工程安全与结构健康监测

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1、Click to edit Master title style,,Click to edit Master text styles,,Second level,,Third level,,Fourth level,,Fifth level,,*,,*,,,,,,,,单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,,*,,,,,,,,单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,,*,工程安全与结构健康监测,,路新瀛,清华大学深圳研究生院,土建工程安全研究中心,2005-7-24,提纲,引言,

2、土建工程安全现状和问题,结构健康监测,沿海地区建筑健康监测,结语,引言,天灾（自然力量）,台风、海啸、地震、洪水,……,损失巨大,可预报，无法避免,2005-7-21,海棠台风,(5#),损失,80.93,亿元,,,浙江已有,3,人死亡,,,民航、交通、供电中断，城区进水、房屋倒塌、农田受淹、养殖场冲毁,海棠,_,福建,福建,26.33,亿,,,受灾,213.41,万人,,,紧急转移,86.3,万人,,,受伤,21,人,,水利设施,2.97,亿,,,房屋倒塌,0.63,万间,,,损坏,1.77,万间,,,公路中断,50,条次,,,毁坏路基,187.02,公里,;,损坏堤防,305,处、,44.

3、85,公里,,,堤防决口,19,处、,1.4,公里,;,损坏护岸、灌溉设施,1348,处,;,损坏水闸、水文测站、机电泵站、水电站,238,座,,,冲毁塘坝,110,座,......,海棠,_,浙江,浙江达,54.6,亿元,,,水利设施,5.82,亿，交通电力通讯设施,18.1,亿,,,受灾,609.2,万人,,房屋倒塌,5710,间,, 447,条公路中断,,,损坏路基,598.2,公里,,,堤防,1112,处、,203.0,公里,,,决口,653,处、,46.6,公里,,,小水电站,60,座,2004-8-16,云娜台风,(14#),我国,1956,年来最强的台风,,,遇难人数达到,164

4、,人,,,因房屋倒塌的,109,人，因山洪暴发、泥石流的,28,人，被风刮倒的,9,人，遭洪水的,12,人，因电杆吹倒或触电的,5,人，其它原因,1,人。本地居民,144,人，外来务工,20,人。,浙江,75,个县（市、区）、,765,个乡（镇）受灾，受灾人数超过,859,万人,有,4.24,万间房屋倒塌，,8.8,万间房屋损坏,502,条公路中断，毁坏路基,505,公里,2004-12-26,印度洋海啸,遇难总人数约,30,万人,印度尼西亚：,238,945,斯里兰卡：,30,957,印度：,16,389,泰国：,5,393,马尔代夫：,82,马来西亚：,68,缅甸：,61,孟加拉：,2,索

5、马里：,298,坦桑尼亚,: 10,肯尼亚：,1,印度洋海啸,1976-7-28,唐山大地震,唐山大地震，是迄今为止四百多年世界地震史上最悲惨的一页,:,,死亡：,24,万,2,千,7,百,69,人 重伤：,16,万,4,千,8,百,51,人,唐山大地震,2004-5-27,湖北清江大龙潭卷走,18,人，,14,人下落不明,2004-5-31,重庆,1,天,1,亿,2004-6-15,四川渠县教室伤,28,,人祸（人为因素）,无意、蓄意,渎职、,“,图财害命,”,可以避免或加以控制,2003-11-3,衡阳大火,1996,四川綦江彩虹桥 死,40,2004-5-23,法国戴高乐机场,200

6、3-6-17,落成,6,死多伤,2,国人,2004-6-19,内江,9,年房屋成危房,2003-5-12,延安宝塔区水坝,3,年,2002-6-9,西安灞河大桥,150m,2002-8-27,台湾高屏断桥,22,人死亡，,16,部车，,22,年，采砂,,深圳地区,2004-6-15,龙岗坑坪年丰大桥,两根桥柱齐根断裂,全面体检,全市,478,座桥，,41,座有安全隐患,公路桥梁,“,透支生命,”,,2003-9-16,龙岗脚手架,1,死,17,伤,问题,有什么解决办法？,天灾：气象、海洋、地质灾害预报,……,有何技术途径？,人祸：法规、规划、设计、监测,……,土建工程安全现状和问题,现状,,不

7、容乐观,,存在问题,,非技术问题,,技术问题,安全现状,工民建,,设计,50,年，通常,25~30,年需大修，或更短,,市政桥梁,,设计,50,年，,10~15,年就出现严重破坏,,海工,,设计,30~50,年，,5,～,15,年就出现严重破坏,,斜拉桥,,设计,50~100,年，,10,年以上的桥就很危险,存在问题,非技术因素,,市场、腐败、管理、做假,,技术因素,,标准设置水平低,,无耐久性标准,,无详细监测制度,办公楼楼层设计活荷载标准值,kgf/m,2,,2003,年起我国新设计的办公楼楼层活荷载已改为,200kgf/m,2,中国,,美国,,英国,,法德俄,,加拿大,,日本,,澳大利亚

