土建工程安全與結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測課件

土建工程安全與結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測

教學(xué)時間：教學(xué)講師：課堂規(guī)則Open—開放的心態(tài)、積極參與、勇敢發(fā)問

Close—封閉的環(huán)境，不要受外界的干擾，請將手機(jī)關(guān)機(jī)或靜音請勿隨意走動、交談感謝您的配合提綱一、引言二、土建工程安全現(xiàn)狀和問題三、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測四、沿海地區(qū)建筑健康監(jiān)測五、結(jié)語一、引言天災(zāi)（自然力量）臺風(fēng)、海嘯、地震、洪水……可預(yù)報，無法避免損失巨大2004-8-12云娜臺風(fēng)(14#)2004年8月12日在20時在浙江溫嶺石塘登陸的14號臺風(fēng)云娜，是97年以來在國內(nèi)登陸最猛烈的一次臺風(fēng)。在臺風(fēng)“云娜”過境的13個小時里，受災(zāi)人口1299萬人，經(jīng)濟(jì)損失181億元。浙江全省共有164人遇難，失蹤24人。

2004-8-12云娜臺風(fēng)(14#)2004-8-12云娜臺風(fēng)(14#)2005-7-21海棠臺風(fēng)(5#)損失80.93億元,3人死亡，受災(zāi)822萬人。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)殖場沖毀。浙江、福建受災(zāi)最嚴(yán)重。2005-7-21海棠臺風(fēng)(5#)2005-7-21海棠臺風(fēng)(5#)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索馬里：298坦桑尼亞:10肯尼亞：1印度洋海嘯印度洋海嘯印度洋海嘯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

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時28分04秒，四川汶川、北川發(fā)生里氏8.0級地震，地震造成69227人遇難，374643人受傷，17923人失蹤。此次地震為新中國成立以來國內(nèi)破壞性最強(qiáng)、波及范圍最廣、總傷亡人數(shù)最多的地震之一，被稱為“汶川大地震”。2008-5-12汶川大地震2008-5-12汶川大地震

百花大橋位于映秀鎮(zhèn)以南1km左右的岷江右岸,橋長495.55m,最大墩高

30.87m。跨徑組合4×25m+5×25m+50m+3×25m+5×20m+2×20m,平面位于半徑R=150m的左偏圓曲線、192.601m直線以及R=66m的右偏圓曲線上。2008-5-12汶川大地震

廟子坪大橋為都汶高速公路上的一座跨越都江堰紫坪壩庫區(qū)的高墩大跨橋梁,距映秀29km,主橋為連續(xù)剛構(gòu),全長1436m,橋墩高108余m,引橋為50m先簡支后連續(xù)橋梁(橋面連續(xù))組成,共19跨,每跨引橋由10片T梁組成,每片T梁重達(dá)140t。地震時廟子坪大橋還沒有通車,但主體結(jié)構(gòu)已完工。2008-5-12汶川大地震

小魚洞大橋位于彭州市小魚洞鎮(zhèn),全橋總長187m,其中主橋為4×40m剛架拱,橋?qū)?2m,橫橋向由5片拱肋組成。2008-5-12汶川大地震

井田壩大橋位于青川縣白龍湖水庫,主跨為2×75m鋼筋混凝土截面懸鏈線雙曲拱,橋位地處斷層的下盤,由于拱肋的起拱線較高,在河道中央設(shè)有1個高橋墩。2013.4·20雅安地震2013.4·20雅安地震北京時間2013年4月20日8時02分四川省雅安市蘆山縣（北緯30.3,東經(jīng)103.0）發(fā)生7.0級地震。震源深度13公里。震中距成都約100公里。截至2013年4月24日10時，共發(fā)生余震4045次，3級以上余震103次，最大余震5.7級。受災(zāi)人口152萬，受災(zāi)面積12500平方公里。地震共計造成196人死亡，失蹤21人，11470人受傷。2013.4·20雅安地震2013.4·20雅安地震4月29日，蘆山縣大川鎮(zhèn)突降大雨，受地震影響形成4000余立方米堰塞湖的黑水河排險施工現(xiàn)場再次面臨山體崩塌、巨石堵塞河道的危險，官兵緊急爆破2013.4·20雅安地震拆除危房，防止房屋垮塌帶來二次災(zāi)害人禍（人為因素）無意、蓄意瀆職、“圖財害命”可以避免或加以控制1999.1.4綦江彩虹橋死40人18名武警戰(zhàn)士、22名群眾死亡2002-8-27臺灣高屏斷橋22人死亡,17臺車落水

