减轻灾害的主要技术及措施

11　土木工程防灾减灾

本章导读：

●基本要求 了解土木工程灾害的基本情况、类型、防灾减灾的重要性及实施，了解土木工程监测、加固的重要性。

●重点　土木工程灾害类型、防灾减灾措施；土木工程状态监测以及加固。

●难点　防灾减灾的过程、技术措施与决策。

11.1　概 述

土木工程灾害分为自然灾害和人为因素导致的灾害。自然灾害包括地震、滑坡、泥石流、火山喷发、洪水、海啸等，轻者使住宅、厂房、桥梁、水坝遭到破坏，重者造成垮塌，危害生命、财产安全，造成了巨大的经济损失。1940年，通车仅4个月的美国华盛顿州塔科马海峡大桥就因风而毁（见图11.1），该桥的坍塌使得空气动力学和共振实验成为了土木工程专业，特别是桥梁工程学生的必修课。1970年，孟加拉国热带旋风造成30万～50万人死亡（见图11.2）。1976年，我国唐山发生里氏7.8级的地震，房屋建筑倒塌毁坏殆尽，造成24.2万人丧生。1985年，哥伦比亚火山喷发导致2.2万人遇难（见图11.3）。2004年5月，戴高乐机场一处屋顶发生坍塌事故（见图11.4），造成6人死亡，多人受伤。2004年11月，河北沙河发生矿难，被困井下矿工达到119人，死亡人数达到68人。2008年5月12日，由于印度洋板块向亚欧板块俯冲，造成青藏高原快速隆升，导致汶川发生里氏8.0级大地震（见图11.5），使约50万km2的中国大地受到重创，近9万人遇难或失踪，造成直接经济损失8 451亿元人民币。2011年3月11日，日本东北部海域发生里氏9.0级地震并引发海啸（图11.6），造成重大人员伤亡和财产损失，致使福岛第一核电站发生最高级别（7级）核泄漏事故。

图11.1　美国塔科马大桥垮塌

图11.2　孟加拉国热带旋风

图11.3　哥伦比亚火山喷发

图11.4　戴高乐机场一处屋顶坍塌事故

图11.5　汶川地震后的北川中学一片废墟

图11.6　日本9.0级地震并引发海啸

人为因素导致的土木工程灾害则是指因不按规定开展工程活动而引起的突发性重大或灾难性事故，如因设计或施工不当引起大型滑坡、房屋倒塌或桥梁垮塌等。2010年，在进行外立面墙壁施工的上海一高层住宅因人为因素导致脚手架起火，使58人遇难（见图11.7）。因人为因素导致的灾害中也包括因疏于监管而出现的“积劳成疾”性灾害，如因缺乏服役状态监管导致的桥梁垮塌等。

经验表明，良好的预防机制和防灾减灾技术会大大降低灾害所造成的损失。例如，在1970年孟加拉国热带旋风之后，孟加拉国和其他国家合作开发研制了一套人造卫星风暴警报系统，借助于该系统，使得1985年遭到相同强度旋风袭击后的死亡率大大降低。1985年智利瓦尔巴莱索附近发生与我国唐山震级相同的地震，由于建筑物采取了很好的抗震设防措施，仅有150人死亡。2004年10月，我国云南地区发生了大面积山体滑坡，由于预防和疏散措施得当，未造成任何人员伤亡。

图11.7　上海一高层公寓起火

因此，如何有效地预防灾害的发生，减轻灾害所造成的损失，已成为土木工程界关注的课题。1989年，联合国经济及社会理事会将每年10月的第二个星期三确定为“国际减灾日”，旨在唤起国际社会对防灾减灾工作的重视，敦促各国政府把减轻自然灾害列入经济社会发展规划，并将20世纪最后一个10年定为“国际减轻自然灾害十年”。自2009年起，每年5月12日为中国防灾减灾日。

11.2　防灾减灾

11.2.1　防灾减灾的过程

防灾减灾通常经历三个阶段：即灾害危险性分析、防灾减灾规划制定和防灾减灾规划实施。

1）灾害危险性分析

一般情况下，灾害发生应同时具备：有潜在危险、工程设施易损、处在危险区及潜在危险的显现。与之相对应，灾害危险性分析程序与工作内容：危险性估计、易损性分析、灾害估计与灾害评价。

