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研究亮點
《強(qiáng)地震動按破壞強(qiáng)度的排序研究》專著出版
發(fā)布時間： 2025-04-18 點擊數(shù)量：18554研究背景：
眾所周知，大地震時產(chǎn)生的強(qiáng)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(shè)計規(guī)范規(guī)定的或者地震動危險性分析給出的設(shè)計地震動所設(shè)計的結(jié)構(gòu)在未來的地震中會面臨多大的風(fēng)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(jī)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(xué)家和工程師百余年來一直面臨的設(shè)計尷尬和難題，即：怎樣科學(xué)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(qiáng)烈地震中記錄到的大量強(qiáng)地震動記錄按其對工程結(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：
為了解決這個難題，我所謝禮立院士團(tuán)隊歷經(jīng)二十余年潛心研究，出版著作《強(qiáng)地震動按破壞強(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)所在的場地分為四類，對不同結(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)的非線性水平對地震動破壞作用的影響，將數(shù)以萬計的實際測錄到的強(qiáng)地震動記錄按照它們對結(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)計地震動記錄，并進(jìn)行了工程實例的驗證和應(yīng)用。按這種方法給出的排序地震動將為設(shè)計人員提供一個合理的設(shè)計地震動數(shù)據(jù)庫，從而可以定量地控制所設(shè)計結(jié)構(gòu)可能面臨的未來地震風(fēng)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(yīng)特征對結(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(jìn)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(jī)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(jī)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(qiáng)弱，為基于破壞強(qiáng)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(yīng)值及其響應(yīng)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(yīng)都會有顯著影響，但是對結(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(qiáng)地震動記錄提出了基于超越概率表征的設(shè)計地震動的排序，從而能可靠地給出按此排序設(shè)計的抗震結(jié)構(gòu)未來可能面臨的地震破壞風(fēng)險。
