力学分析方面，非线性、随机性和耦合性一直是研究人员关注的重点。混凝土材料弹塑性损伤本构关系是抗震分析的基础。由于混凝土材料先天性地具备多相复合性质、初始微缺陷特征，使得混凝土结构在本质上具有随机性与非线性性质。为了把握乃至控制设计结构，必须正确反映混凝土的随机性与非线性。在20世纪80年代之前，关于混凝土本构关系的研究基本上是采用现象学的经验统计方法。近20年来，人们逐渐认识到对混凝土本构关系的认识如果只是从纯力学或机械能守恒及损失的观点去研究，就难以深人过程的物理本质，建立起客观的本构模型。在不可逆热力学的框架内研究混凝土本构关系，主要有内时理论和损伤力学理论。从损伤力学研究的基点出发，建立混凝土破坏机理分析的细观物理模型，有可能缓解乃至从根本上摆脱混凝土本构关系研究的困境。
经过众多学者多年的努力，非线性计算理论在结构分析模型、单元分析模型、恢复力模型、数值计算方法等方面取得了诸多重要成果。钢筋混凝土空间结构非线性地震反应分析的力学模型可分为平动模型、平扭模型和真三维模型。杆系型平扭模型是目前国内外常用的力学分析模型，其计算结果的精度与空间杆元模型的优劣密切相关。恢复力模型一般都是根据试验来确定的。
目前，国内外在工程计算中应用的恢复力模型一般可分为曲线型和折线型。目前常用的空间杆件单元模型是单分量模型。又可细分为有限纤维模型、弹簧模型、塑性力学模型。空间结构截面恢复力模型是由单轴截面恢复力模型扩展而成的，它主要包括加载曲面函数的确定、加载曲面移动规则及塑性流动法则的选择。加载曲面函数包括开裂加载曲面函数和屈服加载曲面函数。目前加载曲面函数形状的确定是参照截面在静载作用下的破坏曲面方程进行的。对于双向弯曲截面，加载曲面普遍取为椭圆形状；对于双向弯矩及扭矩作用的截面，加载曲面一般采用椭球来描述，其依据是许多学者关于双向弯曲截面破坏的研究成果。至于开裂、屈服加载曲面的函数的具体形式，应由单轴加载时截面的开裂弯矩、屈服弯矩控制；而弹性、开裂、屈服三个区域的刚度,应与单轴受力情况下截面恢复力模型在相应阶段的刚度对应。
在随机结构系统响应分析方面，由于问题的复杂性，至20世纪90年代末，尚无获取非线性随机结构系统响应统计量的有效方法。在随机摄动思想的框架下，20世纪90年代若干学者对静力和动力问题继续进行了探索。从随机振动理论中的等价线性化方法借鉴推广而来的等价线性系统方法是20世纪90年代的另一研究思路。从目前的研究结果看，等价线性化技术还存在较多的问题和争论，精度往往难以得到保证。20世纪90年代中期以来，一些研究者试图在非线性随机结构系统响应分析中应用正交多项式展开方法，从数值结果来看效果尚不甚理想。最近，借鉴在线性随机结构系统静力分析中给出的结构响应关于基本随机变量的显式表达，Impollonia和Sofi给出响应面的近似表达。这一思路目前还只初见端倪，至于动力分析，则还未见报道。从上述分析来看，对非线性随机结构系统，无论是静力还是动力分析问题，即便就获取二阶统计量而言，离实用的距离都还很远。
结构与地基的动力相互作用是典型的耦合力学问题，这也是地震工程和岩土工程的最基本问题之一，在20世纪70年代开始了系列的研究。近10年的主要进展有：振动台模型试验和离心机模型试验越来越得到人们的接受并取得了很大发展；数值分析已经从频域向时域发展，从线性分析向非线性分析发展；现场实验和强震观测已成为检验理论的重要手段，并更加受到人们的重视；模型试验、数值分析和现场实验的紧密结合将为这一领域的研究提供更广阔的发展空间。
20世纪80年代之后，我国高层及超高层建筑高速度发展，进行这些高层及超高层建筑的抗震研究要比中低层建筑复杂得多。特别是年代以后，许多世界顶级的桥梁，如杨浦、卢浦大桥，南京三桥，苏通大桥，武汉天兴洲公、铁两用大桥在中国出现。这些大型复杂结构的地震反应机理、性态设计和结构易损性是当今结构抗震研究的前沿。在大量的理论和试验研究以及工程实践的基础上，编写了《超限高层建筑工程抗震设计指南》和《城市桥梁抗震设计规范》以及相关的专著和论文，为这些大型复杂高层建筑工程和大跨桥梁和复杂大型立交工程的抗震设计提供了理论指导和技术支持。
基于性态的抗震设计是21世纪工程抗震的主要潮流，围绕重大土木工程结构抗震与性态控制研究的关键科学问题，国内外科技人员进行了大量的研究并取得了初步成果。美国、日本和中国均发布了有关抗震性能设计(或性态设计)的指南或导则，我国已开始在重大工程或大型复杂工程的抗震设计中采用基于性能设计的原理和方法。
针对重大工程地震灾害的复杂性和大规模分布性，利用现代的数字模拟和虚拟现实技术，研究再现灾害过程、破坏特征、灾害分布和虚拟减灾策略与减灾效果的数字减灾系统将是研究防震减灾的一种新的研究途径和方法。十五期间，科技部资助了“强地震短期预测及救灾技术研究”、“重大工业事故与大城市火灾防范及应急技术研究”等项目，使我国在城市防灾减灾工程技术研究中进一步运用了3S(RS, GIS, GPS)技术、计算机网络技术、机器人技术等高新技术。
