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刘恢先
发布日期:2017-11-15 来源:九三学社中央宣传部
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刘恢先(1912年10月18日—1992年6月24日),江西省莲花县人。地震工程学家和结构力学家。1981年当选为中国科学院学部委员(院士)。1952年加入九三学社。九三学社第五、六届中央委员会委员,第七、八届中央委员会常委。

刘恢先,江西省莲花县人,幼年时在家受父教,11岁入江西南昌第二中学,17岁中学毕业,考入唐山交通大学土木工程系。1933年大学毕业,留校任助教兼助理研究员。1934年留学美国,就读于康奈尔大学和伊利诺大学,1935年获硕士学位,1937年获博士学位。1938年回国,在湘桂、叙昆、黔桂、平汉等铁路任工程师,在浙江大学和西南联大任教授。1947年再次赴美,在阿曼—惠特尼公司任工程师,后在伦塞勒理工大学任教授。新中国成立后,他于1951年回国,任清华大学教授。1952年调到中国科学院,到哈尔滨创建工程力学研究所,任所长、研究员,1984年任名誉所长。

为创建和发展工程力学研究所,刘恢先花费了将近40年的精力和心血。这个所是新中国成立后建立的第一个土木建筑方面的研究机构。建所以后,陆续开展了建筑材料、地基土壤、工程结构、建筑设计、核反应堆结构力学、地震工程等方面的研究工作,适应了国家经济建设和国防建设的需要。

根据我国地震区域广阔、地震活动频繁的特点,早在1954年,刘恢先就提出开展抗震结构研究的任务,并于1955年初在工程力学研究所内开设抗震结构研究专题。1956年,他参加12年(1956—1967)全国科学规划工作,编写规划中的《地震对建筑物的影响及其有效抗震措施的研究》部分。随后他以科学规划为依据,在所内开展并长期坚持了工程地震学、建筑物原型和模型试验、地震荷载计算、建筑物抗震设计规范、仪器研制等方面的研究,同时,通过工作实践培养了一支专业齐全的研究队伍,使工程力学研究所关于地震工程学的研究在20世纪60年代初期就曾接近世界先进水平。现在,这个研究所已发展成为在国内外享有盛誉的我国第一个地震工程研究中心。

刘恢先早期曾从事结构力学的研究,在长方板、力矩分配和吊桥应力分析方面做出过有创造性的工作。1955年,他开始从事地震工程的研究。1958年,他发表了《论地震力》一文,这篇论文在我国地震工程研究中具有经典的意义,它在系统总结各国地震力研究成果的基础上,提出了我国应当积极开展的几项工作:①强地震记录的积累;②建筑材料和建筑物整体动力性能的研究;③地基土壤对结构抗震性能的影响;④竖向地震力和扭转地震力;⑤地震力与地震烈度的关系。直到现在,在工程力学研究所和其他研究地震工程的单位中,这几项工作仍然在进行着。

刘恢先对于地震宏观现象极为重视,他认为“地震对于建筑物是实际的考验,是不可多得的足尺试验”。从20世纪60年代邢台地震以来我国连续发生了多次破坏性地震,刘恢先多次率领工程力学研究所人员深入地震现场,进行广泛深入的震害调查,总结经验,为抗震设计提供依据。通过几个破坏性地震的灾害调查,他首先提出了“小震不坏,大震不倒”的建筑物抗震设计思想。他指出,由于地震危险性的估计不能很准确,在设计思想上应做两手准备:一是在预计的破坏性地震时保证建筑物不受损坏或只受轻微的损坏;二是在意外的大震时承受严重破坏而不致倒塌。一般的办法是第一种情形以强度控制,第二种情形以变形(延性)控制。刘恢先主编的《唐山大地震震害》一书集我国地震工程界人士在唐山地震现场观察所见,篇幅达2000多页(共4册),是关于唐山地震的历史性文献。世界地震工程学权威CW豪斯纳(Housner)教授在对这部书的评论中指出:“这一套书中所包含的信息对于其他地震活跃的共约35个国家将有巨大的价值。”从人道主义出发,他建议出版这部书的英译本。这部巨著曾获得国家地震局科技进步奖一等奖、第四届全国优秀科技图书奖一等奖和国家科技进步奖二等奖。

