劉恢先：中國科學(xué)院學(xué)部委員(院士)、地震工程學(xué)家、結(jié)構(gòu)力學(xué)家
來源：????時間：2010-08-26
劉恢先(1912年10月18日—1992年6月24日)，江西省蓮花縣人。地震工程學(xué)家和結(jié)構(gòu)力學(xué)家。1981年當選為中國科學(xué)院學(xué)部委員(院士)。1952年加入九三學(xué)社。九三學(xué)社第五、六屆中央委員會委員，第七、八屆中央委員會常委。
劉恢先，江西省蓮花縣人，幼年時在家受父教，11歲入江西南昌第二中學(xué)，17歲中學(xué)畢業(yè)，考入唐山交通大學(xué)土木工程系。1933年大學(xué)畢業(yè)，留校任助教兼助理研究員。1934年留學(xué)美國，就讀于康奈爾大學(xué)和伊利諾大學(xué)，1935年獲碩士學(xué)位，1937年獲博士學(xué)位。1938年回國，在湘桂、敘昆、黔桂、平漢等鐵路任工程師，在浙江大學(xué)和西南聯(lián)大任教授。1947年再次赴美，在阿曼—惠特尼公司任工程師，后在倫塞勒理工大學(xué)任教授。新中國成立后，他于1951年回國，任清華大學(xué)教授。1952年調(diào)到中國科學(xué)院，到哈爾濱創(chuàng)建工程力學(xué)研究所，任所長、研究員，1984年任名譽所長。
為創(chuàng)建和發(fā)展工程力學(xué)研究所，劉恢先花費了將近40年的精力和心血。這個所是中華人民共和國成立后建立的第一個土木建筑方面的研究機構(gòu)。建所以后，陸續(xù)開展了建筑材料、地基土壤、工程結(jié)構(gòu)、建筑設(shè)計、核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)力學(xué)、地震工程等方面的研究工作，適應(yīng)了國家經(jīng)濟建設(shè)和國防建設(shè)的需要。
根據(jù)我國地震區(qū)域廣闊、地震活動頻繁的特點，早在1954年，劉恢先就提出開展抗震結(jié)構(gòu)研究的任務(wù)，并于1955年初在工程力學(xué)研究所內(nèi)開設(shè)抗震結(jié)構(gòu)研究專題。1956年，他參加12年(1956—1967)全國科學(xué)規(guī)劃工作，編寫規(guī)劃中的“地震對建筑物的影響及其有效抗震措施的研究”部分。隨后他以科學(xué)規(guī)劃為依據(jù)，在所內(nèi)開展并長期堅持了工程地震學(xué)、建筑物原型和模型試驗、地震荷載計算、建筑物抗震設(shè)計規(guī)范、儀器研制等方面的研究，同時，通過工作實踐培養(yǎng)了一個專業(yè)齊全的研究隊伍，使工程力學(xué)研究所關(guān)于地震工程學(xué)的研究在20世紀60年代初期就曾接近世界先進水平?，F(xiàn)在，這個研究所已發(fā)展成為在國內(nèi)外享有盛譽的我國第一個地震工程研究中心。
劉恢先早期曾從事結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究，在長方板、力矩分配和吊橋應(yīng)力分析方面做出過有創(chuàng)造性的工作。1955年，他開始從事地震工程的研究。1958年，他發(fā)表了“論地震力”一文，這篇論文在我國地震工程研究中具有經(jīng)典的意義，它在系統(tǒng)總結(jié)各國地震力研究成果的基礎(chǔ)上，提出了我國應(yīng)當積極開展的幾項工作：①強地震記錄的積累；②建筑材料和建筑物整體動力性能的研究；③地基土壤對結(jié)構(gòu)抗震性能的影響；④豎向地震力和扭轉(zhuǎn)地震力；⑤地震力與地震烈度的關(guān)系。直到現(xiàn)在，在工程力學(xué)研究所和其他研究地震工程的單位中，這幾項工作仍然在進行著。