我国城市防灾减灾中高新技术的研究和应用与发达国家相比还有较大差距。美国及欧共体建立了多级抗灾遥感计算机网络和抗灾救灾决策系统,欧盟国家已将卫星遥感应用到灾害形成过程、预警、减灾、灾害评估与管理中，澳大利亚的灾害遥感系统已在国家的防灾规划及管理中发挥了重大作用。我国在整体上还未建立起完善的基于遥感和计算机网络的防灾减灾系统。
2.大型土木工程抗震防灾研究方向
地震动的灾害作用,具有鲜明的空间分布特征与随机性特征。对于特大跨度空间结构和大跨度桥梁结构，多点地震动的影响不可忽视。大型、复杂工程结构的建造，不仅使科学地反映地震灾害作用问题变得更为突出而迫切，而且给传统工程力学提出了新的挑战。其中较为突出的，是结构的非线性、外部荷载和结构内部物理参数的随机性、不同介质相互作用的耦合性，构成了学术研究的难点。工程结构的抗震性态研究，一直是国内外土木工程防灾的一个研究热点。本研究领域在过去20多年的研究进程中，基本上形成了复杂结构实验与理论研究相结合的学术特色。在这一基础上，应以高层建筑、大跨空间结构、大型复杂桥梁结构、城市基础设施等为对象，揭示这类重大工程结构的地震作用和结构反应机理，建立以抗震性态设计理论为主线的现代设计理论框架。
(1)工程场地地震动场的随机波动分析理论研究。研究非一致地震激励条件下的波动分析方法，考虑岩土介质非线性的随机波动分析理论。同时，考虑岩土介质非线性与随机性的随机波动分析理论、大尺度地震动随机场分析中的数值稳定性、数值分析地震动随机场与强震观测台阵记录统计结果的对比分析等。通过随机波动分析理论的研究，建立可以模拟、分大尺度地震动随机场的基本手段。
(2)混凝土材料弹塑性损伤本构关系研究。考虑混凝土受力时在球量空间和偏量空间的不同损伤特征，研究建立混凝土的确定性弹塑性损伤模型和随机损伤本构模型。要求这一模型不仅具有严格的不可逆热力学基础，而且能够很好地描述混凝土本构行为中所特有的刚度退化、后期强度软化、拉压软化以及双轴受压强度增强等效应。通过系列试验研究,验证所建立模型的合理性与正确性。建立具有普遍适用性的混凝土弹塑性损伤本构关系理论框架。
(3)工程结构随机分析理论研究。结合大型复杂结构,研究结构随机动力非线性响应分析原理、结构抗震可靠性分析理论；研究结构概率密度演化分析的数值求解技术、多变量降阶技术；深人研究随机系统反应的物理形成过程，建立一般工程随机系统的密度演化分析方法。力争形成一般工程随机系统的分析理论。
(4)地震动作用下复杂结构的破坏机理的试验研究与计算机仿真。研究结构构件及子结构的恢复力模型；重要结构构件及关键节点破坏过程的精细模拟及失效机理；基于离散单元法的分析理论，钢筋混凝土结构的地震倒塌机理，以及这类结构地震倒塌过程的离散元模拟方法；在截面、构件和结构层次上建立结构动力反应分析的精细模型，模拟建筑结构开裂、破坏和倒塌过程的动画和图形显示技术等。研究目标是发展高效简便的结构非线性分析理论和方法，为工程应用提供理论指导和实用简化方法；初步建立强烈地震下建筑结构地震破坏过程的分析方法、数字仿真及图形再现技术，为发展数值振动台提供技术与理论基础，为认识这类结构的地震倒塌机理提供基本方法。
(5)结构与地基的动力相互作用机理研究。研究土体介质的非线性变形对地震波传播的影响，地基土与结构动力相互作用的机制及对输人地震动的影响，沙土液化和地基震陷对相互作用体系的影响及其精细模拟方法，相互作用对结构主动控制和被动控制的影响，动力相互作用体系的物理模拟和数值模拟方法。初步建立从结构与地基的动力相互作用到结构的抗震分析和设计整个过程的计算机仿真理论和方法。
(6)重大工程结构抗震试验研究。结合国际上的最新发展态势，开展新型抗震试验技术研究，通过传统结构试验技术与现代测试技术的有机结合，深入研究结构开裂、破坏、倒塌的物理机制；通过典型结构的实验、分析与研究，为建立大型、复杂结构的抗震设计理论提供依据。
(7)复杂高层建筑结构的振动控制与抗震性态设计理论研究。进行现代控制理论在工程结构振动控制中应用的基础研究，新型结构消能减震理论与分析方法研究，有利于结构抗震安全的新型结构体系的开发研究，复杂高层结构的抗震设防标准抗震性态评价，复杂高层结构Pushover分析方法及非线性时程反应分析方法研究，复杂高层结构抗震性态设计理论研究与工程应用等。通过在土木工程中应用高新技术，寻求减轻工程结构地震灾害和提高结构抗震能力的各种新措施和途径，初步建立复杂高层结构抗震性态设计的理论和方法。
(8)重大工程抗震数字减灾系统。利用当今的高新技术，采用多维虚拟现实技术，用数学和物理模型来模拟灾害发生、传播的全过程,既要为社会的减灾行动提供最佳决策依据，又能直接研究灾害的形成及其相应的机理。对工程结构的合理模拟是建立数字减灾系统的关键科学问题之一，应引起工程抗震领域研究人员的高度重视。