工程安全與結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測

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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,,*,,*,,,,,,,,單擊此處編輯母版標題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,,,*,,,,,,,,單擊此處編輯母版標題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,,,*,工程安全與結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測,,路新瀛,清華大學深圳研究生院,土建工程安全研究中心,2005-7-24,提綱,引言,

2、土建工程安全現(xiàn)狀和問題,結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測,沿海地區(qū)建筑健康監(jiān)測,結(jié)語,引言,天災（自然力量）,臺風、海嘯、地震、洪水,……,損失巨大,可預報，無法避免,2005-7-21,海棠臺風,(5#),損失,80.93,億元,,,浙江已有,3,人死亡,,,民航、交通、供電中斷，城區(qū)進水、房屋倒塌、農(nóng)田受淹、養(yǎng)殖場沖毀,海棠,_,福建,福建,26.33,億,,,受災,213.41,萬人,,,緊急轉(zhuǎn)移,86.3,萬人,,,受傷,21,人,,水利設施,2.97,億,,,房屋倒塌,0.63,萬間,,,損壞,1.77,萬間,,,公路中斷,50,條次,,,毀壞路基,187.02,公里,;,損壞堤防,305,處、,44.

3、85,公里,,,堤防決口,19,處、,1.4,公里,;,損壞護岸、灌溉設施,1348,處,;,損壞水閘、水文測站、機電泵站、水電站,238,座,,,沖毀塘壩,110,座,......,海棠,_,浙江,浙江達,54.6,億元,,,水利設施,5.82,億，交通電力通訊設施,18.1,億,,,受災,609.2,萬人,,房屋倒塌,5710,間,, 447,條公路中斷,,,損壞路基,598.2,公里,,,堤防,1112,處、,203.0,公里,,,決口,653,處、,46.6,公里,,,小水電站,60,座,2004-8-16,云娜臺風,(14#),我國,1956,年來最強的臺風,,,遇難人數(shù)達到,164

4、,人,,,因房屋倒塌的,109,人，因山洪暴發(fā)、泥石流的,28,人，被風刮倒的,9,人，遭洪水的,12,人，因電桿吹倒或觸電的,5,人，其它原因,1,人。本地居民,144,人，外來務工,20,人。,浙江,75,個縣（市、區(qū)）、,765,個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）受災，受災人數(shù)超過,859,萬人,有,4.24,萬間房屋倒塌，,8.8,萬間房屋損壞,502,條公路中斷，毀壞路基,505,公里,2004-12-26,印度洋海嘯,遇難總?cè)藬?shù)約,30,萬人,印度尼西亞：,238,945,斯里蘭卡：,30,957,印度：,16,389,泰國：,5,393,馬爾代夫：,82,馬來西亞：,68,緬甸：,61,孟加拉：,2,索

5、馬里：,298,坦桑尼亞,: 10,肯尼亞：,1,印度洋海嘯,1976-7-28,唐山大地震,唐山大地震，是迄今為止四百多年世界地震史上最悲慘的一頁,:,,死亡：,24,萬,2,千,7,百,69,人 重傷：,16,萬,4,千,8,百,51,人,唐山大地震,2004-5-27,湖北清江大龍?zhí)?卷走,18,人，,14,人下落不明,2004-5-31,重慶,1,天,1,億,2004-6-15,四川渠縣教室傷,28,,人禍（人為因素）,無意、蓄意,瀆職、,“,圖財害命,”,可以避免或加以控制,2003-11-3,衡陽大火,1996,四川綦江彩虹橋 死,40,2004-5-23,法國戴高樂機場,200

6、3-6-17,落成,6,死多傷,2,國人,2004-6-19,內(nèi)江,9,年房屋成危房,2003-5-12,延安寶塔區(qū)水壩,3,年,2002-6-9,西安灞河大橋,150m,2002-8-27,臺灣高屏斷橋,22,人死亡，,16,部車，,22,年，采砂,,深圳地區(qū),2004-6-15,龍崗坑坪年豐大橋,兩根橋柱齊根斷裂,全面體檢,全市,478,座橋，,41,座有安全隱患,公路橋梁,“,透支生命,”,,2003-9-16,龍崗腳手架,1,死,17,傷,問題,有什么解決辦法？,天災：氣象、海洋、地質(zhì)災害預報,……,有何技術(shù)途徑？,人禍：法規(guī)、規(guī)劃、設計、監(jiān)測,……,土建工程安全現(xiàn)狀和問題,現(xiàn)狀,,不

