工程安全和结构健康监测

工程安全和结构健康监测工程安全和结构健康监测第1页提要引言土建工程安全现实状况和问题结构健康监测沿海地域建筑健康监测结语工程安全和结构健康监测第2页引言天灾（自然力量）台风、海啸、地震、洪水……损失巨大可预报，无法防止工程安全和结构健康监测第3页-7-21海棠台风(5#)损失80.93亿元,浙江已经有3人死亡民航、交通、供电中止，城区进水、房屋坍毁、农田受淹、养殖场冲垮工程安全和结构健康监测第4页海棠_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,房屋坍毁0.63万间,损坏1.77万间,公路中止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、浇灌设施1348处;损坏水闸、水文测站、机电泵站、水电站238座,冲垮塘坝110座......工程安全和结构健康监测第5页海棠_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609.2万人房屋坍毁5710间,447条公路中止,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座工程安全和结构健康监测第6页-8-16云娜台风(14#)我国1956年来最强台风,遇难人数到达164人,因房屋坍毁109人，因山洪暴发、泥石流28人，被风刮倒9人，遭洪水12人，因电杆吹倒或触电5人，其它原因1人。当地居民144人，外来务工20人。浙江75个县（市、区）、765个乡（镇）受灾，受灾人数超出859万人有4.24万间房屋坍毁，8.8万间房屋损坏502条公路中止，毁坏路基505公里工程安全和结构健康监测第7页工程安全和结构健康监测第8页工程安全和结构健康监测第9页-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工程安全和结构健康监测第10页印度洋海啸工程安全和结构健康监测第11页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一页:

死亡：24万2千7百69人

重伤：16万4千8百51人工程安全和结构健康监测第12页唐山大地震工程安全和结构健康监测第13页-5-27湖北清江大龙潭

卷走18人，14人下落不明工程安全和结构健康监测第14页-5-31重庆1天1亿工程安全和结构健康监测第15页-6-15四川渠县教室伤28工程安全和结构健康监测第16页人祸（人为原因）无意、蓄意渎职、“图财害命”能够防止或加以控制工程安全和结构健康监测第17页-11-3衡阳大火工程安全和结构健康监测第18页1996四川綦江彩虹桥死40工程安全和结构健康监测第19页-5-23法国戴高乐机场工程安全和结构健康监测第20页-6-17落成6死多伤2国人工程安全和结构健康监测第21页-6-19内江9年房屋成危房工程安全和结构健康监测第22页-5-12延安宝塔区水坝3年工程安全和结构健康监测第23页-6-9西安灞河大桥150m工程安全和结构健康监测第24页-8-27台湾高屏断桥

22人死亡，16部车，22年，采砂工程安全和结构健康监测第25页深圳地域工程安全和结构健康监测第26页-6-15龙岗坑坪年丰大桥工程安全和结构健康监测第27页两根桥柱齐根断裂工程安全和结构健康监测第28页全方面体检全市478座桥，41座有安全隐患公路桥梁“透支生命”

工程安全和结构健康监测第29页-9-16龙岗脚手架1死17伤工程安全和结构健康监测第30页问题有什么处理方法？天灾：气象、海洋、地质灾害预报……有何技术路径？人祸：法规、规划、设计、监测……工程安全和结构健康监测第31页土建工程安全现实状况和问题现实状况不容乐观存在问题非技术问题技术问题工程安全和结构健康监测第32页安全现实状况工民建设计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年以上桥就很危险工程安全和结构健康监测第33页存在问题非技术原因市场、腐败、管理、做假技术原因标准设置水平低无耐久性标准无详细监测制度工程安全和结构健康监测第34页办公楼楼层设计活荷载标准值kgf/m2