事故主因開采河川砂石超過限度，導(dǎo)致河床嚴(yán)重下陷，最高達(dá)8米，橋基嚴(yán)重裸露，加上保護(hù)維修不當(dāng)而導(dǎo)致意外。2003-11-3衡州大廈大火造成11名官兵受傷，20名官兵犧牲2003-11-3衡州大廈大火2003-11-3衡陽大火聯(lián)合調(diào)查組認(rèn)定，導(dǎo)致大廈坍塌的根本原因是大火燃燒時，大廈西部偏北的5根柱子損毀嚴(yán)重，這5根柱子在重載的壓力下倒塌，繼而引起衡州大廈3000多平方米建筑的坍塌。從聯(lián)合調(diào)查組了解到，坍塌的衡州大廈建筑質(zhì)量存在問題，在大廈的一些局部地方，鋼筋數(shù)量比較少，用的鋼筋沒有按照標(biāo)準(zhǔn)配備那么粗，在澆注大廈西南部位的時候，用了20噸不合格的水泥。2004-5-23法國戴高樂機(jī)場事故2E候機(jī)廳2003-6-17落成6死多傷，含2名中國同胞。事故主因?qū)ε既恍园踩禂?shù)不足導(dǎo)致了候機(jī)廳頂棚坍塌2007-8-13湖南鳳凰橋垮塌事件始末沱江橋為大型四跨石拱橋，橋身設(shè)計長328米，跨度為4孔，每孔65米，高42米，計劃投資1200萬元。剛剛建成還沒使用大橋,施工人員正在拆卸腳手架時突然坍塌。隨著一聲巨響,煙塵升空,大石橋就像被砸斷了“背脊”橫臥在沱江河床里。123名施工人員幾乎有半數(shù)人遇難，現(xiàn)場到處是大大小小的亂石堆，數(shù)十臺挖掘機(jī)、吊車、裝載機(jī)、渣土車正在現(xiàn)場進(jìn)行清理和搜救。2007-8-13湖南鳳凰橋垮塌2007-8-13湖南鳳凰橋垮塌鳳凰大橋坍塌原因討論施工過程中出現(xiàn)偷工減料、橋墩下沉腳手架下沉、養(yǎng)護(hù)不當(dāng)?shù)确N種問題。另外，石拱橋所用石料規(guī)格不一，水泥和沙子攪拌不均勻。橋墩橫斷面上可以看出，橋梁并沒有埋設(shè)鋼筋，現(xiàn)場工人也表示橋梁中并沒有鋼筋。整個橋體除橋墩斷成幾截外，其余部分幾乎全部成渣狀落地。多位村民證實，橋體坍塌時濺起巨大灰塵。所以，不少人懷疑用于黏合石塊的灰粉也不合格。盲目趕工期，導(dǎo)致慘劇發(fā)生。按照計劃，鳳凰堤溪沱江大橋8月底舉行竣工通車典禮。據(jù)透露，當(dāng)時鳳大公路公司與監(jiān)理處的質(zhì)量目標(biāo)是：工程一次性驗收合格率達(dá)100%，部分項目工程優(yōu)良率達(dá)到95%，力爭將鳳大公路打造成湘西第一精品路；要為50年州慶獻(xiàn)上一份賀禮。諸多問題出現(xiàn)后，施工方、監(jiān)理方仍然熟視無睹，抱著僥幸心理無所畏懼地繼續(xù)搶工期。唯一值得慶幸的是，大橋不是在萬人集會的州慶大典上坍塌，否則死傷會更大。問題有什么解決辦法？天災(zāi)：氣象、海洋、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報……人禍：法規(guī)、規(guī)劃、設(shè)計、監(jiān)測……二、土建工程安全現(xiàn)狀和問題現(xiàn)狀不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(shè)計50年，通常25~30年需大修，或更短市政橋梁設(shè)計50~100年，許多10~15年就出現(xiàn)嚴(yán)重破壞海工建筑設(shè)計30~50年，許多5～15年就出現(xiàn)嚴(yán)重破壞公路橋梁設(shè)計50~100年，一些10年以上的橋就有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(biāo)準(zhǔn)設(shè)置水平低無耐久性標(biāo)準(zhǔn)無詳細(xì)監(jiān)測制度辦公樓樓層設(shè)計活荷載標(biāo)準(zhǔn)值kgf/m2

2003年起我國新設(shè)計的辦公樓樓層活荷載已改為200kgf/m2中國美國英國法德俄加拿大日本澳大利亞意大利

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340不同建筑物樓層活荷載標(biāo)準(zhǔn)值kgf/m22003年起我國新設(shè)計的住宅、辦公樓樓層活荷載已改為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(xué)校教室學(xué)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(qiáng)度分項系數(shù)：我國1.35，英1.5鋼材強(qiáng)度分項系數(shù)：我國1.08，英、美1.15設(shè)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(qiáng)度安全系數(shù)我國比英美的低約10~15%按美英規(guī)范設(shè)計比按我國規(guī)范設(shè)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(shè)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(yīng)：美國和英國規(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(yīng)設(shè)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(shè)計強(qiáng)度：我國的設(shè)計承載能力為美、英的68%和60%其它技術(shù)原因未按耐久性設(shè)計

無完善的檢查、監(jiān)測制度

怎么辦？<<混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范>>GB/T50476-2008定期檢查\健康監(jiān)測三、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測StructuralHealthMonitoring,SHM航空、航天大型機(jī)械土木目的：安全狀況維護(hù)、維修、加固決策節(jié)約運營成本(15~25%)

