工程安全與結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)PPT課件

1、工程安全與結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè) 路新瀛清華大學(xué)深圳研究生院土建工程安全研究中心2005-7-24提綱n引言n土建工程安全現(xiàn)狀和問題n結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)n沿海地區(qū)建筑健康監(jiān)測(cè)n結(jié)語引言n天災(zāi)（自然力量）n臺(tái)風(fēng)、海嘯、地震、洪水n損失巨大n可預(yù)報(bào)，無法避免2005-7-21 海棠臺(tái)風(fēng)(5#)n損失80.93億元, 浙江已有3人死亡n民航、交通、供電中斷，城區(qū)進(jìn)水、房屋倒塌、農(nóng)田受淹、養(yǎng)殖場(chǎng)沖毀海棠_福建n福建26.33億, 受災(zāi)213.41萬人, 緊急轉(zhuǎn)移86.3萬人, 受傷21人n水利設(shè)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、

2、44.85公里, 堤防決口19處、1.4公里; 損壞護(hù)岸、灌溉設(shè)施1348處; 損壞水閘、水文測(cè)站、機(jī)電泵站、水電站238座, 沖毀塘壩110座.海棠_浙江n浙江達(dá)54.6億元, 水利設(shè)施5.82億，交通電力通訊設(shè)施18.1億, 受災(zāi)609.2萬人n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(tái)風(fēng)(14#)n我國(guó)1956年來最強(qiáng)的臺(tái)風(fēng), 遇難人數(shù)達(dá)到164人, 因房屋倒塌的109人，因山洪暴發(fā)、泥石流的28人，被風(fēng)刮倒的9人，遭洪水的12人，因電桿吹倒或觸電的5人，其它

3、原因1人。本地居民144人，外來務(wù)工20人。n浙江75個(gè)縣（市、區(qū)）、765個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）受災(zāi)，受災(zāi)人數(shù)超過859萬人n有4.24萬間房屋倒塌，8.8萬間房屋損壞n502條公路中斷，毀壞路基505公里2004-12-26 印度洋海嘯 n遇難總?cè)藬?shù)約30萬人n印度尼西亞：238,945n斯里蘭卡：30,957n印度：16,389n泰國(guó)：5,393n馬爾代夫：82n馬來西亞：68n緬甸：61n孟加拉：2n索馬里：298n坦桑尼亞: 10n肯尼亞：1印度洋海嘯1976-7-28 唐山大地震n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:n死亡：24萬2千7百69人 重傷：16萬4千8百51人唐

4、山大地震2004-5-27湖北清江大龍?zhí)毒碜?8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28n人禍（人為因素）n無意、蓄意n瀆職、“圖財(cái)害命”n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402004-5-23 法國(guó)戴高樂機(jī)場(chǎng)2003-6-17落成 6死多傷 2國(guó)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 150m2002-8-27臺(tái)灣高屏斷橋22人死亡，16部車，22年，采砂n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n全市478座橋，

5、41座有安全隱患n公路橋梁“透支生命” 2003-9-16龍崗腳手架1死17傷問題n有什么解決辦法？n天災(zāi)：氣象、海洋、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)n有何技術(shù)途徑？n人禍：法規(guī)、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)土建工程安全現(xiàn)狀和問題n現(xiàn)狀n不容樂觀n存在問題n非技術(shù)問題n技術(shù)問題安全現(xiàn)狀n工民建n設(shè)計(jì)50年，通常2530年需大修，或更短n市政橋梁n設(shè)計(jì)50年，1015年就出現(xiàn)嚴(yán)重破壞n海工n設(shè)計(jì)3050年，515年就出現(xiàn)嚴(yán)重破壞n斜拉橋n設(shè)計(jì)50100年，10年以上的橋就很危險(xiǎn)存在問題n非技術(shù)因素n市場(chǎng)、腐敗、管理、做假n技術(shù)因素n標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置水平低n無耐久性標(biāo)準(zhǔn)n無詳細(xì)監(jiān)測(cè)制度辦公樓樓層設(shè)計(jì)活荷載標(biāo)準(zhǔn)值kgf/m2 2003年

