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研究背景：

眾所周知，大地震時(shí)產(chǎn)生的強烈地震動(dòng)是造成土木工程結構地震破壞的最重要的原因。雖經(jīng)幾代人百余年的努力，但到目前為止結構工程師仍無(wú)法確定結構未來(lái)將會(huì )遭遇或者承受什么樣的地震動(dòng)作用，更不清楚按照現行抗震設計規范規定的或者地震動(dòng)危險性分析給出的設計地震動(dòng)所設計的結構在未來(lái)的地震中會(huì )面臨多大的風(fēng)險。造成這些問(wèn)題的主要原因，一方面是因為影響地震動(dòng)破壞作用的參數（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 )造成結構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)；另一方面是因為結構種類(lèi)繁多，不同的結構由于其周期、阻尼、非線(xiàn)性特性、結構破壞機制等的不同，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(lái)一直面臨的設計尷尬和難題，即：怎樣科學(xué)地評價(jià)地震動(dòng)對工程的破壞作用，以及怎樣對迄今為止在實(shí)際強烈地震中記錄到的大量強地震動(dòng)記錄按其對工程結構的破壞強弱進(jìn)行比較和排序？

研究方法及結果：

為了解決這個(gè)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(zhù)作《強地震動(dòng)按破壞強度的排序研究》。本研究將現有結構按其自振周期分為三類(lèi)，按結構所在的場(chǎng)地分為四類(lèi)，對不同結構的類(lèi)別采用不同的破壞機制，并進(jìn)一步考慮結構的非線(xiàn)性水平對地震動(dòng)破壞作用的影響，將數以萬(wàn)計的實(shí)際測錄到的強地震動(dòng)記錄按照它們對結構的破壞作用的強烈程度進(jìn)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(dòng)記錄，并進(jìn)行了工程實(shí)例的驗證和應用。按這種方法給出的排序地震動(dòng)將為設計人員提供一個(gè)合理的設計地震動(dòng)數據庫，從而可以定量地控制所設計結構可能面臨的未來(lái)地震風(fēng)險。獲得以下四個(gè)方面的研究成果：

（1）提出了按照結構的自振周期和響應特征對結構進(jìn)行分類(lèi)的方法。將結構按自振周期分成三類(lèi)：剛性、剛-柔性和柔性。假定同一類(lèi)別的結構有相同的破壞機制，不同類(lèi)別的結構破壞機制不同。研究表明結構周期段劃分越精細，得到的地震動(dòng)排序越精確。此外還同時(shí)考慮了場(chǎng)地因素對結構周期段劃分的影響，最終得到了與場(chǎng)地相關(guān)的結構周期段分類(lèi)的結果，為按照結構類(lèi)別進(jìn)行地震動(dòng)排序提供了基礎。

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

（3）揭示了結構的非線(xiàn)性程度對結構地震響應值及其響應排序的影響。在不同的地震動(dòng)作用下，在幾乎所有的土木工程結構中可能出現的非線(xiàn)性程度范圍內，發(fā)現結構的非線(xiàn)性程度對其響應都會(huì )有顯著(zhù)影響，但是對結構響應的排序幾乎沒(méi)有影響，這一結論為地震動(dòng)排序提供了十分重要的理論基礎。

（4）對迄今為止世界上通過(guò)實(shí)際觀(guān)測得到的數萬(wàn)條強地震動(dòng)記錄提出了基于超越概率表征的設計地震動(dòng)的排序，從而能可靠地給出按此排序設計的抗震結構未來(lái)可能面臨的地震破壞風(fēng)險。