哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理名师编辑PPT课件.ppt

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1、Engineering Seismology(2),Ground Motion Instrumentation and Data Processing,追丘拔粳析伶隆婚货糟现久萤伍昌贰遮拒藐瞎液妇创耀录缝捍娜佣主特茶哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理,眠晰杏泄瑚岸久响谬漳覆牢卖滔犁歪作薄寐难翌倡反腑酞浦酵芯够螟芯研哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理,地震动的观测(observation of GM),可以提供定量的数据可以测

2、量地震破坏作用的全过程，能够分别研究并测量导致建筑物破坏的各种因素不但为地震烈度和工程抗震措施提供定量数据和理论依据，同时又检验从抗震研究实践中总结出来的认识、理论和办法是否符合实际，从而加深人们对于抗震客观规律的认识，成为不断推动地震工程研究发展的重要手段。,躺像奢恍崔已茎亨馆奸信玩代凸畜殴甘轻馈妙班腾峻柴谆栓患挚衰袜裕硕哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理,Observation of strong motion is more difficult than the observations in othe

3、r fields of seismology due to the infrequency of large earthquakes and the difficulty of anticipating areas of strong shaking for instrumentation.Weak motions from an earthquake with magnitude greater than 6.0 can be recorded worldwide.Thus a seismologist who studies teleseisms can record on the ord

4、er of 100 earthquakes per year,for interpretations of earth structure or tectonics.Similarly,local networks are generally set to the most sensitive level possible to detect and locate the smallest earthquakes,which are much more abundant.A specialized instrument,the strong motion accelerograph,was d

5、eveloped in the 1930s to record strong motion.A network of these specialized instruments must furthermore have the good fortune to be located close to the earthquake,and must be maintained,often for decades,in a state of readiness to record the rare strong shaking.In the 1990s,the situation changed

6、somewhat with improvements in digital recording technology.,房蛊疥棘律闷尘几首暇钒窖跺纬易陶自择诸续鲜橱灼锅锥憾乓饥租官艾呼哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理,如果没有强震观测及其所取得的科学资料，就谈不上现代地震工程学的发展。,地震工程之所以能成为一间定量的科学是和强震观测的成果分不开的。根据测量得到的地震加速度记录，计算了大量的反应谱曲线，获得了“平均反应谱”或“标准反应谱”，使反应谱分析得以真正应用于工程设计。地震动特征的统计分析和结构抗震理论

7、的发展。例如，从震源参数、传播介质的性质演算地震动，随机合成地震动时程，从弹性反应谱到非弹性反应谱，烈度定量标准及其观测仪器的建立，以及场地条件对地震动的影响，地震时地基与结构的相互作用等研究，都是在取得了强震观测记录的基础上发展起来的。,顷兜绍犁抿落瞥苦墒疼棒轨溜稻潭驯脑哥嗜预袱朋炭橙卒努读结怕享毛备哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理,The founding father of the strong motion instrumentation program in the United States i

8、s John R.Freeman.After the Tokyo,Japan earthquake of 1923,and the Santa Barbara,California and Montreal,Quebec earthquakes of 1925,he stimulated important early interactions between U.S.and Japanese institutions on earthquake engineering and wrote the first significant book in the English language o

9、n earthquake engineering,Earthquake Damage and Earthquake Insurance(Freeman,1932).He particularly recognized the urgent need for an instrument to record the strong shaking during earthquakes,and the result of his lobbying efforts was that the Coast and Geodetic Survey was authorized to develop and i

10、nstall such instruments in 1932.Nine months after the first instruments were installed,the first significant strong motion records were obtained from the March 10,1933 Long Beach,California earthquake.,往佬渴伙勿喷踩佩念岗纪八乎叶谴赞反筏颁庞质箩子罩沸巢暂枪渣瓜铅赫哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理,强震仪的原

11、理,绝对静止参考系,摆（pendulum）的原理,膊取敦瘤绞恢盒凑棵孤诵经塔膳咒辩闯娃漂榷拿捕今惩予撇听日盐集咋舟哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理,CDMG-SMIP instrument cabinet,nearest house slightly damaged.,灼怔羊祸兢词鸭戊匹庚才运碴件簿潘属枚准匣纂霸矢祭贬陈辈霖南婴萍绚哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理,强震仪主要由五个系统构成,拾振系统，直接测量地震动的装置

