工程安全與結構健康監(jiān)測培訓課件

工程安全與結構健康監(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提綱引言土建工程安全現狀和問題結構健康監(jiān)測沿海地區(qū)建筑健康監(jiān)測結語引言天災（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、44.85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,遇難人數達到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印度洋海嘯遇難總人數約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索馬里：298坦桑尼亞:10肯尼亞：1印度洋洋海嘯嘯1976-7-28唐山大大地震震唐山大大地震震，是是迄今今為止止四百百多年年世界界地震震史上上最悲悲慘的的一頁頁:死亡：：24萬2千7百69人重重傷傷：16萬4千8百51人唐山大大地震震2004-5-27湖北清清江大大龍?zhí)短毒砭碜?8人，14人下落落不明明2004-5-31重慶1天1億2004-6-15四川渠渠縣教教室傷傷28人禍（（人為為因素素）無意、、蓄意意瀆職、、“圖財害害命”可以避避免或或加以以控制制2003-11-3衡陽大大火1996四川綦綦江彩彩虹橋橋死死402004-5-23法國戴戴高樂樂機場場2003-6-17落成6死多傷傷2國人2004-6-19內江9年房屋屋成危危房2003-5-12延安寶寶塔區(qū)區(qū)水壩壩3年2002-6-9西安灞灞河大大橋150m2002-8-27臺灣高高屏斷斷橋22人死亡亡，16部車，，22年，，采采砂砂深圳圳地地區(qū)區(qū)2004-6-15龍崗崗坑坑坪坪年年豐豐大大橋橋兩根根橋橋柱柱齊齊根根斷斷裂裂全面面體體檢檢全市市478座橋橋，，41座有有安安全全隱隱患患公路路橋橋梁梁“透支支生生命命”2003-9-16龍崗崗腳腳手手架架1死17傷問題題有什什么么解解決決辦辦法法？？天災災：：氣氣象象、、海海洋洋、、地地質質災災害害預預報報………有何何技技術術途途徑徑？？人禍禍：：法法規(guī)規(guī)、、規(guī)規(guī)劃劃、、設設計計、、監(jiān)監(jiān)測測………土建建工工程程安安全全現現狀狀和和問問題題現狀狀不容容樂樂觀觀存在在問問題題非技技術術問問題題技術術問問題題安全全現現狀狀工民民建建設計計50年，，通通常常25~30年需需大大修修，，或或更更短短市政政橋橋梁梁設計計50年，10~15年就出出現嚴嚴重破破壞海工設計30~50年，5～15年就出出現嚴嚴重破破壞斜拉橋橋設計50~100年，10年以上上的橋橋就很很危險險存在問問題非技術術因素素市場、、腐敗敗、管管理、、做假假技術因因素標準設設置水水平低低無耐久久性標標準無詳細細監(jiān)測測制度度辦公樓樓樓層層設計計活荷荷載標標準值值kgf/m22003年起我國國新設計計的辦公公樓樓層層活荷載載已改為為200kgf/m2中國美國英國法德俄加拿大日本澳大利亞意大利150240250200240290300340不同建筑筑物樓層層活荷載載標準值值kgf/m22003年起我國國新設計計的住宅宅、辦公公樓樓層層活荷載載已改為為200kgf/m2

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350150200150150200250300250同走廊美國480240480200480200390480480480安全保證證率活荷載分分項系數數：我國國1.4，英國1.6，美國1.7恒載分項項系數：：我我國1.2，美、英英1.4砼強度分分項系數數：我國國1.35，英1.5鋼材強度度分項系系數：我我國1.08，英、美美1.15設計的辦辦公室樓樓面活荷荷載我國是英英國的52.5%，美國的的51.5%材料強度度安全系系數我國比英英美的低低約10~15%按美英規(guī)規(guī)范設計計比按我我國規(guī)范范設計承受活荷載載能力的大大一倍以上上承受恒載能能力高出約約15%設計結果差差別公路橋梁以常用車輛輛作用于30米跨度簡支支梁橋為例例規(guī)范計算的的需承受的的活荷載效效應：美國和英國國規(guī)范分別別比我國規(guī)規(guī)范大12%和29%考慮活荷載載安全系數數：我國1.40，美國1.75，英國的1.73橋梁需承受受活荷載效效應設計值值：美國和英國國規(guī)范分別別比我國規(guī)規(guī)范大40%和59%材料設計強強度：我國的設計計承載能力力為美、英英的68%和60%2001-3-16石家莊爆炸炸案石家莊“3·16”特大爆炸案案是新中國國建立以來來死傷人數數最多的爆爆炸案件，，同時有5處發(fā)生爆炸炸，造成108人死亡，38人受傷，數數座房屋被被損，直接接經濟損失失上千萬元元。