土建工程安全与结构健康监测课件

土建工程安全与结构健康监测

教学时间：教学讲师：课堂规则Open—开放的心态、积极参与、勇敢发问

Close—封闭的环境，不要受外界的干扰，请将手机关机或静音请勿随意走动、交谈感谢您的配合提纲一、引言二、土建工程安全现状和问题三、结构健康监测四、沿海地区建筑健康监测五、结语一、引言天灾（自然力量）台风、海啸、地震、洪水……可预报，无法避免损失巨大2004-8-12云娜台风(14#)2004年8月12日在20时在浙江温岭石塘登陆的14号台风云娜，是97年以来在国内登陆最猛烈的一次台风。在台风“云娜”过境的13个小时里，受灾人口1299万人，经济损失181亿元。浙江全省共有164人遇难，失踪24人。

2004-8-12云娜台风(14#)2004-8-12云娜台风(14#)2005-7-21海棠台风(5#)损失80.93亿元,3人死亡，受灾822万人。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。浙江、福建受灾最严重。2005-7-21海棠台风(5#)2005-7-21海棠台风(5#)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印度洋海啸印度洋海啸印度洋海啸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

1976-7-28唐山大地震1976-7-28唐山大地震1976-7-28唐山大地震2008-5-12汶川大地震2008-5-12汶川大地震2008年5月12日14时28分04秒，四川汶川、北川发生里氏8.0级地震，地震造成69227人遇难，374643人受伤，17923人失踪。此次地震为新中国成立以来国内破坏性最强、波及范围最广、总伤亡人数最多的地震之一，被称为“汶川大地震”。2008-5-12汶川大地震2008-5-12汶川大地震

百花大桥位于映秀镇以南1km左右的岷江右岸,桥长495.55m,最大墩高

30.87m。跨径组合4×25m+5×25m+50m+3×25m+5×20m+2×20m,平面位于半径R=150m的左偏圆曲线、192.601m直线以及R=66m的右偏圆曲线上。2008-5-12汶川大地震

庙子坪大桥为都汶高速公路上的一座跨越都江堰紫坪坝库区的高墩大跨桥梁,距映秀29km,主桥为连续刚构,全长1436m,桥墩高108余m,引桥为50m先简支后连续桥梁(桥面连续)组成,共19跨,每跨引桥由10片T梁组成,每片T梁重达140t。地震时庙子坪大桥还没有通车,但主体结构已完工。2008-5-12汶川大地震

小鱼洞大桥位于彭州市小鱼洞镇,全桥总长187m,其中主桥为4×40m刚架拱,桥宽12m,横桥向由5片拱肋组成。2008-5-12汶川大地震

井田坝大桥位于青川县白龙湖水库,主跨为2×75m钢筋混凝土截面悬链线双曲拱,桥位地处断层的下盘,由于拱肋的起拱线较高,在河道中央设有1个高桥墩。2013.4·20雅安地震2013.4·20雅安地震北京时间2013年4月20日8时02分四川省雅安市芦山县（北纬30.3,东经103.0）发生7.0级地震。震源深度13公里。震中距成都约100公里。截至2013年4月24日10时，共发生余震4045次，3级以上余震103次，最大余震5.7级。受灾人口152万，受灾面积12500平方公里。地震共计造成196人死亡，失踪21人，11470人受伤。2013.4·20雅安地震2013.4·20雅安地震4月29日，芦山县大川镇突降大雨，受地震影响形成4000余立方米堰塞湖的黑水河排险施工现场再次面临山体崩塌、巨石堵塞河道的危险，官兵紧急爆破2013.4·20雅安地震拆除危房，防止房屋垮塌带来二次灾害人祸（人为因素）无意、蓄意渎职、“图财害命”可以避免或加以控制1999.1.4綦江彩虹桥死40人18名武警战士、22名群众死亡2002-8-27台湾高屏断桥22人死亡,17台车落水