6、起我國(guó)新設(shè)計(jì)的辦公樓樓層活荷載已改為年起我國(guó)新設(shè)計(jì)的辦公樓樓層活荷載已改為200kgf/m2中中國(guó)國(guó)美美國(guó)國(guó)英英國(guó)國(guó)法法德德俄俄加加拿拿大大日日本本澳大澳大利亞利亞意意大大利利 150 240 250 200 240 290 300 340不同建筑物樓層活荷載標(biāo)準(zhǔn)值 kgf/m22003年起我國(guó)新設(shè)計(jì)的住宅、辦公樓樓層活荷載已改為年起我國(guó)新設(shè)計(jì)的住宅、辦公樓樓層活荷載已改為200kgf/m2 體育體育館館辦辦公公樓樓辦公辦公樓樓 門廳門廳公寓公寓住宅住宅房間房間公寓公寓住宅住宅走廊走廊學(xué)學(xué)校校教教室室學(xué)學(xué)校校走走廊廊劇劇院院門門廳廳餐餐廳廳防防火火通通道道中中國(guó)國(guó)350150200150150

7、200250300250同同走走廊廊美美國(guó)國(guó)480240480200480200390480480480安全保證率n活荷載分項(xiàng)系數(shù)：我國(guó)1.4，英國(guó)1.6，美國(guó)1.7n恒載分項(xiàng)系數(shù)： 我國(guó)1.2，美、英1.4 n砼強(qiáng)度分項(xiàng)系數(shù)：我國(guó)1.35，英1.5n鋼材強(qiáng)度分項(xiàng)系數(shù)： 我國(guó)1.08，英、美1.15n設(shè)計(jì)的辦公室樓面活荷載n我國(guó)是英國(guó)的52.5%，美國(guó)的51.5%n材料強(qiáng)度安全系數(shù)n我國(guó)比英美的低約1015%n按美英規(guī)范設(shè)計(jì)比按我國(guó)規(guī)范設(shè)計(jì)n承受活荷載能力的大一倍以上n承受恒載能力高出約15%設(shè)計(jì)結(jié)果差別公路橋梁n以常用車輛作用于30米跨度簡(jiǎn)支梁橋?yàn)槔齨規(guī)范計(jì)算的需承受的活荷載效應(yīng)：n 美國(guó)和

8、英國(guó)規(guī)范分別比我國(guó)規(guī)范大12%和29%n考慮活荷載安全系數(shù)：n我國(guó)1.40，美國(guó)1.75，英國(guó)的1.73n橋梁需承受活荷載效應(yīng)設(shè)計(jì)值：n美國(guó)和英國(guó)規(guī)范分別比我國(guó)規(guī)范大40%和59%n材料設(shè)計(jì)強(qiáng)度：n我國(guó)的設(shè)計(jì)承載能力為美、英的68%和60%2001-3-16石家莊爆炸案n石家莊“316”特大爆炸案是新中國(guó)建立以來死傷人數(shù)最多的爆炸案件，同時(shí)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(jì)損失上千萬元 。 2001-3-16石家莊爆炸案2003-1-27山東章丘燃?xì)獗╪早期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要關(guān)心結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力n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

9、n未按耐久性設(shè)計(jì)n無完善的檢查、監(jiān)測(cè)制度n怎么辦？結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)nStructural Health Monitoring, SHMn航空、航天大型機(jī)械土木n目的：n安全狀況n維護(hù)、維修、加固決策n節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本(1525%)人與建筑物健康特點(diǎn)對(duì)比項(xiàng) 目人建筑物壽命理論壽命120150歲，一般壽命60100，平均壽命約70（中國(guó)，1997年統(tǒng)計(jì)）設(shè)計(jì)壽命50年，一般壽命2040年，平均壽命35年（以國(guó)外橋梁為例）影響因素先天：缺陷、遺傳病先天：設(shè)計(jì)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(jiǎn)單維

10、修即可大病：赴專業(yè)住院詢問初檢住院詳細(xì)檢查診斷治療大缺陷：專業(yè)人員檢測(cè)、詳細(xì)測(cè)算后給出加固方案進(jìn)行加固急?。杭痹\急救中心搶救緊急搶修：專業(yè)人員會(huì)診，然后進(jìn)行快速修補(bǔ)誤診后果：機(jī)能或壽命喪失方案或施工錯(cuò)誤：導(dǎo)致結(jié)構(gòu)更加嚴(yán)重破壞或成臨危結(jié)構(gòu)現(xiàn)代趨勢(shì)或新理念保健定期查體更新保健計(jì)劃耐久性設(shè)在線監(jiān)測(cè)隨時(shí)調(diào)整維護(hù)維修制度保健計(jì)劃：個(gè)性化設(shè)計(jì)健康監(jiān)測(cè)：個(gè)性化處理優(yōu)點(diǎn)：保證正常工作，延長(zhǎng)生命，降低突發(fā)疾病，有效節(jié)約資金優(yōu)點(diǎn)：第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問題，最大限度延長(zhǎng)壽命，避免惡性事故出現(xiàn)，可大大降低運(yùn)營(yíng)費(fèi)用如何實(shí)現(xiàn)？n技術(shù)途徑n完全類似人體健康監(jiān)測(cè), 如心電圖監(jiān)測(cè)n24hr監(jiān)測(cè)儀數(shù)據(jù)采集記錄 分析 處理診斷開藥n傳感器