地震区建筑规范是建筑物抗震设计的依据,对防震抗震至关重要。在刘恢先的组织领导和直接参加下,1959年我国编成第一个抗震规范草案。这个规范草案引进了苏联的经验,应用了反应谱理论,这是我国第一次采用动力法进行抗震设计。刘恢先和他的合作者根据国内外新的研究成果,1964年又编成了我国第二个抗震规范草案,针对1959年规范草案中的一些关键性问题做了改进。例如,采用实测的地震加速度值作为设计的基础并引进了结构系数;区分地基失效和振动引起的破坏,采用不同的对策;针对不同的场地条件采用不同的反应谱,而不是简单地调整烈度。在相当一段时间内这个规范草案是国际上比较先进的抗震规范,它虽不是法规,但实际上已在全国范围内广泛应用并成为我国后来制定的法规性抗震规范的基础。

挡水坝为空间块体结构,对于它在地震作用下的反应,不易获得精确的解答。刘恢先在20世纪60年代初期提供了一个方法来确定挡水坝在地震作用下的反应:①用模型试验测定坝的自振特性,包括频率、振型、应力分布等;②用电场模拟寻找对应于各自振振型的动水压力或流速势函数;③通过拉格朗日方程确定在地震作用下的广义坐标;④根据振型组合原理计算地震荷载与应力。这个方法的优点是能够适应复杂的坝型与边界条件,同时在测定振型时只需确定各点位移(或应力)的相对比例,无需确定其绝对数值。这个方法曾应用于三峡重力坝、新丰江水库大坝和恒山拱坝等工程,都取得了满意的结果。

人们对地震烈度的理解并不是完全一致的。烈度有时被定义为地震的影响或者地震造成的后果的尺度,有时又被定义为地震破坏力或者地震作用力大小的尺度。刘恢先明确地指出,无论从地震学或地震工程学的观点出发,我们所需要的烈度都是反映地震破坏力大小的烈度,而不是反映地震造成的后果轻重的烈度,因为后者牵涉到被破坏对象(如建筑物)的抗震性能,已经不单纯是地震强弱的程度了。地震的破坏力来源于地震波能量在地面的释放,主要表现为地面的震动。地面震动,哪怕是在很小的范围内,都不是均匀的。烈度只能理解为地面上一定范围内的地震破坏力的平均水平,只能用这个范围内某种物理量的平均值来表达。为了使烈度概念非常明确,刘恢先提出了下列关于烈度的定义,他认为“地震烈度是地震时一定地点的地面震动强弱程度的尺度,是指该地点范围内的平均水平而言”。刘恢先认为,在现阶段,工程设计数据应当选取这个平均数加上一定的具有合理概率基础的偏差。他指出,宏观的和物理的烈度尺度都是需要的,但必须以物理的尺度为准,以宏观的尺度为物理的尺度的定性描述。他用多元统计识别和回归的方法来抽取衡量地震烈度的地面运动主要特征。通过对强震地面运动数据的分析,他认为地面运动的峰值,特别是地面运动水平速度的峰值乃是对建筑物的破坏起主要作用的因素。基于上述对地震烈度的理解,刘恢先及其助手们制定了一个新的烈度表——“中国地震烈度表(1980)”。这个烈度表吸取了我国当时一些年大地震的经验,应用震害指数作为宏观烈度的定量指标,同时补充了物理尺度,十分便于地震调查和工程抗震设计时应用。

在科学研究的领导工作中,刘恢先表现出远见卓识。1954年,地震工程学研究在中国还是一个空白。当时国内结构力学界研究的重点集中在杆件体系的静力分析方面。刘恢先作为一个结构力学专家,没有局限在刚构静力分析的圈子里,他高瞻远瞩,认识到抗震工作对于国家建设和人类安全的重要性,及时提出了研究抗震结构的任务。现在地震工程在国内成了一个热门,证明刘恢先当时的认识很有预见性。他在20世纪60年代就设立专门的课题组并兼任组长,研究地震波传播理论在地震工程中的应用。这个课题曾经遇到种种阻挠和非难,课题组在“文化大革命”期间被迫解散,但后来刘恢先仍然坚持开展研究。这方面的研究成果,例如波在离散模型中传播的透射边界法、处理波散射问题的复变函数方法等,受到了国际学术界的重视。目前国内很多单位都开展了这项研究工作。

刘恢先治学严谨,实事求是,一丝不苟。刘恢先培养了十几名博士研究生和硕士研究生。在他的培养教育下,有几百名科技工作者成长为高级科技人员,他的学生和助手很多都成为中国工程力学界、地震工程界的骨干力量。