8、,,意大利,,150,,240,,250,,200,,240,,290,,300,,340,,,不同建筑物楼层活荷载标准值,kgf/m,2,2003,年起我国新设计的住宅、办公楼楼层活荷载已改为,200kgf/m,2,,,,体育馆,,,办公楼,,,办公楼 门厅,,,公寓住宅房间,,,公寓住宅走廊,,,学校,教室,,,学校,走廊,,,剧院,门厅,,,餐厅,,,,防火,通道,,,中国,,350,,,150,,,200,,,150,,,150,,,200,,,250,,,300,,,250,,,同走廊,,,美国,,,480,,,240,,,480,,,200,,,480,,,200,,,390,

9、,,480,,,480,,,480,,,,安全保证率,活荷载分项系数：我国,1.4,，英国,1.6,，美国,1.7,恒载分项系数： 我国,1.2,，美、英,1.4,,砼强度分项系数：我国,1.35,，英,1.5,钢材强度分项系数： 我国,1.08,，英、美,1.15,设计的办公室楼面活荷载,,我国是英国的,52.5%,，美国的,51.5%,,材料强度安全系数,,我国比英美的低约,10~15%,,按美英规范设计比按我国规范设计,,承受活荷载能力的大一倍以上,,承受恒载能力高出约,15%,设计结果差别,公路桥梁,以常用车辆作用于,30,米跨度简支梁桥为例,规范计算的需承受的活荷载效应：,美

10、国和英国规范分别比我国规范大,12%,和,29%,考虑活荷载安全系数：,我国,1.40,，美国,1.75,，英国的,1.73,桥梁需承受活荷载效应设计值：,美国和英国规范分别比我国规范大,40%,和,59%,材料设计强度：,我国的设计承载能力为美、英的,68%,和,60%,2001-3-16,石家庄爆炸案,石家庄,“,3,·,16,”,特大爆炸案是新中国建立以来死伤人数最多的爆炸案件，同时有,5,处发生爆炸，造成,108,人死亡，,38,人受伤，数座房屋被损，直接经济损失上千万元 。,2001-3-16,石家庄爆炸案,2003-1-27,山东章丘燃气爆炸,早期结构设计主要关心结构构件承载力,,

11、建筑物安全性不足主要是由于结构缺乏整体牢固性。,主要技术原因,其它技术原因,未按耐久性设计,,无完善的检查、监测制度,,怎么办？,结构健康监测,Structural Health Monitoring, SHM,,航空、航天,大型机械土木,,目的：,,安全状况,,维护、维修、加固决策,,节约运营成本,(15~25%),人与建筑物健康特点对比,项 目,人,建筑物,寿命,理论寿命,120,～,150,岁，一般寿命,60,～,100,，平均寿命约,70,（中国，,1997,年统计）,设计寿命,50,年，一般寿命,20,～,40,年，平均寿命,35,年（以国外桥梁为例）,影响因素,先天：缺陷、遗

12、传病,先天：设计不合理,,后天：疾病、缺乏锻炼,后天：施工质量差、缺乏检查,,环境：污染,环境：使用环境变化恶劣,健康检查,小病：赴普通医院－询问－检查－诊断－处方－服药,小缺陷：普通检查后简单维修即可,,大病：赴专业住院－询问－初检－住院－详细检查－诊断－治疗,大缺陷：专业人员检测、详细测算后给出加固方案进行加固,,急病：急诊／急救中心－抢救,紧急抢修：专业人员会诊，然后进行快速修补,,误诊后果：机能或寿命丧失,方案或施工错误：导致结构更加严重破坏或成临危结构,现代趋势或新理念,保健＋定期查体－更新保健计划,耐久性设＋在线监测－随时调整维护维修制度,,保健计划：个性化设计,健康监测：个性化处

13、理,,优点：保证正常工作，延长生命，降低突发疾病，有效节约资金,优点：第一时间发现问题，最大限度延长寿命，避免恶性事故出现，可大大降低运营费用,如何实现？,技术途径,,完全类似人体健康监测,,,如心电图监测,,24hr,监测仪,数据采集记录 分析 处理诊断开药,,传感器＋数据采集＋数据库＋数据分析＋决策系统,,专业＋,IT,技术,传感器,温度、湿度、风速,,应力、应变、位移、频率（挠度、振动）,,pH,、有害离子（,Cl,－,等）,,钢筋腐蚀速率、碳化速率、机械磨损程度、冻融破坏程度、碱－骨料反应速度等,数据采集系统,形式：分布式,通讯方式：有线、无线,总线：,PXI,、,PCI,