7、容樂觀,,存在問題,,非技術(shù)問題,,技術(shù)問題,安全現(xiàn)狀,工民建,,設計,50,年，通常,25~30,年需大修，或更短,,市政橋梁,,設計,50,年，,10~15,年就出現(xiàn)嚴重破壞,,海工,,設計,30~50,年，,5,～,15,年就出現(xiàn)嚴重破壞,,斜拉橋,,設計,50~100,年，,10,年以上的橋就很危險,存在問題,非技術(shù)因素,,市場、腐敗、管理、做假,,技術(shù)因素,,標準設置水平低,,無耐久性標準,,無詳細監(jiān)測制度,辦公樓樓層設計活荷載標準值,kgf/m,2,,2003,年起我國新設計的辦公樓樓層活荷載已改為,200kgf/m,2,中國,,美國,,英國,,法德俄,,加拿大,,日本,,澳大利亞

8、,,意大利,,150,,240,,250,,200,,240,,290,,300,,340,,,不同建筑物樓層活荷載標準值,kgf/m,2,2003,年起我國新設計的住宅、辦公樓樓層活荷載已改為,200kgf/m,2,,,,體育館,,,辦公樓,,,辦公樓 門廳,,,公寓住宅房間,,,公寓住宅走廊,,,學校,教室,,,學校,走廊,,,劇院,門廳,,,餐廳,,,,防火,通道,,,中國,,350,,,150,,,200,,,150,,,150,,,200,,,250,,,300,,,250,,,同走廊,,,美國,,,480,,,240,,,480,,,200,,,480,,,200,,,390,

9、,,480,,,480,,,480,,,,安全保證率,活荷載分項系數(shù)：我國,1.4,，英國,1.6,，美國,1.7,恒載分項系數(shù)： 我國,1.2,，美、英,1.4,,砼強度分項系數(shù)：我國,1.35,，英,1.5,鋼材強度分項系數(shù)： 我國,1.08,，英、美,1.15,設計的辦公室樓面活荷載,,我國是英國的,52.5%,，美國的,51.5%,,材料強度安全系數(shù),,我國比英美的低約,10~15%,,按美英規(guī)范設計比按我國規(guī)范設計,,承受活荷載能力的大一倍以上,,承受恒載能力高出約,15%,設計結(jié)果差別,公路橋梁,以常用車輛作用于,30,米跨度簡支梁橋為例,規(guī)范計算的需承受的活荷載效應：,美

10、國和英國規(guī)范分別比我國規(guī)范大,12%,和,29%,考慮活荷載安全系數(shù)：,我國,1.40,，美國,1.75,，英國的,1.73,橋梁需承受活荷載效應設計值：,美國和英國規(guī)范分別比我國規(guī)范大,40%,和,59%,材料設計強度：,我國的設計承載能力為美、英的,68%,和,60%,2001-3-16,石家莊爆炸案,石家莊,“,3,·,16,”,特大爆炸案是新中國建立以來死傷人數(shù)最多的爆炸案件，同時有,5,處發(fā)生爆炸，造成,108,人死亡，,38,人受傷，數(shù)座房屋被損，直接經(jīng)濟損失上千萬元 。,2001-3-16,石家莊爆炸案,2003-1-27,山東章丘燃氣爆炸,早期結(jié)構(gòu)設計主要關(guān)心結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力,,

11、建筑物安全性不足主要是由于結(jié)構(gòu)缺乏整體牢固性。,主要技術(shù)原因,其它技術(shù)原因,未按耐久性設計,,無完善的檢查、監(jiān)測制度,,怎么辦？,結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測,Structural Health Monitoring, SHM,,航空、航天,?大型機械?土木,,目的：,,安全狀況,,維護、維修、加固決策,,節(jié)約運營成本,(15~25%),人與建筑物健康特點對比,項 目,人,建筑物,壽命,理論壽命,120,～,150,歲，一般壽命,60,～,100,，平均壽命約,70,（中國，,1997,年統(tǒng)計）,設計壽命,50,年，一般壽命,20,～,40,年，平均壽命,35,年（以國外橋梁為例）,影響因素,先天：缺陷、遺