劉恢先對于地震宏觀現(xiàn)象極為重視，他認為“地震對于建筑物是實際的考驗，是不可多得的足尺試驗”。從20世紀60年代邢臺地震以來我國連續(xù)發(fā)生了多次破壞性地震，劉恢先多次率領(lǐng)工程力學(xué)研究所人員深入地震現(xiàn)場，進行廣泛深入的震害調(diào)查，總結(jié)經(jīng)驗，為抗震設(shè)計提供依據(jù)。通過幾個破壞性地震的災(zāi)害調(diào)查，他首先提出了“小震不壞，大震不倒”的建筑物抗震設(shè)計思想。他指出，由于地震危險性的估計不能很準確，在設(shè)計思想上應(yīng)作兩手準備：一是在預(yù)計的破壞性地震時保證建筑物不受損壞或只受輕微的損壞；二是在意外的大震時承受嚴重破壞而不致倒塌。一般的辦法是第一種情形以強度控制，第二種情形以變形(延性)控制。劉恢先主編的《唐山大地震震害》一書集我國地震工程界人士在唐山地震現(xiàn)場觀察所見，篇幅達2 000多頁(共4冊)，是關(guān)于唐山地震的歷史性文獻。世界地震工程學(xué)權(quán)威CW豪斯納(Housner)教授在對這部書的評論中指出：“這一套書中所包含的信息對于其他地震活躍的共約35個國家將有巨大的價值。”從人道主義出發(fā)，他建議出版這部書的英譯本。這部巨著曾獲得國家地震局科技進步一等獎、第四屆全國優(yōu)秀科技圖書一等獎和國家科技進步二等獎。
地震區(qū)建筑規(guī)范是建筑物抗震設(shè)計的依據(jù)，對防震抗震至關(guān)重要。在劉恢先的組織領(lǐng)導(dǎo)和直接參加下，1959年我國編成第一個抗震規(guī)范草案。這個規(guī)范草案引進了蘇聯(lián)的經(jīng)驗，應(yīng)用了反應(yīng)譜理論，這是我國第一次采用動力法進行抗震設(shè)計。劉恢先和他的合作者根據(jù)國內(nèi)外新的研究成果，1964年又編成了我國第二個抗震規(guī)范草案，針對1959年規(guī)范草案中的一些關(guān)鍵性問題作了改進。例如，采用實測的地震加速度值作為設(shè)計的基礎(chǔ)并引進了結(jié)構(gòu)系數(shù)；區(qū)分地基失效和振動引起的破壞，采用不同的對策；針對不同的場地條件采用不同的反應(yīng)譜，而不是簡單地調(diào)整烈度。在相當一段時間內(nèi)這個規(guī)范草案是國際上比較先進的抗震規(guī)范，它雖不是法規(guī)，但實際上已在全國范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用并成為我國后來制定的法規(guī)性抗震規(guī)范的基礎(chǔ)。
擋水壩為空間塊體結(jié)構(gòu)，對于它在地震作用下的反應(yīng)，不易獲得精確的解答。劉恢先在20世紀60年代初期提供了一個方法來確定擋水壩在地震作用下的反應(yīng)：①用模型試驗測定壩的自振特性，包括頻率、振型、應(yīng)力分布等；②用電場模擬尋找對應(yīng)于各自振振型的動水壓力或流速勢函數(shù)；③通過拉格朗日方程確定在地震作用下的廣義坐標；④根據(jù)振型組合原理計算地震荷載與應(yīng)力。這個方法的優(yōu)點是能夠適應(yīng)復(fù)雜的壩型與邊界條件，同時在測定振型時只需確定各點位移(或應(yīng)力)的相對比例，無需確定其絕對數(shù)值。這個方法曾應(yīng)用于三峽重力壩、新豐江水庫大壩和恒山拱壩等工程，都取得了滿意的結(jié)果。