2）防灾减灾规划制定

在对灾害分析的基础上，根据现有条件与防灾减灾手段，有效利用有限资金，制订短期或全面防灾减灾规划，以达到防灾减灾的目的。

防灾减灾规划制订程序与主要工作内容：

（1）明确目标

在对灾害进行危险性估计、易损性分析、灾害估计、灾害评价的基础上，明确防灾减灾的目标和要求，如防灾减灾的目标、实施防灾减灾措施的优先顺序等。

（2）制订规划

防灾减灾目标明确后，根据灾害特点、灾害分析结果、资金及社会现状、规划水平等制订不同的防灾减灾规划。例如，对于突然发生的灾害，需要迅速制订短期计划，将灾害造成的损失减到最少；对于不太紧急的灾害，则需要制订长期计划，结合城市或地区发展规划予以实施。

（3）规划评估

根据防灾减灾规划时间的长短，将其分为两种：①损失—目标评价。防灾减灾规划为短期规划时，因在短时间内难以用效益衡量规划的优劣，因此主要是看是否达到规定的预定目的；②损失—效益分析。当防灾减灾规划为中、长期规划时，可以用规划带来的效益来评估规划的优劣。

3）防灾减灾规划实施

在防灾减灾规划制订完成后，需要组织实施。防灾减灾规划的实施主要包括实施方式的选用、规划项目的管理、各个实施阶段的划分和安排，资金、人力、设备等资源配置、灾害监测、人员培训等内容。可以通过法律手段、财政手段、土地占有手段、公用事业投资分配手段、社区参与手段等进行规划实施。

11.2.2　减轻灾害的主要技术及措施

1）减少场地险情发生

减轻灾害的措施主要有预防措施、改善措施、缓解措施三种：

①预防措施是指采用有效措施减轻灾害强度，减少险情的影响。例如，对于洪水灾害，可以实施整治河床、修筑堤岸等措施；对于地震灾害，可以通过抗震设计、构造措施等起到预防效果。

②改善措施是指采用有效措施改善场地本身的一些特征，减少灾害的影响。例如，对于地震引起的滑坡、塌陷，可以通过改善场地特性降低或避免滑坡造成的危害。

③缓解措施是指采用有效措施将大的灾害化为小的灾害。例如，将一个大地震化解为一系列小地震以降低灾害带来的损失。

2）减低结构易损性

减低结构易损性的主要措施是通过设计、施工、维修、加固、重建等减少结构的易损性。例如，可以采用减震、隔震技术（基底隔震，结构上布置减震装置）将地震反应降低；改善材料和结构性能，提高结构抗震的性能；采取抗震加固措施提高结构安全度；采用智能建筑材料提高结构整体抗震能力等。

3）改变住区功能特性

改变住区功能特性的措施主要包括土地利用管制、扩大生命线系统。

（1）土地利用管制

土地利用管制主要是对建筑用途、人口密度、土地用途、房屋高度、房屋材料、街道宽度、房屋类型等进行限制。

（2）扩大生命线系统

生命线系统是指道路、铁道、供水、供电、通信、排水等线路和系统。生命线系统的破坏会对整个城市或地区造成极大的影响。生命线系统破坏的影响主要取决于生命线系统自身结构及系统内部连接的各个子系统的数目。一次扩大生命线系统可以提高防御灾害的能力，减轻灾害影响。

4）灾前报警

建立灾前报警系统可以给人们留有时间保护生命财产安全。目前，世界范围内的灾前报警技术已有长足的发展，如地震预报、水灾预报、龙卷风预报等。

11.2.3　防灾减灾决策

防灾减灾决策是在对未来灾害危险性及灾情预测的基础上所做出的减灾措施或方案的决策，其主要特点是风险大、投资大、与人们生命安全密切相关。综合利用各种信息，设法避免或减轻灾害影响，选择最优减灾决策成为减灾决策中的核心问题，而决策科学及GIS、Internet等技术手段提供了有力的保证。防灾减灾决策主要包括：