14、、,Fieldbus,……,协议：,TCP/IP,、,OPC,……,数据库,Oracle,SQL Server 2000,Informix,Sybase,Interbase,MySql,Progest,……,数据处理与决策系统,多传感器冗余系统、,DM,技术,过滤、转换、结合模型,DSS,数据库、模型库、知识库、方法库,专业知识,(,模型、预案,),数据仓库、专家系统,各种方法：神经元网络、遗传算法、模糊数学,……,应用现状,研究：,~20,多年,应用：重要、重大土木工程,境外比国内推广得好,国内对于新建大坝、大跨度桥梁多实施,SHM,，如三峡、小浪底等大坝、青马、虎门、润扬等大桥，对大型建筑

15、也有部分实施，如深圳市民中心、高交会展中心,……,Sunshine Skyway Bridge, Florida, USA,Tsing Ma, Hong Kong,(,总长,2167m,,主跨长,1377m,,主塔高,200m, 1992~97),丹麦,Skovdiget bridge(,示范,),虎门大桥动态变形监测,,虎门大桥单点振动,,虎门大桥全桥振动,,虎门大桥车振反应,,虎门大桥,24,小时桥形变化,新型传感器的开发,专业传感器,钢筋腐蚀,位移,复合,……,沿海地区建筑健康监测,氯离子的危害,,寿命通常比内陆要短、钢筋腐蚀严重,,氯离子,,海洋、空气,,砂、石、混凝土,,检测与监测,

16、台湾海砂屋,台湾海砂屋,据台湾,“,内政部,”,营建署,1999,年统计，至少有超过,2200,户海砂屋，而,1994,年工业技术研究院研究指出，全台湾可能有多达,30~50,万户海砂屋,台湾,《,民生报,》,：,“,骤起的海砂屋风暴就像强烈台风，暴风由北而南，笼罩了台湾,……,生锈化脓的黄褐色铁水从龟裂处逐一渗出，裸露的腐蚀钢筋再也支撑不住,……,，家毁人亡的阴影压得让人喘不过气来,”,宁波、,舟山、汕头、威海、深圳均出现海砂屋！,宁波北仑港码头混凝土梁,(11,年,),电化学除盐,牺牲阳极保护,中心已开展和进行的工作,指南与规范的制定,,土木工程学会指南,,铁道部、交通部有关规定和规范,,

17、建设部规范,,技术服务,,咨询与检测,,技术与设备,现有技术及设备,混凝土抵抗氯离子渗透能力评价设备,(ASTM C1202),,混凝土中氯离子扩散系数测定设备,(NEL),,氯离子含量电测仪,(ClCont),,现场分布式模块化静态测试系统,(Fieldpoint),,现场动态测试系统,(PXI_DP),混凝土渗透性电测仪,(ASTM),氯离子扩散系数电测仪,(NEL),氯离子含量检测仪,(ClCont),现场静态测试系统,现场动态测试系统,正在进行的工作,专业传感器,渗透、钢筋腐蚀、硫酸盐腐蚀,......,软件,布点优化、实时海量数据库、数据分析及决策系统,工程类型,桥梁、隧道、超高层建

18、筑、埋地管线,……,结语,工程安全问题是关系人民生命财产安全的大问题，全社会都应关注，并从自己做起。,,健康监测是保证工程安全的技术途径之一，有条件的应尽可能利用。,,沿海地区应更加关注工程安全问题、以及结构健康监测技术的发展和应用。,欢迎大家到中心参观指导,请批评指正，谢谢！,演讲完毕，谢谢观看！,内容总结,工程安全与结构健康监测。2004-8-16 云娜台风(14#)。本地居民144人，外来务工20人。有4.24万间房屋倒塌，8.8万间房屋损坏。2004-12-26 印度洋海啸。1976-7-28 唐山大地震。唐山大地震，是迄今为止四百多年世界地震史上最悲惨的一页:。2004-6-15四川渠县教室伤28。2004-5-23 法国戴高乐机场。2004-6-19内江9年房屋成危房。2003-5-12 延安宝塔区水坝3年。2004-6-15龙岗坑坪年丰大桥。2003-9-16龙岗脚手架1死17伤。设计50年，10~15年就出现严重破坏。设计30~50年，5～15年就出现严重破坏。设计50~100年，10年以上的桥就很危险。我国的设计承载能力为美、英的68%和60%。2003-1-27山东章丘燃气爆炸。航空、航天大型机械土木。环境：使用环境变化恶劣。大缺陷：专业人员检测、详细测算后给出加固方案进行加固。保健＋定期查体－更新保健计划,