人們對地震烈度的理解并不是完全一致的。烈度有時被定義為地震的影響或者地震造成的后果的尺度，有時又被定義為地震破壞力或者地震作用力大小的尺度。劉恢先明確地指出，無論從地震學(xué)或地震工程學(xué)的觀點出發(fā)，我們所需要的烈度都是反映地震破壞力大小的烈度，而不是反映地震造成的后果輕重的烈度，因為后者牽涉到被破壞對象(如建筑物)的抗震性能，已經(jīng)不單純是地震強弱的程度了。地震的破壞力來源于地震波能量在地面的釋放，主要表現(xiàn)為地面的震動。地面震動，哪怕是在很小的范圍內(nèi)，都不是均勻的。烈度只能理解為地面上一定范圍內(nèi)的地震破壞力的平均水平，只能用這個范圍內(nèi)某種物理量的平均值來表達。為了使烈度概念非常明確，劉恢先提出了下列關(guān)于烈度的定義，他認為“地震烈度是地震時一定地點的地面震動強弱程度的尺度，是指該地點范圍內(nèi)的平均水平而言”。劉恢先認為，在現(xiàn)階段，工程設(shè)計數(shù)據(jù)應(yīng)當選取這個平均數(shù)加上一定的具有合理概率基礎(chǔ)的偏差。他指出，宏觀的和物理的烈度尺度都是需要的，但必須以物理的尺度為準，以宏觀的尺度為物理的尺度的定性描述。他用多元統(tǒng)計識別和回歸的方法來抽取衡量地震烈度的地面運動主要特征。通過對強震地面運動數(shù)據(jù)的分析，他認為地面運動的峰值，特別是地面運動水平速度的峰值乃是對建筑物的破壞起主要作用的因素?；谏鲜鰧Φ卣鹆叶鹊睦斫猓瑒⒒窒燃捌渲謧冎贫艘粋€新的烈度表——“中國地震烈度表(1980)”。這個烈度表吸取了我國當時一些年大地震的經(jīng)驗，應(yīng)用震害指數(shù)作為宏觀烈度的定量指標，同時補充了物理尺度，十分便于地震調(diào)查和工程抗震設(shè)計時應(yīng)用。
在科學(xué)研究的領(lǐng)導(dǎo)工作中，劉恢先表現(xiàn)出遠見卓識。1954年，地震工程學(xué)研究在中國還是一個空白。當時國內(nèi)結(jié)構(gòu)力學(xué)界研究的重點集中在桿件體系的靜力分析方面。劉恢先作為一個結(jié)構(gòu)力學(xué)專家，沒有局限在剛構(gòu)靜力分析的圈子里，他高瞻遠矚，認識到抗震工作對于國家建設(shè)和人類安全的重要性，及時提出了研究抗震結(jié)構(gòu)的任務(wù)。現(xiàn)在地震工程在國內(nèi)成了一個熱門，證明劉恢先當時的認識很有預(yù)見性。他在20世紀60年代就設(shè)立專門的課題組并兼任組長，研究地震波傳播理論在地震工程中的應(yīng)用。這個課題曾經(jīng)遇到種種阻撓和非難，課題組在“文化大革命”期間被迫解散，但后來劉恢先仍然堅持開展研究。這方面的研究成果，例如波在離散模型中傳播的透射邊界法、處理波散射問題的復(fù)變函數(shù)方法等，受到了國際學(xué)術(shù)界的重視。目前國內(nèi)很多單位都開展了這項研究工作。
劉恢先治學(xué)嚴謹，實事求是，一絲不茍。劉恢先培養(yǎng)了十幾名博士研究生和碩士研究生。在他的培養(yǎng)教育下，有幾百名科技工作者成長為高級科技人員，他的學(xué)生和助手很多都成為中國工程力學(xué)界、地震工程界的骨干力量。
劉恢先歷任第二、三屆全國政協(xié)委員，第四、五、六、七屆全國人大代表，黑龍江省政協(xié)副主席，黑龍江省人大常委會副主任，九三學(xué)社中央常務(wù)委員，九三學(xué)社黑龍江省委員會主任委員等職。他是中國災(zāi)害防御協(xié)會會長，中國地震工程聯(lián)合會理事長，中國地震學(xué)會副理事長，中國地震學(xué)會地震工程專業(yè)委員會主任委員，中國建筑學(xué)會地震工程學(xué)術(shù)委員會副主任委員，中國土木工程學(xué)會、中國力學(xué)學(xué)會、中國地震學(xué)會名譽理事。劉恢先還擔任《地震工程與工程振動》學(xué)報主編。
劉恢先平易近人，待人寬，律己嚴。他從不計較待遇，為工程力學(xué)研究所的科技人員樹立了榜樣。
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