①确定目标，尽量减少生命损失和财产损失。

②设计多种预选方案供决策者选择。

③采用定性、定量、定时分析方法对预选方案评价，从中选出最满意方案，将防灾减灾决策中出现的问题及时反馈以便于对决策方案进行调整与修正。

对于不同类型的防灾减灾决策需采用不同的方法。对确定型减灾决策（未来情况发生为已知条件下的决策），常用建立方程、不等式、逻辑式用数学规划求解最优方案的方法；对不确定型减灾决策（未来情况为未知条件下的决策）可根据具体情况采用悲观法则（从不利情况出发，按灾害可能造成最大损失估计选择最好方案，又称小中取大法则，是一种保守的减灾决策方法）、乐观法则（从各减灾方案的最大效益中选择最大效益的最大值方案，又称大中取大原则，是一种冒险的减灾决策方法）、最小遗憾法则（在最大损失中取最小损失方案，又称大中取小原则）、折中法则（根据经验确定一个乐观系数，找一个折中标准的决策方法，又称乐观系数法则。当乐观系数等于0时，称为悲观法则，当乐观系数等于1时成为乐观法则）、敏感性法则等方法；对风险型减灾决策（决策因素中未控制因素有概率变化），可采用最大可能法（选择一个概率最大的自然状态决策）、期望值法（从决策问题构成损益矩阵为基础，计算出每个减灾方案期望值，从中选择最大效益期望值或最小损失期望值方法）等方法。

11.2.4　城市综合防灾体系

一般情况下，城市防灾工作包括对灾害监测预报、防护、抗御、救援、恢复等，从时间顺序上可分为4个部分：

①灾前的防灾减灾工作。包括对城市灾害区划分、灾情预测、防灾教育、防灾预案制定、防灾工程设施建设等。

②应急性防灾工作。在预知灾害将发生或灾情即将影响城市时应采用的应急性防灾工作。

③灾时抗救工作。在灾害来临时抗御灾害，进行灾时救援工作。

④灾后工作。在灾害发生后防止次生灾害发生、发展，灾害损失评估与维修，重建防灾设施等工作。

城市防灾结构主要由研究机构、指挥机构、专业防灾队伍、临时防灾救灾队伍、社会援助机构和保险机构组成。研究机构要对城市情况全面了解分析，对灾害进行研究、监测、预报工作；指挥机构负责灾时抗灾救灾；专业防灾队伍是经训练、装备良好的抗灾救灾队伍；临时防灾队伍则是由指挥机构组织志愿人员组成的辅助救灾队伍；社会援助机构和保险机构则是在灾时和灾后从经济上给予支持、帮助的机构。

城市综合防灾应注重城市防灾整体性和防灾措施的综合利用，还应注重防灾设施建设和使用要与城市开发建设的有机结合。城市综合防灾对策包括：

（1）加强区域减灾和区域防灾协作

城市防灾减灾是区域防灾减灾的重要组成部分。对于影响范围大的自然灾害，防灾的区域协作十分重要。小城镇、城郊地区与周边城镇联手或依据邻近规模较大城市，与其进行防灾协作，能较快地提高其防灾能力，加强整个区域防灾减灾能力。

（2）合理选择与调整城市建筑用地

城市用地布局规划，尤其是重大工程选址应尽量避开灾害易发区。对于处于不利地带的老城，则应结合旧城改造，逐步调整用地布局，使主要功能区避开不利地带，实现城市总体布局防灾合理化。

（3）优化城市生命线系统防灾性能

从城市生命线的体系构成、设施布局、结构方式、组织管理等方面提高城市生命线系统防灾能力。

（4）强化城市防灾设施的建设与运营管理

除生命线系统外，堤坝、消防设施、人防设施、地震监测报告网、各种应急设施等都属于城市防灾设施，它们担负着城市灾前预报，灾时抗灾救助的重要任务，这些防灾设施的好坏直接关系到城市防灾的能力。

（5）建立城市综合防灾指挥组织系统

城市防灾包括城市灾害的测、报、防、抗、救、援及规划与实施等工作，应建立高效的城市综合防灾指挥机构，进行组织协调和统筹指挥，将有效提高城市总体防灾能力。

（6）健全、完善城市综合救护系统

城市综合救护系统主要包括城市急救中心、救护中心、血库、防疫站等，它们具有灾时急救、灾后防疫的功能。在城市规划时要合理布置救护设施，保证其最佳服务范围与自身安全，加强设施平时救护能力和自身防灾能力，维护与加强设施的灾时急救能力。

