工程安全与结构健康监测培训课件

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印度洋洋海啸啸1976-7-28唐山大大地震震唐山大大地震震，是是迄今今为止止四百百多年年世界界地震震史上上最悲悲惨的的一页页:死亡：：24万2千7百69人重重伤伤：16万4千8百51人唐山大大地震震2004-5-27湖北清清江大大龙潭潭卷卷走18人，14人下落落不明明2004-5-31重庆1天1亿2004-6-15四川渠渠县教教室伤伤28人祸（（人为为因素素）无意、、蓄意意渎职、、“图财害害命”可以避避免或或加以以控制制2003-11-3衡阳大大火1996四川綦綦江彩彩虹桥桥死死402004-5-23法国戴戴高乐乐机场场2003-6-17落成6死多伤伤2国人2004-6-19内江9年房屋屋成危危房2003-5-12延安宝宝塔区区水坝坝3年2002-6-9西安灞灞河大大桥150m2002-8-27台湾高高屏断断桥22人死亡亡，16部车，，22年，，采采砂砂深圳圳地地区区2004-6-15龙岗岗坑坑坪坪年年丰丰大大桥桥两根根桥桥柱柱齐齐根根断断裂裂全面面体体检检全市市478座桥桥，，41座有有安安全全隐隐患患公路路桥桥梁梁“透支支生生命命”2003-9-16龙岗岗脚脚手手架架1死17伤问题题有什什么么解解决决办办法法？？天灾灾：：气气象象、、海海洋洋、、地地质质灾灾害害预预报报………有何何技技术术途途径径？？人祸祸：：法法规规、、规规划划、、设设计计、、监监测测………土建建工工程程安安全全现现状状和和问问题题现状状不容容乐乐观观存在在问问题题非技技术术问问题题技术术问问题题安全全现现状状工民民建建设计计50年，，通通常常25~30年需需大大修修，，或或更更短短市政政桥桥梁梁设计计50年，10~15年就出出现严严重破破坏海工设计30~50年，5～15年就出出现严严重破破坏斜拉桥桥设计50~100年，10年以上上的桥桥就很很危险险存在问问题非技术术因素素市场、、腐败败、管管理、、做假假技术因因素标准设设置水水平低低无耐久久性标标准无详细细监测测制度度办公楼楼楼层层设计计活荷荷载标标准值值kgf/m22003年起我国国新设计计的办公公楼楼层层活荷载载已改为为200kgf/m2中国美国英国法德俄加拿大日本澳大利亚意大利150240250200240290300340不同建筑筑物楼层层活荷载载标准值值kgf/m22003年起我国国新设计计的住宅宅、办公公楼楼层层活荷载载已改为为200kgf/m2

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350150200150150200250300250同走廊美国480240480200480200390480480480安全保证证率活荷载分分项系数数：我国国1.4，英国1.6，美国1.7恒载分项项系数：：我我国1.2，美、英英1.4砼强度分分项系数数：我国国1.35，英1.5钢材强度度分项系系数：我我国1.08，英、美美1.15设计的办办公室楼楼面活荷荷载我国是英英国的52.5%，美国的的51.5%材料强度度安全系系数我国比英英美的低低约10~15%按美英规规范设计计比按我我国规范范设计承受活荷载载能力的大大一倍以上上承受恒载能能力高出约约15%设计结果差差别公路桥梁以常用车辆辆作用于30米跨度简支支梁桥为例例规范计算的的需承受的的活荷载效效应：美国和英国国规范分别别比我国规规范大12%和29%考虑活荷载载安全系数数：我国1.40，美国1.75，英国的1.73桥梁需承受受活荷载效效应设计值值：美国和英国国规范分别别比我国规规范大40%和59%材料设计强强度：我国的设计计承载能力力为美、英英的68%和60%2001-3-16石家庄爆炸炸案石家庄“3·16”特大爆炸案案是新中国国建立以来来死伤人数数最多的爆爆炸案件，，同时有5处发生爆炸炸，造成108人死亡，38人受伤，数数座房屋被被损，直接接经济损失失上千万元元。