12、傳病,先天：設計不合理,,后天：疾病、缺乏鍛煉,后天：施工質(zhì)量差、缺乏檢查,,環(huán)境：污染,環(huán)境：使用環(huán)境變化惡劣,健康檢查,小?。焊捌胀ㄡt(yī)院－詢問－檢查－診斷－處方－服藥,小缺陷：普通檢查后簡單維修即可,,大?。焊皩I(yè)住院－詢問－初檢－住院－詳細檢查－診斷－治療,大缺陷：專業(yè)人員檢測、詳細測算后給出加固方案進行加固,,急?。杭痹\／急救中心－搶救,緊急搶修：專業(yè)人員會診，然后進行快速修補,,誤診后果：機能或壽命喪失,方案或施工錯誤：導致結(jié)構(gòu)更加嚴重破壞或成臨危結(jié)構(gòu),現(xiàn)代趨勢或新理念,保?。ㄆ诓轶w－更新保健計劃,耐久性設＋在線監(jiān)測－隨時調(diào)整維護維修制度,,保健計劃：個性化設計,健康監(jiān)測：個性化處

13、理,,優(yōu)點：保證正常工作，延長生命，降低突發(fā)疾病，有效節(jié)約資金,優(yōu)點：第一時間發(fā)現(xiàn)問題，最大限度延長壽命，避免惡性事故出現(xiàn)，可大大降低運營費用,如何實現(xiàn)？,技術(shù)途徑,,完全類似人體健康監(jiān)測,,,如心電圖監(jiān)測,,24hr,監(jiān)測儀,?數(shù)據(jù)采集?記錄 ?分析 ?處理?診斷?開藥,,傳感器＋數(shù)據(jù)采集＋數(shù)據(jù)庫＋數(shù)據(jù)分析＋決策系統(tǒng),,專業(yè)＋,IT,技術(shù),傳感器,溫度、濕度、風速,,應力、應變、位移、頻率（撓度、振動）,,pH,、有害離子（,Cl,－,等）,,鋼筋腐蝕速率、碳化速率、機械磨損程度、凍融破壞程度、堿－骨料反應速度等,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),形式：分布式,通訊方式：有線、無線,總線：,PXI,、,PCI,

14、、,Fieldbus,……,協(xié)議：,TCP/IP,、,OPC,……,數(shù)據(jù)庫,Oracle,SQL Server 2000,Informix,Sybase,Interbase,MySql,Progest,……,數(shù)據(jù)處理與決策系統(tǒng),多傳感器冗余系統(tǒng)、,DM,技術(shù),過濾、轉(zhuǎn)換、結(jié)合模型,DSS,數(shù)據(jù)庫、模型庫、知識庫、方法庫,專業(yè)知識,(,模型、預案,),數(shù)據(jù)倉庫、專家系統(tǒng),各種方法：神經(jīng)元網(wǎng)絡、遺傳算法、模糊數(shù)學,……,應用現(xiàn)狀,研究：,~20,多年,應用：重要、重大土木工程,境外比國內(nèi)推廣得好,國內(nèi)對于新建大壩、大跨度橋梁多實施,SHM,，如三峽、小浪底等大壩、青馬、虎門、潤揚等大橋，對大型建筑

15、也有部分實施，如深圳市民中心、高交會展中心,……,Sunshine Skyway Bridge, Florida, USA,Tsing Ma, Hong Kong,(,總長,2167m,,主跨長,1377m,,主塔高,200m, 1992~97),丹麥,Skovdiget bridge(,示范,),虎門大橋動態(tài)變形監(jiān)測,,虎門大橋單點振動,,虎門大橋全橋振動,,虎門大橋車振反應,,虎門大橋,24,小時橋形變化,新型傳感器的開發(fā),專業(yè)傳感器,鋼筋腐蝕,位移,復合,……,沿海地區(qū)建筑健康監(jiān)測,氯離子的危害,,壽命通常比內(nèi)陸要短、鋼筋腐蝕嚴重,,氯離子,,海洋、空氣,,砂、石、混凝土,,檢測與監(jiān)測,