（7）提高全社会对城市灾害的承受能力

要增强全民灾害意识，将全社会对城市灾害承受能力建立在科学基础之上。

（8）强化城市综合防灾立法体系建设

应加强城市防灾法则制订工作，以立法手段确定城市防灾的地位、作用。

（9）大力发展灾害保险业务

建议国家从整体经济利益出发，财政上优先照顾灾害保险的发展，对其在政策上进行扶持。

（10）重视城市防灾科学研究

要利用先进的科学技术推动城市防灾系统工程，开展城市防灾体系及各类灾害防治措施研究，注意借鉴国外先进防灾减灾技术，研究城市灾害综合管理系统。

城市综合防灾措施包括政策性措施（软措施）和工程性措施（硬措施），两者是相辅相成的。城市政策性防灾措施是建立在国家和区域防灾政策基础之上的，它主要包括城市总体规划及城市内各部门发展计划、法律、法规、标准和规范的建立与完善两个方面内容。城市总体规划中消防、人防、抗震、防洪等防灾工程规划是城市防灾建设的主要依据，而城市各部门发展计划尤其是市政部门基础设施规划与城市防灾有密切联系。城市工程性防灾设施则是在城市防灾政策指导下进行的防灾设施与机构的建设工作及对各项防灾设施采取的防护工程措施，如城市防洪堤、防空洞、气象站、地震局等机构建设，各种建筑物抗震加固处理等。

11.2.5　城市防灾规划及防灾工程

通常情况下，城市防灾规划包括城市抗震防灾规划、城市防洪规划、城市消防规划、城市人防规划等专项规划。城市防灾规划工作程序为首先确定城市防灾标准与规划目标，然后进行总体规划阶段的城市防灾工程规划，最后进行详细规划阶段的城市防灾工程设计规划（见图11.8）。

图11.8　城市防灾规划工作程序框图

城市防灾规划首先要进行城市灾害调查，通过现场踏勘、访问考察寻找灾害规律，分析灾害原因；然后进行城市灾害易损性分析和城市灾害破坏机制分析；最后进行城市灾害综合分析，结合理论计算、数据处理等方法，由专家综合分析论证，制订出科学的城市防灾规划。

下面对城市抗震防灾规划、城市防洪规划、城市消防规划、城市人防规划等专项规划及专项防灾工程做简单介绍。

1）城市抗震防灾规划与城市抗震防灾工程

城市抗震防灾规划是城市总体规划中的专业规划。根据我国工程建设抗震设防规定，六度和六度以上城市要编制城市抗震减灾规划，其目标是逐步提高城市综合抗震能力，最大限度地减轻城市地震灾害造成的损失，使城市在遭遇相当于基本烈度地震影响时，其要害系统不遭受较重破坏。

城市抗震防灾规划编制过程：首先调查分析并整理各种基础资料，作为编制规划的依据；对城市及附近地区可能发生地震的危险性做出分析、判断；然后对不同烈度或不同概率标准进行各类房屋建筑、工程设施和设备工程震害进行预测；在此基础上，找出城市防御地震灾害的薄弱环节，以图件、表格与文字相结合的形式做出抗震防灾规划。

城市抗震防灾工程可以通过以下具体措施实现：

（1）建（构）筑物的抗震处理

建（构）筑物抗震处理包括地基抗震处理、结构抗震加固、节点抗震处理等，主要依据是本地区抗震设防烈度，抗震处理的建（构）筑物要做到“小震不坏，中震可修，大震不倒”。具体来讲，主要有尽量选择有利于抗震的场地和地基，选择体形简单的建筑平面，建筑平面布局长、宽比例适度，平面刚度均匀，立面尽量不要出现局部突出或刚度突变，加强建筑物各部件之间的延性联结，尽量降低建筑物重心位置，确保施工质量等。