年起我国新设计办公楼楼层活荷载已改为200kgf/m2中国美国英国法德俄加拿大日本澳大利亚意大利150240250200240290300340工程安全和结构健康监测第35页不一样建筑物楼层活荷载标准值kgf/m2年起我国新设计住宅、办公楼楼层活荷载已改为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工程安全和结构健康监测第36页安全确保率活荷载分项系数：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工程安全和结构健康监测第37页设计办公室楼面活荷载我国是英国52.5%，美国51.5%材料强度安全系数我国比英美低约10~15%按美英规范设计比按我国规范设计承受活荷载能力大一倍以上承受恒载能力高出约15%设计结果差异工程安全和结构健康监测第38页公路桥梁以常见车辆作用于30米跨度简支梁桥为例规范计算需承受活荷载效应：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：我国设计承载能力为美、英68%和60%工程安全和结构健康监测第39页-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。工程安全和结构健康监测第40页-3-16石家庄爆炸案工程安全和结构健康监测第41页-1-27山东章丘燃气爆炸工程安全和结构健康监测第42页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因为结构缺乏整体牢靠性。主要技术原因工程安全和结构健康监测第43页其它技术原因未按耐久性设计无完善检验、监测制度怎么办？工程安全和结构健康监测第44页结构健康监测StructuralHealthMonitoring,SHM航空、航天大型机械土木目标：安全情况维护、维修、加固决议节约运行成本(15~25%)工程安全和结构健康监测第45页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，普通寿命60～100，平均寿命约70（中国，1997年统计）设计寿命50年，普通寿命20～40年，平均寿命35年（以国外桥梁为例）影响原因先天：缺点、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、缺乏检验环境：污染环境：使用环境改变恶劣健康检验小病：赴普通医院－问询－检验－诊疗－处方－服药小缺点：普通检验后简单维修即可大病：赴专业住院－问询－初检－住院－详细检验－诊疗－治疗大缺点：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／抢救中心－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：造成结构愈加严重破坏或成临危结构当代趋势或新理念保健＋定时查体－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：确保正常工作，延长生命，降低突发疾病，有效节约资金优点：第一时间发觉问题，最大程度延长寿命，防止恶性事故出现，可大大降低运行费用工程安全和结构健康监测第46页怎样实现？技术路径完全类似人体健康监测,如心电图监测24hr监测仪数据采集统计分析处理诊疗开药传感器＋数据采集＋数据库＋数据分析＋决议系统专业＋IT技术工程安全和结构健康监测第47页传感器温度、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－骨料反应速度等工程安全和结构健康监测第48页数据采集系统形式：分布式通讯方式：有线、无线总线：PXI、PCI、Fieldbus……协议：TCP/IP、OPC……工程安全和结构健康监测第49页数据库OracleSQLServerInformixSybaseInterbaseMySqlProgest……工程安全和结构健康监测第50页数据处理与决议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、教授系统各种方法：神经元网络、遗传算法、含糊数学……工程安全和结构健康监测第51页应用现实状况研究：~20多年应用：主要、重大土木工程境外比我国推广得好我国对于新建大坝、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，对大型建筑也有个别实施，如深圳市民中心、高交会展中心……工程安全和结构健康监测第52页SunshineSkywayBridge,Florida,USA工程安全和结构健康监测第53页TsingMa,HongKong

(总长2167m,主跨长1377m,主塔高200m,1992~97)工程安全和结构健康监测第54页丹麦Skovdigetbridge(示范)工程安全和结构健康监测第55页工程安全和结构健康监测第56页工程安全和结构健康监测第57页虎门大桥动态变形监测工程安全和结构健康监测第58页虎门大桥单点振动工程安全和结构健康监测第59页虎门大桥全桥振动工程安全和结构健康监测第60页虎门大桥车振反应工程安全和结构健康监测第61页虎门大桥24小时桥形改变工程安全和结构健康监测第62页新型传感器开发专业传感器钢筋腐蚀位移复合……工程安全和结构健康监测第63页工程安全和结构健康监测第64页沿海地域建筑健康监测氯离子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、混凝土检测与监测工程安全和结构健康监测第65页台湾海砂屋工程安全和结构健康监测第66页台湾海砂屋据台湾“内政部”营建署1999年统计，最少有超出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……生锈化脓黄褐色铁水从龟裂处逐一渗出，裸露腐蚀钢筋再也支撑不住……，家毁人亡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！工程安全和结构健康监测第67页宁波北仑港码头混凝土梁(11年)工程安全和结构健康监测第68页工程安全和结构健康监测第69页工程安全和结构健康监测第70页电化学除盐工程安全和结构健康监测第71页牺牲阳极保护工程安全和结构健康监测第72页中心已开展和进行工作指南与规范制订土木工程学会指南