11、數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)分析決策系統(tǒng)n專業(yè)IT技術(shù)傳感器n溫度、濕度、風(fēng)速n應(yīng)力、應(yīng)變、位移、頻率（撓度、振動(dòng)）npH、有害離子（Cl等）n鋼筋腐蝕速率、碳化速率、機(jī)械磨損程度、凍融破壞程度、堿骨料反應(yīng)速度等數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)n形式：分布式n通訊方式：有線、無線n總線：PXI、PCI、Fieldbusn協(xié)議：TCP/IP、OPC數(shù)據(jù)庫(kù)nOraclenSQL Server 2000nInformixnSybasenInterbasenMySqlnProgest數(shù)據(jù)處理與決策系統(tǒng)n多傳感器冗余系統(tǒng)、DM技術(shù)n過濾、轉(zhuǎn)換、結(jié)合模型nDSSn數(shù)據(jù)庫(kù)、模型庫(kù)、知識(shí)庫(kù)、方法庫(kù)n專業(yè)知識(shí)(模型、預(yù)案)n數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、專家系

12、統(tǒng)n各種方法：神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模糊數(shù)學(xué)應(yīng)用現(xiàn)狀n研究：20多年n應(yīng)用：重要、重大土木工程n境外比國(guó)內(nèi)推廣得好n國(guó)內(nèi)對(duì)于新建大壩、大跨度橋梁多實(shí)施SHM，如三峽、小浪底等大壩、青馬、虎門、潤(rùn)揚(yáng)等大橋，對(duì)大型建筑也有部分實(shí)施，如深圳市民中心、高交會(huì)展中心Sunshine Skyway Bridge, Florida, USATsing Ma, Hong Kong(總長(zhǎng)2167m, 主跨長(zhǎng)1377m, 主塔高200m, 199297)丹麥Skovdiget bridge(示范)虎門大橋動(dòng)態(tài)變形監(jiān)測(cè)虎門大橋單點(diǎn)振動(dòng)虎門大橋全橋振動(dòng)虎門大橋車振反應(yīng)虎門大橋車振反應(yīng)虎門大橋24小時(shí)橋形變化新型傳感器

13、的開發(fā)n專業(yè)傳感器n鋼筋腐蝕n位移n復(fù)合沿海地區(qū)建筑健康監(jiān)測(cè)n氯離子的危害n壽命通常比內(nèi)陸要短、鋼筋腐蝕嚴(yán)重n氯離子n海洋、空氣n砂、石、混凝土n檢測(cè)與監(jiān)測(cè)臺(tái)灣海砂屋臺(tái)灣海砂屋n據(jù)臺(tái)灣“內(nèi)政部”營(yíng)建署1999年統(tǒng)計(jì)，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(tái)灣可能有多達(dá)3050萬戶海砂屋n臺(tái)灣民生報(bào)：“驟起的海砂屋風(fēng)暴就像強(qiáng)烈臺(tái)風(fēng)，暴風(fēng)由北而南，籠罩了臺(tái)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”n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(xué)除鹽犧牲陽極保護(hù)中心已開展和進(jìn)行的工作n指南與規(guī)范的制定n土木工程學(xué)會(huì)指南n鐵道部、交通部有關(guān)規(guī)定和規(guī)范n建設(shè)部規(guī)范n技術(shù)服務(wù)n咨詢與檢測(cè)n技術(shù)與設(shè)備現(xiàn)有技術(shù)及設(shè)備n混凝土抵抗氯離子滲透能力評(píng)價(jià)設(shè)備(ASTM C1202)n混凝土中氯離子擴(kuò)散系數(shù)測(cè)定設(shè)備(NEL)n氯離子含量電測(cè)儀(ClCont)n現(xiàn)場(chǎng)分布式模塊化靜態(tài)測(cè)試系統(tǒng)(Fieldpoint)n現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)(PXI_DP)混凝土滲透性電測(cè)儀(ASTM)氯離子擴(kuò)散系數(shù)電測(cè)儀(NEL)氯離子含量檢測(cè)儀(ClCont)現(xiàn)