事故主因开采河川砂石超过限度，导致河床严重下陷，最高达8米，桥基严重裸露，加上保护维修不当而导致意外。2003-11-3衡州大厦大火造成11名官兵受伤，20名官兵牺牲2003-11-3衡州大厦大火2003-11-3衡阳大火联合调查组认定，导致大厦坍塌的根本原因是大火燃烧时，大厦西部偏北的5根柱子损毁严重，这5根柱子在重载的压力下倒塌，继而引起衡州大厦3000多平方米建筑的坍塌。从联合调查组了解到，坍塌的衡州大厦建筑质量存在问题，在大厦的一些局部地方，钢筋数量比较少，用的钢筋没有按照标准配备那么粗，在浇注大厦西南部位的时候，用了20吨不合格的水泥。2004-5-23法国戴高乐机场事故2E候机厅2003-6-17落成6死多伤，含2名中国同胞。事故主因对偶然性安全系数不足导致了候机厅顶棚坍塌2007-8-13湖南凤凰桥垮塌事件始末沱江桥为大型四跨石拱桥，桥身设计长328米，跨度为4孔，每孔65米，高42米，计划投资1200万元。刚刚建成还没使用大桥,施工人员正在拆卸脚手架时突然坍塌。随着一声巨响,烟尘升空,大石桥就像被砸断了“背脊”横卧在沱江河床里。123名施工人员几乎有半数人遇难，现场到处是大大小小的乱石堆，数十台挖掘机、吊车、装载机、渣土车正在现场进行清理和搜救。2007-8-13湖南凤凰桥垮塌2007-8-13湖南凤凰桥垮塌凤凰大桥坍塌原因讨论施工过程中出现偷工减料、桥墩下沉脚手架下沉、养护不当等种种问题。另外，石拱桥所用石料规格不一，水泥和沙子搅拌不均匀。桥墩横断面上可以看出，桥梁并没有埋设钢筋，现场工人也表示桥梁中并没有钢筋。整个桥体除桥墩断成几截外，其余部分几乎全部成渣状落地。多位村民证实，桥体坍塌时溅起巨大灰尘。所以，不少人怀疑用于黏合石块的灰粉也不合格。盲目赶工期，导致惨剧发生。按照计划，凤凰堤溪沱江大桥8月底举行竣工通车典礼。据透露，当时凤大公路公司与监理处的质量目标是：工程一次性验收合格率达100%，部分项目工程优良率达到95%，力争将凤大公路打造成湘西第一精品路；要为50年州庆献上一份贺礼。诸多问题出现后，施工方、监理方仍然熟视无睹，抱着侥幸心理无所畏惧地继续抢工期。唯一值得庆幸的是，大桥不是在万人集会的州庆大典上坍塌，否则死伤会更大。问题有什么解决办法？天灾：气象、海洋、地质灾害预报……人祸：法规、规划、设计、监测……二、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25~30年需大修，或更短市政桥梁设计50~100年，许多10~15年就出现严重破坏海工建筑设计30~50年，许多5～15年就出现严重破坏公路桥梁设计50~100年，一些10年以上的桥就有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/m2

2003年起我国新设计的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

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340不同建筑物楼层活荷载标准值kgf/m22003年起我国新设计的住宅、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%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？<<混凝土结构耐久性设计规范>>GB/T50476-2008定期检查\健康监测三、结构健康监测StructuralHealthMonitoring,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%)

特大、长大桥梁的结构长期监测是重中之重。特大、长大桥梁往往是一地的交通要道，对当地的国民经济和社会发展担负着重要的疏通作用。而随着设计、工法、材料、超载、地震、台风、初始缺陷等方面的问题或老化积累，大多数的特大、长大桥梁正进入或已处于关键的结构健康风险期。

《交通运输部关于进一步加强公路桥梁养护管理的若干意见》（交公路发2013〔321〕号）明确指出：

特大、特殊结构和特别重要桥梁的养管单位，要利用现代信息技术，建立符合自身特点的养护管理系统和健康监测系统。

经过改革开放30多年的发展，我国公路桥梁建设取得了举世瞩目的成就。截至2014年年底，我国公路桥梁总数已达75.71万座，4257.89万延米。目前，仅黄河上已建和在建的大桥已达228座，长江上达到162座。桥梁健康监测如何实现？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）传感器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OracleSQLServer2000InformixSybaseInterbaseMySqlProgest……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（决策支持系统，具有智能作用的人机系统

）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、层次分析……应用现状研究：~40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、江阴大桥、苏通长江大桥、佛山平胜大桥等大桥，对大型建筑也有部分实施，如深圳市民中心、高交会展中心……目前，我国已有140余座大桥(包括260余座中小桥梁）安装桥梁健康监测系统SunshineSkywayBridge,Florida,USATsingMa,HongKong

(总长2167m,主跨长1377m,主塔高200m,1992~97)丹麦Skovdigetbridge(示范)

平胜大桥长期健康监测系统平胜大桥健康监测系统介绍子系统名称传感器种类主要配套设备结构应变及温度监测子系统光纤光栅应变传感器光纤光栅温度传感器多通道光纤光栅解调仪振动监测子系统力平衡加速度传感器信号调理器嵌入式智能数据采集仪结构变形监测子系统GPS测站GPS基站风速风向监测子系统三向超声风速仪接口转换模块环境温湿度监测子系统数字式环境温湿度传感器接口转换模块动态称重子系统动态地秤数据采集及控制主机视频监控子系统摄像仪视频服务器接口转换模块

平胜大桥健康监测系统结构平胜大桥整体监测界面

平胜大桥塔偏位及加劲梁变形监测平胜大桥塔偏位及加劲梁变形监测平胜大桥钢箱梁应变监测平胜大桥钢箱梁应变监测

平胜大桥环境风速风向监测平胜大桥环境风速风向监测平胜大桥振动监测平胜大桥振动监测平胜大桥温湿度监测

平胜大桥温湿度监测平胜大桥车载监测

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平胜大桥视频监控

平胜大桥数据查询与统计—数据查询

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平胜大桥健康状态评估新型传感器的开发专业传感器钢筋腐蚀位移复合传感器……新型传感器的开发四、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