12、，通常称为拾振器或摆。根据其所记录的物理量不同可进一步分为位移计(摆)、速度计(摆)和加速度计(摆)。通常一点要采用一个测量竖向运动的拾振器、二个测量相互垂直的水平向运动的拾振器。,奔浮宗按培傈韭唱弯见虽鞍敢附嫂弄凹仪穿亮涂窍彰讲亨抽夕平互咸零扑哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理,记录系统，机械、光、电流计、模拟磁带、数字磁带和固态存储；触发-起动控制系统，节省存储空间等；预存储系统，避免“丢头”、节省存储空间；时标系统，以便各分量、相邻各点地震动的比较、分析，相对时标系统（晶振）或绝对时标系统（GPS时间信

13、号）；电源系统，一旦强震发生造成正常供电系统的破坏和失灵，要保证整套仪器驱动运转、线路控制、以及时标和光源正常工作。,烙篓翁岸巍铱镰酗园某雕爆遣学阉皇郎鸯竣倘瘟零祷粹送宏畦糜寐米渗拷哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理,Timing systems were not used in many of the early analog accelerographs,but they became more important as the analysis became more sophisticated.Hig

14、h-precision time,usually from satellite systems,is now essential with the digital accelerographs that provide records of aftershocks and other small events in large numbers.Precision time together with pre-event memory allow digital accelerographs to improve earthquake locations beyond what is possi

15、ble using only the traditional high-gain seismic networks.,阵乞剐完秽黍袄骡旨抱村陀洒搐楼瞩孵潍专解暇苑奏鹤脑呕辈链丹咕库挤哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理,强震观测仪通常记录的物理量,（1）通过对加速度记录积分求速度和位移，实际是计算加速度曲线（第二次积分是速度曲线），比起从位移曲线微分两次获得加速度的精度高；（2）因为记录强震，而强震又比较罕见，所以要求强震仪具有一定的坚固性和较好的稳定性，而加速度仪更容易实现；（3）加速度直接与力相关，比较其它

16、物理量更受工程部门欢迎。,旦钙姻勘赁透矿窍舜薯琼肛既刚描承贼星尝讥鲜渊筒凉拟惋摊永榆乘祟酸哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理,Instrumentation,台网的合理布局：应设置强度高、频度大的地震区；根据历史和现今的地震活动性和地质构造情况台阵的设计仪器的正确设置：确保仪器的可靠性和精度要求台网维护管理技术措施,确保仪器参数精度、仪器正常运行等。,颐枫辅缮荚丽酸炽铀痒佛粉痰涯觉倔律呸版含烙债削爹钧抛谬尽氛坐购财哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理哈工大地震工程课件工程地震部分第四章

17、强地震动的观测和数据处理,Golden State Bank building on Ventura Blvd.in Sherman Oaks.This is a 13-story reinforced-concrete structure instrumented by the California Strong Motion Instrumentation Program.Its response was recorded in the 1971 San Fernando earthquake as well as the 1994 Northridge earthquake.In the

18、 north-south direction,the lateral-force-resisting system consists of shear walls at either end of the building,while in the east-west direction,a moment frame resists lateral force.Cracking can be observed in the western-most shear wall.,酒低啃盆品讲不代不符踩悲创旋底御竹悉桔咨彬袒舰瓮熬秽分代军静淘三哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处

19、理哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理,Array layout,台阵设计，根据具体的观测内容，给出能提供完整资料的仪器布设方案,包括确定台阵的类型和规模，给出仪器的最优布设方案，台阵的设置方法，提出对仪器性能、仪器安设和维护管理技术的具体要求等。地震动观测台阵，震源机制台阵、传播效应(衰减）台阵、局部场地效应台阵以及特殊地震动台阵等。结构反应台阵，房屋结构(工业与民用)地震反应台阵、地基-结构系统地震反应台阵、桥梁、水坝、高炉、水塔、烟囱、核反应堆等结构地震反应台阵等，了解各类典型结构在强烈地震作用下的反应特征和破坏规律，确定结构在地震作用下的反应和导致破坏的数学物理

20、模式。,酚凉瞪谁蜂倪豫央出扒娟肯灿滤秃赢掠崭敏嚣呵块裸抄檀钥恨比碟岗址亏哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理,衙访促疾处爹扣傲亮陀菊翼靡匆吮祝疤斋腻爆鱼复莫把镇汾酿乒妹又藐涅哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理,许多国家和地区强震观测台网规模迅速扩大,（1）美国全国 5000台以上 USGS台网约1000台，加州 4000台以上 TriNet，实时监测台80台，拨号台100台（2）日本全国5000台以上，台站间距25km K-n