2001-3-16石家莊爆炸炸案2003-1-27山東章丘燃燃氣爆炸早期結構設設計主要關關心結構構構件承載力力建筑物安全全性不足主主要是由于于結構缺乏乏整體牢固固性。主要技術原原因其它技術原原因未按耐久性性設計無完善的檢檢查、監(jiān)測測制度怎么辦？結構健康監(jiān)監(jiān)測StructuralHealthMonitoring,SHM航空、航天天大型機械械土木目的：安全狀況維護、維修修、加固決決策節(jié)約運營成成本(15~25%)人與建筑物物健康特點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、遺傳病先天：設計不合理后天：疾病、缺乏鍛煉后天：施工質量差、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病：赴專業(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病：急診／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：導致結構更加嚴重破壞或成臨危結構現代趨勢或新理念保健＋定期查體－更新保健計劃耐久性設＋在線監(jiān)測－隨時調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)現問題，最大限度延長壽命，避免惡性事故出現，可大大降低運營費用如何實現？？技術途徑完全類似人人體健康監(jiān)監(jiān)測,如心電圖監(jiān)監(jiān)測24hr監(jiān)測儀數據采集集記錄分析處理診斷開開藥傳感器＋數數據采集＋＋數據庫＋＋數據分析析＋決策系系統專業(yè)＋IT技術傳感器溫度、濕度度、風速應力、應變變、位移、、頻率（撓撓度、振動動）pH、有害離子子（Cl－等）鋼筋腐蝕速速率、碳化化速率、機機械磨損程程度、凍融融破壞程度度、堿－骨骨料反應速速度等數據采集系系統形式：分布布式通訊方式：：有線、無無線總線：PXI、PCI、Fieldbus……協議：TCP/IP、OPC……數據庫OracleSQLServer2000InformixSybaseInterbaseMySqlProgest……數據處理與與決策系統統多傳感器冗冗余系統、、DM技術過濾、轉換換、結合模模型DSS數據庫、模模型庫、知知識庫、方方法庫專業(yè)知識(模型、預案案)數據倉庫、、專家系統統各種方方法：：神經經元網網絡、、遺傳傳算法法、模模糊數數學……應用現現狀研究：：~20多年應用：：重要要、重重大土土木工工程境外比比國內內推廣廣得好好國內對對于新新建大大壩、、大跨跨度橋橋梁多多實施施SHM，如三三峽、、小浪浪底等等大壩壩、青青馬、、虎門門、潤潤揚等等大橋橋，對對大型型建筑筑也有有部分分實施施，如如深圳圳市民民中心心、高高交會會展中中心……SunshineSkywayBridge,Florida,USATsingMa,HongKong(總長2167m,主跨長長1377m,主塔高高200m,1992~97)丹麥Skovdigetbridge(示范)虎門大大橋動動態(tài)變變形監(jiān)監(jiān)測虎門大大橋單單點振振動虎門大大橋全全橋振振動虎門大大橋車車振反反應虎門大大橋24小時橋橋形變變化新型傳傳感器器的開開發(fā)專業(yè)傳傳感器器鋼筋腐腐蝕位移復合……沿海地地區(qū)建建筑健健康監(jiān)監(jiān)測氯離子子的危危害壽命通通常比比內陸陸要短短、鋼鋼筋腐腐蝕嚴嚴重氯離子子海洋、、空氣氣砂、石石、混混凝土土檢測與與監(jiān)測測臺灣海海砂屋屋臺灣海海砂屋屋據臺灣灣“內政部部”營建署署1999年統計計，至至少有有超過過2200戶海砂砂屋，，而1994年工業(yè)業(yè)技術術研究究院研研究指指出，，全臺臺灣可可能有有多達達30~50萬戶海海砂屋屋臺灣《民生報報》：“驟起的的海砂砂屋風風暴就就像強強烈臺臺風，，暴風風由北北而南南，籠籠罩了了臺灣灣……生銹化化膿的的黃褐褐色鐵鐵水從從龜裂裂處逐逐一滲滲出，，裸露露的腐腐蝕鋼鋼筋再再也支支撐不不住……，家毀毀人亡亡的陰陰影壓壓得讓讓人喘喘不過過氣來來”寧波、、舟山、、汕頭頭、威威海、、深圳圳均出出現海海砂屋屋！寧波北北侖港港碼頭頭混凝凝土梁梁(11年)電化學學除鹽鹽犧牲陽陽極保保護中心已已開展展和進進行的的工作作指南與與規(guī)范范的制制定土木工工程學學會指指南鐵道部部、交交通部部有關關規(guī)定定和規(guī)規(guī)范建設部部規(guī)范范技術術服服務務咨詢詢與與檢檢測測技術術與與設設備備現有有技技術術及及設設備備混凝凝土土抵抵抗抗氯氯離離子子滲滲透透能能力力評評價價設設備備(ASTMC1202)混凝凝土土中中氯氯離離子子擴擴散散系系數數測測定定設設備備(NEL)氯離離子子含含量量電電測測儀儀(ClCont)現場場分分布布式式模模塊塊化化靜靜態(tài)態(tài)測測試試系系統統(Fieldpoin