（2）震前预报

通过监测资料分析和地震前兆研究进行地震区域划分的长期预报和短期临震预报也是一种措施。

（3）城市布局中的避震减灾措施

城市布局的避震减灾措施是最经济、最有效的抗震减灾措施，主要有选择地势平坦、开阔的地方作为城市用地，尽量避开断裂带、液化土等地质不良地带；建筑群布局时保留必要空间与间距；城市规划中保证一些道路宽度；充分利用绿地、广场等作为震时疏散场地。

2）城市防洪规划与城市防洪工程

城市防洪规划属于城市总体规划中的专项规划，以城市所在的江河流域防洪规划及城市总体规划作为依据。规划的主要任务是按照全面规划综合利用水资源、保证城市安全的原则，根据防护对象的重要性，将洪水对城市危害程度降低到防洪标准范围以内。

城市防洪规划编制过程：首先进行调查研究，广泛搜集各种基础资料；进行城市防洪、治涝水文分析计算；形成城市防洪规划和城市治涝规划；进行经济技术分析；最后编制规划报告。

一般情况下，城市防洪工程遵循上游以蓄水分洪为主，中游加固堤防，下游增强河道排水能力的原则。防洪对策分为以蓄为主和以排为主的防洪措施。城市防洪、防涝工程设施主要有防洪堤墙、排洪沟与截洪沟、防洪闸、排涝设施等。

3）城市消防规划及城市消防工程

城市消防规划属于城市总体规划的重要组成部分，编制依据是城市总体规划及国家、省、市、自治区的有关法规、文件。城市消防规划的主要任务是研究城市总体布局的消防安全要求和城市公共消防设施建设及其相互关系，提高城市防火灭火能力，防止和减少火灾危害。

城市消防规划制定过程：收集城市基础资料及城市消防安全分区、消防站布局、消防通道、消防装备等资料；根据规划原则及指导思想确定规划构思及方案；进行大型工矿区、车站、码头、易燃建筑密集区等重点地段的详细规划，形成城市消防规划。

我国城市消防方针是“预防为主，防消结合”。城市消防工程对策是：首先，在城市布局、建筑设计中采取措施减少、防止火灾；其次，建设消防队伍、消防设施，健全消防制度、指挥组织机制，保证及时发现，有效扑救火灾。

城市消防设施主要有消防指挥调度中心、消防站、消火栓、消防水池、消防瞭望塔等。

4）城市人防规划及城市人防工程

城市人防规划属于城市总体规划的专项防灾规划。由人防部门会同城市规划、建设及有关部门进行编制。人防建设需与城市建设有机结合，协调发展，以增强城市综合发展能力和防护能力。城市人防规划编制依据是城市战略地位、城市现状及城市地形、工程地质、水文地质条件等。

城市人防规划编制过程：首先，收集并分析包括城市性质、自然条件、城市人口发展规模等基础资料和城市设防等级、防卫计划、人防工程战术等专业资料；其次，对城市进行核武器、常规武器、主要自然灾害等的毁伤效应分析，选择最佳综合防护方案；最后，组织专家对规划方案论证、评审鉴定等。

人防工程也叫人防工事，是指为保障战时人员与物资掩蔽、人民防空指挥、医疗救护而单独修建的地下防护建筑，以及结合地面建筑修建的战时可用于防空的地下室。城市人防工程建设应遵循的原则是提高人防工程数量和质量、突出人防工程防护重点、加强人防工事间连通、综合利用城市地下设施等。

11.3　服役状态监测与安全控制

以上对于洪水、地震、海啸、龙卷风、火灾等预测难度较大的突发性灾害，或者因人为因素导致的突发性灾害的预防与减小灾害程度提出了应对策略。为避免因人为因素导致的“积劳成疾”性灾害的发生（如美国俄亥俄河上的一座主要桥梁在1967年突然倒塌，造成46人丧生；1994年10月韩国圣水大桥中孔突发崩塌，造成32人死亡，17人重伤），除了在设计和施工上充分考虑预防措施外，还需对大型公共设施、超高层建筑物、大跨径桥梁等实施服役状态监测与安全控制，即在工程竣工后，通过建立在结构上传感器系统对结构在运行中的静力、动力响应及位移变形信息进行测量取样，分析传感器获得的各项参数的变化，判断结构中可能出现的损伤，及时采取适当的修补措施，以确保工程结构在生命期内的安全性、完整性、可靠性、适用性和耐久性。

