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研究背景：

眾所周知，大地震時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)烈地震動(dòng)是造成土木工程結(jié)構(gòu)地震破壞的最重要的原因。雖經(jīng)幾代人百余年的努力，但到目前為止結(jié)構(gòu)工程師仍無法確定結(jié)構(gòu)未來將會(huì)遭遇或者承受什么樣的地震動(dòng)作用，更不清楚按照現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的或者地震動(dòng)危險(xiǎn)性分析給出的設(shè)計(jì)地震動(dòng)所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)在未來的地震中會(huì)面臨多大的風(fēng)險(xiǎn)。造成這些問題的主要原因，一方面是因?yàn)橛绊懙卣饎?dòng)破壞作用的參數(shù)（如加速度值、速度值、位移值、持時(shí)、頻譜組成等）較多，即使在同樣幅值的地震動(dòng)作用下也會(huì)造成結(jié)構(gòu)不同程度的破壞效果，甚至幅值較小的地震動(dòng)的破壞作用還大于幅值更大的地震動(dòng)；另一方面是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)種類繁多，不同的結(jié)構(gòu)由于其周期、阻尼、非線性特性、結(jié)構(gòu)破壞機(jī)制等的不同，也同樣會(huì)在相同的地震動(dòng)作用下產(chǎn)生大相徑庭的破壞后果。這是全世界地震工程科學(xué)家和工程師百余年來一直面臨的設(shè)計(jì)尷尬和難題，即：怎樣科學(xué)地評(píng)價(jià)地震動(dòng)對(duì)工程的破壞作用，以及怎樣對(duì)迄今為止在實(shí)際強(qiáng)烈地震中記錄到的大量強(qiáng)地震動(dòng)記錄按其對(duì)工程結(jié)構(gòu)的破壞強(qiáng)弱進(jìn)行比較和排序？

研究方法及結(jié)果：

為了解決這個(gè)難題，我所謝禮立院士團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)二十余年潛心研究，出版著作《強(qiáng)地震動(dòng)按破壞強(qiáng)度的排序研究》。本研究將現(xiàn)有結(jié)構(gòu)按其自振周期分為三類，按結(jié)構(gòu)所在的場(chǎng)地分為四類，對(duì)不同結(jié)構(gòu)的類別采用不同的破壞機(jī)制，并進(jìn)一步考慮結(jié)構(gòu)的非線性水平對(duì)地震動(dòng)破壞作用的影響，將數(shù)以萬(wàn)計(jì)的實(shí)際測(cè)錄到的強(qiáng)地震動(dòng)記錄按照它們對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞作用的強(qiáng)烈程度進(jìn)行排序，最終以超越概率的形式給出不同強(qiáng)度水平的推薦設(shè)計(jì)地震動(dòng)記錄，并進(jìn)行了工程實(shí)例的驗(yàn)證和應(yīng)用。按這種方法給出的排序地震動(dòng)將為設(shè)計(jì)人員提供一個(gè)合理的設(shè)計(jì)地震動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)，從而可以定量地控制所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可能面臨的未來地震風(fēng)險(xiǎn)。獲得以下四個(gè)方面的研究成果：

（1）提出了按照結(jié)構(gòu)的自振周期和響應(yīng)特征對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類的方法。將結(jié)構(gòu)按自振周期分成三類：剛性、剛-柔性和柔性。假定同一類別的結(jié)構(gòu)有相同的破壞機(jī)制，不同類別的結(jié)構(gòu)破壞機(jī)制不同。研究表明結(jié)構(gòu)周期段劃分越精細(xì)，得到的地震動(dòng)排序越精確。此外還同時(shí)考慮了場(chǎng)地因素對(duì)結(jié)構(gòu)周期段劃分的影響，最終得到了與場(chǎng)地相關(guān)的結(jié)構(gòu)周期段分類的結(jié)果，為按照結(jié)構(gòu)類別進(jìn)行地震動(dòng)排序提供了基礎(chǔ)。

（2）厘清了不同類別結(jié)構(gòu)的地震破壞機(jī)制，在統(tǒng)計(jì)意義上，分別確定了剛性、剛-柔性和柔性結(jié)構(gòu)的各自破壞機(jī)制。并在此基礎(chǔ)上證實(shí)了地震動(dòng)對(duì)剛性結(jié)構(gòu)的破壞作用取決于地震動(dòng)的加速度幅值的大小，對(duì)剛-柔性和柔性結(jié)構(gòu)的破壞作用主要取決于地震動(dòng)的速度幅值的強(qiáng)弱，為基于破壞強(qiáng)度的地震動(dòng)排序提供了依據(jù)。

（3）揭示了結(jié)構(gòu)的非線性程度對(duì)結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)值及其響應(yīng)排序的影響。在不同的地震動(dòng)作用下，在幾乎所有的土木工程結(jié)構(gòu)中可能出現(xiàn)的非線性程度范圍內(nèi)，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的非線性程度對(duì)其響應(yīng)都會(huì)有顯著影響，但是對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的排序幾乎沒有影響，這一結(jié)論為地震動(dòng)排序提供了十分重要的理論基礎(chǔ)。

（4）對(duì)迄今為止世界上通過實(shí)際觀測(cè)得到的數(shù)萬(wàn)條強(qiáng)地震動(dòng)記錄提出了基于超越概率表征的設(shè)計(jì)地震動(dòng)的排序，從而能可靠地給出按此排序設(shè)計(jì)的抗震結(jié)構(gòu)未來可能面臨的地震破壞風(fēng)險(xiǎn)。