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研究背景：

眾所周知，大地震時產(chǎn)生的強烈地震動是造成土木工程結(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)未來將會遭遇或者承受什么樣的地震動作用，更不清楚按照現(xiàn)行抗震設計規(guī)范規(guī)定的或者地震動危險性分析給出的設計地震動所設計的結(jié)構(gòu)在未來的地震中會面臨多大的風險。造成這些問題的主要原因，一方面是因為影響地震動破壞作用的參數(shù)（如加速度值、速度值、位移值、持時、頻譜組成等）較多，即使在同樣幅值的地震動作用下也會造成結(jié)構(gòu)不同程度的破壞效果，甚至幅值較小的地震動的破壞作用還大于幅值更大的地震動；另一方面是因為結(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)破壞機制等的不同，也同樣會在相同的地震動作用下產(chǎn)生大相徑庭的破壞后果。這是全世界地震工程科學家和工程師百余年來一直面臨的設計尷尬和難題，即：怎樣科學地評價地震動對工程的破壞作用，以及怎樣對迄今為止在實際強烈地震中記錄到的大量強地震動記錄按其對工程結(jié)構(gòu)的破壞強弱進行比較和排序？

研究方法及結(jié)果：

為了解決這個難題，我所謝禮立院士團隊歷經(jīng)二十余年潛心研究，出版著作《強地震動按破壞強度的排序研究》。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)所在的場地分為四類，對不同結(jié)構(gòu)的類別采用不同的破壞機制，并進一步考慮結(jié)構(gòu)的非線性水平對地震動破壞作用的影響，將數(shù)以萬計的實際測錄到的強地震動記錄按照它們對結(jié)構(gòu)的破壞作用的強烈程度進行排序，最終以超越概率的形式給出不同強度水平的推薦設計地震動記錄，并進行了工程實例的驗證和應用。按這種方法給出的排序地震動將為設計人員提供一個合理的設計地震動數(shù)據(jù)庫，從而可以定量地控制所設計結(jié)構(gòu)可能面臨的未來地震風險。獲得以下四個方面的研究成果：

（1）提出了按照結(jié)構(gòu)的自振周期和響應特征對結(jié)構(gòu)進行分類的方法。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)有相同的破壞機制，不同類別的結(jié)構(gòu)破壞機制不同。研究表明結(jié)構(gòu)周期段劃分越精細，得到的地震動排序越精確。此外還同時考慮了場地因素對結(jié)構(gòu)周期段劃分的影響，最終得到了與場地相關(guān)的結(jié)構(gòu)周期段分類的結(jié)果，為按照結(jié)構(gòu)類別進行地震動排序提供了基礎(chǔ)。

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

（3）揭示了結(jié)構(gòu)的非線性程度對結(jié)構(gòu)地震響應值及其響應排序的影響。在不同的地震動作用下，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)的非線性程度對其響應都會有顯著影響，但是對結(jié)構(gòu)響應的排序幾乎沒有影響，這一結(jié)論為地震動排序提供了十分重要的理論基礎(chǔ)。

（4）對迄今為止世界上通過實際觀測得到的數(shù)萬條強地震動記錄提出了基于超越概率表征的設計地震動的排序，從而能可靠地給出按此排序設計的抗震結(jié)構(gòu)未來可能面臨的地震破壞風險。