自20世纪50年代以来，人们就意识到工程结构服役状态监测与安全控制的重要性，但由于早期的监测手段、评估方法比较落后，在应用上一直受到限制。近年来随着现代测试、分析技术，计算机技术，数学理论及无线通信技术的进步及相互融合，极大地促进了结构状态监测系统与评估方法的完善，并在实际土木工程结构中得到了广泛的应用。以桥梁为例，随着大跨径桥梁的轻型化及形式与功能的多样化，对已建成的桥梁采用有效的手段监测和评定健康状况、维修和控制损伤，总结新建桥梁的经验和教训，建立长期的安全监测与控制系统，已成为学术界和工程界关注的热点。许多国家都在一些已建和在建的大跨桥梁上进行了有益的尝试，如丹麦曾对总长1 726 m的法罗群岛（Faroe）跨海斜拉桥施工过程与运营采取了监测措施，同时，在主跨1 624 m的Great Belt East悬索桥上也开始了相关的尝试；泰国与韩国也已开始在重要桥梁上安装永久性的实时结构整体与安全性报警设备；我国香港的青马大桥以及内地的虎门大桥、徐浦大桥、江阴大桥、东海大桥等均在对运营期间的结构状态实行监测。由于桥梁，特别是大型、复杂桥梁，其结构和力学特点以及桥梁所处的环境对服役期结构安全的影响很难在设计阶段被完全掌握和预测，所以，只有通过桥梁状态监测获得的实际结构的动静力行为来检验桥梁的设计理论与计算假定，同时，在桥梁状态监测与评估的基础上，对桥梁服役安全实施控制，确保桥梁长期安全服役（运营）。

土木工程状态监测不是对传统的工程检测技术的简单改进，而是运用现代的传感与通讯技术，实时监测工程结构在各种环境荷载条件下的结构响应与行为，获取反映结构状态和环境因素的各种信息，由此分析结构的技术状态、评估结构的可靠性，为土木工程的管理与维护提供科学依据。土木工程结构监测的主要内容有以下几类：

（1）荷载监测

荷载监测包括风荷载、地震荷载以及使用荷载等，可以采用风压传感器、风速仪、强震仪等传感器系统进行监测。

（2）几何监测

几何监测包括各监测部位的静态位置和动态位移，如基础的沉降、建筑物的顶点位移等，目前在土木工程中应用较多的有全站仪（见图11.9）和GPS技术等。

（3）结构的静、动力反应

结构的静、动力反应包括结构的静、动力变形，关键部位应力应变的变化，加速度反应等，主要采用位移计、倾角仪、应变传感器、加速度传感器进行监测。

土木工程结构服役状态监测是一种贯穿服役内的长期、实时监测，须有一套完备的监测系统，以实现监测、诊断与处理。主要步骤与工作内容：

①制订监测计划。主要包括监测的对象、目标、方法、频次以及监测制度与管理体系的建立与运作等。

图11.9　全站仪系统组成示意

②建立监测系统。首先根据设计阶段对结构受力的模拟分析，确定出监测的关键部位，随后安装布置传感器系统、数据采集系统和远程控制系统。

③实施实时监测。实时监测结构中各种监测指标的发展变化趋势，将其记录并储存以备后处理系统进行分析。

④状态评估诊断。根据监测结果，采用结构损伤诊断方法对监测得到的数据进行整理、分析，找出损伤部位和薄弱环节，评估结构的运行状况，对结构正常使用、观察使用还是维修加固后使用做出决策。

虽然土木工程结构服役状态监测与安全控制实施已越来越多，但是关于该方面的研究与实践仍然处于不断探索阶段，需要多学科的进一步交叉与发展，特别是大型桥梁等的动力测试技术和信号处理技术。基于环境结构振动特性或响应的变化进行损伤识别技术的出现为最终实现这一目标展现了美好的前景，而推动这一技术在实践中真正的应用，真正实现对结构服役状态的掌握，尚有许多问题需要研究。而此项技术的最终成功应用，其在结构安全、可靠（对地震，强风等强烈自然灾害后结构的状态进行快速和有效的评估，为维修决策提供依据），延长结构使用寿命（提早发现不定时的损伤累积，为有效遏制事态严重化提供保障）和科学探索（揭示结构在自然环境中真实的结构响应以验证现有桥梁理论）等方面将产生重大的技术变革。