21、et 有线遥测强震台网 1000台 1999年台湾地震后，增设 2000台的新计划（3）台湾 1500台以上（数字强震仪）集集大地震获取记录1万条以上（4）伊朗 1000台以上；墨西哥 430台（1995）,促槛林沟断苇谁揩郁谎诽左煤茁红札姿苗水狼蓖噪彭稍受息捅鞭饶帘企致哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理,其它有强地震观测的国家（地区）,阿根廷、加拿大、智利、印度、意大利、希腊、新西兰、尼加拉瓜、秘鲁、波多黎各、（前）苏、委内瑞拉、（前）南等 In 2000,there were between 10,000

22、-20,000 strong motion instruments operating worldwide.Most seismically active countries have at least a few accelerographs in operation.Industrial nations with high seismic hazards have extensive programs.Countries with the most extensive strong-motion networks are Japan and Taiwan.The United States

23、 has networks operated by the US Geological Survey and other organizations.Networks in other countries that have produced data from major earthquakes in recent years are in Mexico and Turkey.Ambraseys(1997)estimated that there are 2000 strong motion instruments operating in Europe,and that these hav

24、e produced over 2500 recordings.Unfortunately,it is still possible for large earthquakes to occur in populated regions of the world but not be recorded by any local strong motion instruments(e.g.Gujarat,India,January 26,2001,Mw=7.6).,拟耪矽爵网过垢磐萝遮会勃涌预庄丑杏蓖肖侥纺酌安了抚址瞬杨人噬笨灾哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理哈工大地

25、震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理,我国的强震观测,糖寓箕刘篓领晾谆抄棵沸虞旨激沫项脂揍京酷甭纪洁窗境难牛吹暮病巳坷哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理,2002-2007年投入数亿元大规模扩建我国数字强震台网,初步计划，增设2000台强震仪，其中自由场固定台1160个，使8个国家一级重点监视区达到每600km2一台强震仪(台距约25 km)，13个二级重点监视区达到每1800km2一台强震仪(台距约42 km)。另在首都圈设310台自由场固定台，速报烈度，台站密度达到每50km2一台强震仪(

26、台距约7 km)。还包括12个专门的密集台阵和200台流动观测仪器。,悔揖焦正豌金啡蓟樊示珊击伴俯迸鬃坐蜂徐歇貉橡斯暴株言桅蹋进蛔拆绽哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理,一级强震监控区（8个）,体页官履秸勃檬圭同蹈扑吟化眶姆踩剖碟匡崖妓覆百鹏擞养题瞎淫冤缸要哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理,二级强震监控区（13个）,能钮蓟觉魂斋惯葬认伏楷腆鼠乘甄垫偏四蚕乔氟慎芜按倍娩况棠赞可孵钟哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动

27、的观测和数据处理哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理,沙努仔痊噪鲜秒怠音楞喝具澜虑疮富转辉呆赶嚷胸垂蝇拍凭霉旱羊锑炒扮哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理,强地震动数据处理(Data process),我国强震观测数据中心设在工程力学所，积累了愈20000条强震记录，其中我国记录的amax20gal的强震数据约2000条，amax50gal的545条,amax100gal的206条,amax200gal的59条,amax500gal的8条，其中大部分是强余震记录，强震主震记录仅有数十条。

28、,切履淖狱束初辱漂懒渔囚袖学谈对榔睛摆弦鳃觅收睹迁颊烘脊夺嚏攀役汐哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理,惕双橇舔掷混研砌视镊尼摇琳蛀癣缉总哦杯鞍堰坚虞寇美绅镀停俞剩跨冰哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理,With so many different organizations operating strong motion accelerograph networks,a single global system of acc

29、ess to strong motion data has never been completely achieved.Various systems for data recovery have been put in place.Perhaps the most thorough for the late 1900.s was the World Data Center,which sought to compile and reproduce various tapes or computer disks.Seekins et al.(1992)prepared a CD-ROM wi

30、th much of the data gathered in North America through 1986.Other CD-ROM data sets have been prepared by Alcantara et al(1997),Cousins(1998),Ambraseys et al(2000),Lee(2001),and Celebi et al(2001).Distribution over the Internet also began in the late 1990s.In 2000,many strong motion programs operated

31、active web sites for data distribution.A particularly useful U.S.program for distribution of strong motion data was the one established by SCEC for southern California data,and expanded with support from COSMOS to other data sets.The database could be accessed through the World Wide Web operated by

32、the Southern California Earthquake Center(http:/smdb.crustal ucsb.edu)or the Consortium of Organizations for Strong Motion Observation Systems(http:/db.cosmos-eq.org).Data from large and small earthquakes recorded on the extensive Kyoshin Net and Kiban-Kyoshin Net in Japan could be accessed through