2001-3-16石家庄爆炸炸案2003-1-27山东章丘燃燃气爆炸早期结构设设计主要关关心结构构构件承载力力建筑物安全全性不足主主要是由于于结构缺乏乏整体牢固固性。主要技术原原因其它技术原原因未按耐久性性设计无完善的检检查、监测测制度怎么办？结构健康监监测StructuralHealthMonitoring,SHM航空、航天天大型机械械土木目的：安全状况维护、维修修、加固决决策节约运营成成本(15~25%)人与建筑物物健康特点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人体健康监监测,如心电图监监测24hr监测仪数据采集集记录分析处理诊断开开药传感器＋数数据采集＋＋数据库＋＋数据分析析＋决策系系统专业＋IT技术传感器温度、湿度度、风速应力、应变变、位移、、频率（挠挠度、振动动）pH、有害离子子（Cl－等）钢筋腐蚀速速率、碳化化速率、机机械磨损程程度、冻融融破坏程度度、碱－骨骨料反应速速度等数据采集系系统形式：分布布式通讯方式：：有线、无无线总线：PXI、PCI、Fieldbus……协议：TCP/IP、OPC……数据库OracleSQLServer2000InformixSybaseInterbaseMySqlProgest……数据处理与与决策系统统多传感器冗冗余系统、、DM技术过滤、转换换、结合模模型DSS数据库、模模型库、知知识库、方方法库专业知识(模型、预案案)数据仓库、、专家系统统各种方方法：：神经经元网网络、、遗传传算法法、模模糊数数学……应用现现状研究：：~20多年应用：：重要要、重重大土土木工工程境外比比国内内推广广得好好国内对对于新新建大大坝、、大跨跨度桥桥梁多多实施施SHM，如三三峡、、小浪浪底等等大坝坝、青青马、、虎门门、润润扬等等大桥桥，对对大型型建筑筑也有有部分分实施施，如如深圳圳市民民中心心、高高交会会展中中心……SunshineSkywayBridge,Florida,USATsingMa,HongKong(总长2167m,主跨长长1377m,主塔高高200m,1992~97)丹麦Skovdigetbridge(示范)虎门大大桥动动态变变形监监测虎门大大桥单单点振振动虎门大大桥全全桥振振动虎门大大桥车车振反反应虎门大大桥24小时桥桥形变变化新型传传感器器的开开发专业传传感器器钢筋腐腐蚀位移复合……沿海地地区建建筑健健康监监测氯离子子的危危害寿命通通常比比内陆陆要短短、钢钢筋腐腐蚀严严重氯离子子海洋、、空气气砂、石石、混混凝土土检测与与监测测台湾海海砂屋屋台湾海海砂屋屋据台湾湾“内政部部”营建署署1999年统计计，至至少有有超过过2200户海砂砂屋，，而1994年工业业技术术研究究院研研究指指出，，全台台湾可可能有有多达达30~50万户海海砂屋屋台湾《民生报报》：“骤起的的海砂砂屋风风暴就就像强强烈台台风，，暴风风由北北而南南，笼笼罩了了台湾湾……生锈化化脓的的黄褐褐色铁铁水从从龟裂裂处逐逐一渗渗出，，裸露露的腐腐蚀钢钢筋再再也支支撑不不住……，家毁毁人亡亡的阴阴影压压得让让人喘喘不过过气来来”宁波、、舟山、、汕头头、威威海、、深圳圳均出出现海海砂屋屋！宁波北北仑港港码头头混凝凝土梁梁(11年)电化学学除盐盐牺牲阳阳极保保护中心已已开展展和进进行的的工作作指南与与规范范的制制定土木工工程学学会指指南铁道部部、交交通部部有关关规定定和规规范建设部部规范范技术术服服务务咨询询与与检检测测技术术与与设设备备现有有技技术术及及设设备备混凝凝土土抵抵抗抗氯氯离离子子渗渗透透能能力力评评价价设设备备(ASTMC1202)混凝凝土土中中氯氯离离子子扩扩散散系系数数测测定定设设备备(NEL)氯离离子子含含量量电电测测仪仪(ClCont)现场场分分布布式式模模块块化化静静态态测测试试系系统统(Fieldpoin