刘恢先历任第二、三届全国政协委员,第四、五、六、七届全国人大代表,黑龙江省政协副主席,黑龙江省人大常委会副主任,九三学社中央委员会常务委员,九三学社黑龙江省委员会主任委员等职。他是中国灾害防御协会会长,中国地震工程联合会理事长,中国地震学会副理事长,中国地震学会地震工程专业委员会主任委员,中国建筑学会地震工程学术委员会副主任委员,中国土木工程学会、中国力学学会、中国地震学会名誉理事。刘恢先还担任《地震工程与工程振动》学报主编。

刘恢先平易近人,待人宽,律己严。他从不计较待遇,为工程力学研究所的科技人员树立了榜样。

主要论著

1刘恢先,连续长方板的分析,工程,1942,15(5):25~51。

2刘恢先,吊桥的理论与设计,清华大学工学院研究丛刊,1946,工102号,土木2号:1~37。

3Hui-Sien Liu,Discussion on “A Simplified Method of Analyzing Suspens ion Bridges”,Proceedings of American Society of Civil Engineers,1949,75(4): 489~494.

4刘恢先,关于力矩分配、剪力分配和桁架次应力,土木工程学报,1956,3(1): 69~93。

5刘恢先,论地震力,土木工程学报,1958,5(2):86~106。

6刘恢先,关于编制我国地震区建筑物设计规范的一些意见,土木工程,1958,3( 7):333~336。

7刘恢先,工业与民用建筑地震荷载的计算,建筑学报,1961(8): 20~26。

8刘恢先、王孝信,挡水坝地震荷载,地震工程研究报告集(第一集),科学 出版社,1962:140~153。

9刘恢先、胡聿贤,地震工程学的发展趋势,科学通报,1963(3): 36~49。

10刘恢先,关于设计规范中地震荷载计算方法的若干观点和建议,地震工程研究 报告集(第二集),科学出版社,1965。

11刘恢先,关于地震烈度及其工程应用问题,地球物理学报,1978,21(4): 340~351。

12刘恢先,海域地震震害(第一章概况),地震出版社,1979。

13Liu Huixian,On the Chinese Seismic Intensity Scale,Proceedings of t he 7th World Conference on Earthquake Engineering,Istanbul,Turkey,Vol2,198 0:569~567.

14Liu Huixian,Zhang Zaiyong,Lessons Learned From the 1976 Tangshan Ea rthquake,Proceedings of the 7th World Conference on Earthquake Engineering,Ist anbulTurkey,Vol9,1980:453~460.

15Liu Huixian,Yang Yucheng,Behaviour of Brick Masonry Buildings Durin g Destructive Earthquakes,Proceedings of the International Research Conference on Earthquake Engineering,Yugoslavia,1980:393~403.

16刘恢先、卢荣俭、陈达生等,修订我国地震烈度表的一个建议方案,地震工程 研究报告集(第四集),科学出版社,1981。

17Liu Huixian,Liu Diankui,Li YunlinPhysical Measure of Earthquake I ntensity Studied by Statistical DiscriminationProceedings of US-PRC Bilateral Workshop on Earthquake Engineering,Harbin,China,Vol2,1982:F-6-1-F-6-17.

18Huixian Liu,Several Aspects of Earthquake Engineering in China,Proc eedings of International Symposium on Earthquake Engineering to Mark th e Occasio n of Professor K,Kubos Retiremant,Tokyo,Japan,1983:558~566.

19Huixian Liu,Qihao Zhang,Groundmotion Features and Earthquake Destr uctivenessProceedings of the 8th World Conference on Earthquake Engineering,San Francisco,California,USAVol2,1984:881~888.

20刘恢先、张其浩,地面运动特征和地震的破坏性,中国地震,1985,1(1): 35~40。

21Liu Huixian,Some Thoughts on Earthquake Hazard Mitigation in China, Proceedings of PRC-US-Japan Trilateral Symposium/Workshop on Engineering for Mul tiple Natural Hazard Mitigation,Beijing,China,1985:E-3-1-E-3-19.

22刘恢先主编,唐山大地震震害(共四册),地震出版社,1985。

23刘恢先,地震工程学科在中国的发展——回顾与前瞻(在第二届全国地震工程学 术会议上的报告,1987,武汉),地震工程与工程振动,1988,8(2):1~7。

24Liu Huixian,The Sole Course of Mitigating Earthquake Risk (Keynote L ecture),Proceedings of 9th World Conference on Earthquake Engineering,Tokyo-Ky oto,Japan,VolⅡ,1988:Ⅱ-21—Ⅱ-28.

25刘恢先、杜瑞明等,一个基于专家知识的场地地震危险度评估系统,计算结构 力学及其应用,1989,6(1):11~16。

26刘恢先,在第三届全国地震工程会议开幕式上的书面发言,世界地震工程,199 1(1):1~3。