16、臺灣海砂屋,臺灣海砂屋,據(jù)臺灣,“,內(nèi)政部,”,營建署,1999,年統(tǒng)計，至少有超過,2200,戶海砂屋，而,1994,年工業(yè)技術(shù)研究院研究指出，全臺灣可能有多達,30~50,萬戶海砂屋,臺灣,《,民生報,》,：,“,驟起的海砂屋風暴就像強烈臺風，暴風由北而南，籠罩了臺灣,……,生銹化膿的黃褐色鐵水從龜裂處逐一滲出，裸露的腐蝕鋼筋再也支撐不住,……,，家毀人亡的陰影壓得讓人喘不過氣來,”,寧波、,舟山、汕頭、威海、深圳均出現(xiàn)海砂屋！,寧波北侖港碼頭混凝土梁,(11,年,),電化學除鹽,犧牲陽極保護,中心已開展和進行的工作,指南與規(guī)范的制定,,土木工程學會指南,,鐵道部、交通部有關(guān)規(guī)定和規(guī)范,,

17、建設部規(guī)范,,技術(shù)服務,,咨詢與檢測,,技術(shù)與設備,現(xiàn)有技術(shù)及設備,混凝土抵抗氯離子滲透能力評價設備,(ASTM C1202),,混凝土中氯離子擴散系數(shù)測定設備,(NEL),,氯離子含量電測儀,(ClCont),,現(xiàn)場分布式模塊化靜態(tài)測試系統(tǒng),(Fieldpoint),,現(xiàn)場動態(tài)測試系統(tǒng),(PXI_DP),混凝土滲透性電測儀,(ASTM),氯離子擴散系數(shù)電測儀,(NEL),氯離子含量檢測儀,(ClCont),現(xiàn)場靜態(tài)測試系統(tǒng),現(xiàn)場動態(tài)測試系統(tǒng),正在進行的工作,專業(yè)傳感器,滲透、鋼筋腐蝕、硫酸鹽腐蝕,......,軟件,布點優(yōu)化、實時海量數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)分析及決策系統(tǒng),工程類型,橋梁、隧道、超高層建

18、筑、埋地管線,……,結(jié)語,工程安全問題是關(guān)系人民生命財產(chǎn)安全的大問題，全社會都應關(guān)注，并從自己做起。,,健康監(jiān)測是保證工程安全的技術(shù)途徑之一，有條件的應盡可能利用。,,沿海地區(qū)應更加關(guān)注工程安全問題、以及結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展和應用。,歡迎大家到中心參觀指導,請批評指正，謝謝！,演講完畢，謝謝觀看！,內(nèi)容總結(jié),工程安全與結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測。2004-8-16 云娜臺風(14#)。本地居民144人，外來務工20人。有4.24萬間房屋倒塌，8.8萬間房屋損壞。2004-12-26 印度洋海嘯。1976-7-28 唐山大地震。唐山大地震，是迄今為止四百多年世界地震史上最悲慘的一頁:。2004-6-15四川渠縣教室傷28。2004-5-23 法國戴高樂機場。2004-6-19內(nèi)江9年房屋成危房。2003-5-12 延安寶塔區(qū)水壩3年。2004-6-15龍崗坑坪年豐大橋。2003-9-16龍崗腳手架1死17傷。設計50年，10~15年就出現(xiàn)嚴重破壞。設計30~50年，5～15年就出現(xiàn)嚴重破壞。設計50~100年，10年以上的橋就很危險。我國的設計承載能力為美、英的68%和60%。2003-1-27山東章丘燃氣爆炸。航空、航天?大型機械?土木。環(huán)境：使用環(huán)境變化惡劣。大缺陷：專業(yè)人員檢測、詳細測算后給出加固方案進行加固。保?。ㄆ诓轶w－更新保健計劃,