工程安全与结构健康监测

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,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、,44.85,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,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,2003-6-17,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,2530,年需大修，或更短,市政桥梁,设计,50,年，,1015,年就出现严重破坏,海工,设计,3050,年，,5,15,年就出现严重破坏,斜拉桥,设计,50100,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,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,480,240,480,200,480,200,390,480,480,480,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,1015%,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,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,(1525%),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,、,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, 199297),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,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,3050,万户海砂屋,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,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，1015年就出现严重破坏。设计3050年，515年就出现严重破坏。设计50100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,