11.4　维修加固

土木工程结构在受灾后需要对其实施检测与加固，以使结构功能得到充分利用，最大限度地为人们提供服务。土木工程结构维修与加固涉及灾害材料学、灾害检测学、灾害工程加固学等领域。

1）灾害材料学

在工程结构的抗灾研究中，首要关注的是材料受灾后的性能变化，即灾害对材料物理力学性能的影响，也即材料在灾害作用下的损伤等。关于灾害对材料性能（如强度、弹性模量、本构关系等）的影响，国内外都已做了许多研究，定性和定量地得到了一些结论，但是系统性还显不够，故在土木工程领域中，灾害材料学还未形成一个专门的学科。而在工程结构的加固设计、工程鉴定和工程咨询等实践中又必不可少地需要这方面的知识。

灾害材料学涉及土木工程材料的一般力学性能，如混凝土的内部裂缝和破坏机理、钢筋的内部结构破坏机理、砌体的一般破坏机理等；动力荷载对材料的影响，如混凝土的疲劳、钢筋的疲劳、冲击荷载对混凝土和钢筋的作用；火灾对材料性能的影响，如：对混凝土或钢筋的影响、对混凝土与钢筋间粘结力的影响等；冰冻对材料性能的影响，如受冻混凝土的力学性能；腐蚀对材料性能的影响，等等。

2）灾害检测学

检测在受灾的土木工程结构鉴定和加固中占有非常重要的地位。检测的程序为：检测任务委托，收集原设计图纸及竣工图，外观检测，材料检测，构件变形及现有承载力评估，有无可修性（若无可修性，则降级处理；若有可修性，则进行内力分析与验算，检验是否满足规范要求），寿命估计（是否要加固，施工）等。

3）灾害工程加固学

工程结构加固学是一门研究使受损的工程结构重新恢复使用功能，使失去部分承载力的结构恢复承载力的学科，面临的情况多样，如：①荷载增大或改变用途或改变结构体系：有时需改变建筑物使用要求，桥梁车辆吨位增加，或需将民用房屋改为工业用房等，即使原有房屋结构增加负担；②抗震加固：因风、地震灾害引起工程结构受损，或现有建筑结构达不到抗震设防指标，如以前设计的桥墩（柱）（在新的抗震设计规范之前）均有较低弯曲延性、较低剪力，不足的钢筋搭接长度、较低的弯曲强度等；③灾害后的结构或纠正设计和施工失误：因火灾、腐蚀、施工失误等引起钢筋混凝土结构强度和刚度的降低，以致不能正常使用，等等。基于上述各种原因，往往需要对工程结构进行加固。

发达国家或地区十分重视建筑物、桥梁等损伤处治、承载力增强加固或抗震加固，并已开展了长时间研究与实践。在我国，旧房改造、受灾房屋加固、桥梁加固改造等工程项目已越来越多，今后的需求会更多，加固产生的社会效益和经济效益也越来越大。但实际操作上仅仅是在加固时就事论事，很少对工程结构加固的效果作理论上的细致分析和试验论证。1990年，我国成立了全国建筑物鉴定和加固标准技术委员会，并开始编制建筑物鉴定和加固规程。2008年，交通运输部颁布了首部桥梁加固设计及施工规范。许多院校也建立了专门的研究学科，这对工程结构加固的发展是一种有力的推动。工程结构加固正在形成一门系统的学科，相关理论与技术研究成果将具有十分广阔的应用前景。

思考讨论题

1.土木工程灾害类型及形式有哪些？

2.举例说明人为因素导致的工程灾害。

3.简述防灾减灾过程及技术措施。

4.简述城市的防灾对策及体系。

5.为什么需要对工程结构实施状态监测与安全控制？主要监测内容有哪些？

6.工程结构维修加固涉及哪些学科与技术领域？