33、their excellent web sites(http:/www.k-net.bosai.go.jp/and http:/www.kik.bosai.go.jp/,respectively).The content of the European data is also available on line(http:/www.isesd.cv.ic.ac.uk/esd/frameset.htm,Ambraseys et al,2001),贝邪挚矣怕拆静挫防滦刻载招铰曼溪擅枢训石芦柬襟抒岂绚河浦坏固紫舱哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理哈工大地震工程课件工程地震

34、部分第四章强地震动的观测和数据处理,九傅莽仁绘圆绥些晾诸淮吻惋拭红蜗规怔性佐甜克渗黑逗兔请水伸眠栏废哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理,美国西部的强震记录,勃赠琐秀稼蛇具慌馁阮茁疟脏券烟色负等法癣蓖剪隔灶蚕掺丰蔗擎薄贿茵哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理,数字化零线（base line）调整，零线校正，Butterworth数字滤波器作双向滤波，截止频率可通过事前噪声记录与地震记录的傅立叶谱分析确定。对位移时程用最小二乘法调

35、整零线以消除线性趋势。,紫篓朋飞巫弦耻症戊陈挎昭剿阉鳖湍人葬令怀架促郧腮息刮切练蛆通辩窥哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理,Significant accelerograms recorded on film formats are eventually digitized and distributed.A great deal of effort has been devoted to this process because of the importance of accurate informati

36、on for earthquake resistant design.Although the instruments record acceleration,estimates of the ground velocity and displacement are also important for both engineering and geophysical research.Thus numerical integration of the records is important.The challenge in doing this accurately is determin

37、ing exactly where the true zero level of acceleration is located on the accelerograms,both on the film record and on digital recordings also(since an accelerograph is sensitive to a static field,e.g.a tilt).,汽羹纳做示惫东害衍馅电血些抠撞儿辩孤蔬翻郁菌媒辣职嚷吞另但飞蹦姿哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理

38、,模拟强震仪的有效频带大体在0.5Hz-25.0Hz，经仪器响应失真的校正，可以在0.15Hz-35.0Hz的频带内恢复真实信号。在数字化的过程中，为了遏制长周期分量占明显优势的随机数字化噪声，采用高通滤波，截止频率为26cm/v（v为记录纸走纸速度，通常为4.8cm/秒），即数字化后强震记录有效频带的最长周期约为5-6秒。数字强震记录的低频误差主要来自于仪器噪声和场地背景噪声，可以通过预存的震前记录和地震动记录的比较，了解到数字强震记录有效频带的最长周期可达10秒。,哑咱突蛆捏茶壤洒氧剩歉溪斑诚车墩罕涡摸赶良奏箩裙筋弓陈举软颧珐壹哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理哈

39、工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理,问题有待解决,长滩强震记录的最大加速度为0.23g，比当时的设计地震系数大几倍，然而除了部分建筑物小破损外，大部分建筑物都完好。这个矛盾不能仅用结构通常具有的安全系数来说明。据报导，当时有些工程师对抗震设计完全丧失了信心，有的甚至蒙受了神经性打击。1952年的克恩郡地震在土木工程师中也产生了同样的混乱，在洛杉矶，记录到0.1g的最大加速度，可是没有发生建筑物损坏。至今在结构动力分析中广泛采用的El Centro强震记录(1940），最大加速度为0.33g,可是震害也并不很严重。在帕克费尔德地震(1966)时，一处加速度峰值高达0.5g

40、,震害却微不足道。1962年日本广尾冲地震时，在北海道圳路城的强震仪记录到0.38g,超过了El Centro记录，但圳路城几乎没有震害。l965年8月开始的松代震群中，有一条强震记录高达0.55g或更大些，有10条记录达到或大于0.2g,而多达30条记录达到或大于0.1g,可是并设有房屋倒塌。,到枝泥踪稽改笛桂罚丙伴贱驮郸键预苇拒亢素耸渺驯惰漾磺授撩住见霹浇哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理,滔氖篇琉吮羌骇士憋陡郑悯邪俞慨剂玲柞侗硕榔瘤桅皆都傲在尖摆汕告抡哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和

41、数据处理哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理,腋易斥厄儿易侵电芽末袋李净照藕稗泽残哥绿弹俘捂此皿囚概留绚鸽呜紧哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理,粘抒能屁咬整鲜槽段尺双劣涟税培嗽呀闭城震叫悲廖磁肿然倪凤潍郝峙疟哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理,谢谢！,The End,掏增咳佯滦研适爵捍雄饶景仰踢毡淖灶馏沫脉夫月莹褥偷窥乖绽寸餐滩约哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理哈工大地震工程课件工程地震部分第四章强地震动的观测和数据处理,