特大、長大橋梁的結(jié)構(gòu)長期監(jiān)測是重中之重。特大、長大橋梁往往是一地的交通要道，對當(dāng)?shù)氐膰窠?jīng)濟(jì)和社會發(fā)展擔(dān)負(fù)著重要的疏通作用。而隨著設(shè)計、工法、材料、超載、地震、臺風(fēng)、初始缺陷等方面的問題或老化積累，大多數(shù)的特大、長大橋梁正進(jìn)入或已處于關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)健康風(fēng)險期。

《交通運輸部關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理的若干意見》（交公路發(fā)2013〔321〕號）明確指出：

特大、特殊結(jié)構(gòu)和特別重要橋梁的養(yǎng)管單位，要利用現(xiàn)代信息技術(shù)，建立符合自身特點的養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)和健康監(jiān)測系統(tǒng)。

經(jīng)過改革開放30多年的發(fā)展，我國公路橋梁建設(shè)取得了舉世矚目的成就。截至2014年年底，我國公路橋梁總數(shù)已達(dá)75.71萬座，4257.89萬延米。目前，僅黃河上已建和在建的大橋已達(dá)228座，長江上達(dá)到162座。橋梁健康監(jiān)測如何實現(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)＋I(xiàn)T技術(shù)傳感器溫度、濕度、風(fēng)速應(yīng)力、應(yīng)變位移、頻率（撓度、振動）傳感器pH、有害離子（Cl－等）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)形式：分布式通訊方式：有線、無線總線：PXI、PCI、Fieldbus……協(xié)議：TCP/IP、OPC……數(shù)據(jù)庫OracleSQLServer2000InformixSybaseInterbaseMySqlProgest……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（決策支持系統(tǒng)，具有智能作用的人機(jī)系統(tǒng)

）數(shù)據(jù)庫、模型庫、知識庫、方法庫專業(yè)知識(模型、預(yù)案)數(shù)據(jù)倉庫、專家系統(tǒng)各種方法：神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模糊數(shù)學(xué)、層次分析……應(yīng)用現(xiàn)狀研究：~40多年應(yīng)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(yáng)、江陰大橋、蘇通長江大橋、佛山平勝大橋等大橋，對大型建筑也有部分實施，如深圳市民中心、高交會展中心……目前，我國已有140余座大橋(包括260余座中小橋梁）安裝橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)SunshineSkywayBridge,Florida,USATsingMa,HongKong

(總長2167m,主跨長1377m,主塔高200m,1992~97)丹麥Skovdigetbridge(示范)

平勝大橋長期健康監(jiān)測系統(tǒng)平勝大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)介紹子系統(tǒng)名稱傳感器種類主要配套設(shè)備結(jié)構(gòu)應(yīng)變及溫度監(jiān)測子系統(tǒng)光纖光柵應(yīng)變傳感器光纖光柵溫度傳感器多通道光纖光柵解調(diào)儀振動監(jiān)測子系統(tǒng)力平衡加速度傳感器信號調(diào)理器嵌入式智能數(shù)據(jù)采集儀結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測子系統(tǒng)GPS測站GPS基站風(fēng)速風(fēng)向監(jiān)測子系統(tǒng)三向超聲風(fēng)速儀接口轉(zhuǎn)換模塊環(huán)境溫濕度監(jiān)測子系統(tǒng)數(shù)字式環(huán)境溫濕度傳感器接口轉(zhuǎn)換模塊動態(tài)稱重子系統(tǒng)動態(tài)地秤數(shù)據(jù)采集及控制主機(jī)視頻監(jiān)控子系統(tǒng)攝像儀視頻服務(wù)器接口轉(zhuǎn)換模塊

平勝大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)平勝大橋整體監(jiān)測界面

平勝大橋塔偏位及加勁梁變形監(jiān)測平勝大橋塔偏位及加勁梁變形監(jiān)測平勝大橋鋼箱梁應(yīng)變監(jiān)測平勝大橋鋼箱梁應(yīng)變監(jiān)測

平勝大橋環(huán)境風(fēng)速風(fēng)向監(jiān)測平勝大橋環(huán)境風(fēng)速風(fēng)向監(jiān)測平勝大橋振動監(jiān)測平勝大橋振動監(jiān)測平勝大橋溫濕度監(jiān)測

平勝大橋溫濕度監(jiān)測平勝大橋車載監(jiān)測

平勝大橋車載監(jiān)測

平勝大橋視頻監(jiān)控

平勝大橋數(shù)據(jù)查詢與統(tǒng)計—數(shù)據(jù)查詢

平勝大橋數(shù)據(jù)查詢與統(tǒng)計—對比查詢平勝大橋數(shù)據(jù)查詢與統(tǒng)計—車載統(tǒng)計平勝大橋數(shù)據(jù)查詢與統(tǒng)計—預(yù)警管理

平勝大橋健康狀態(tài)評估新型傳感器的開發(fā)專業(yè)傳感器鋼筋腐蝕位移復(fù)合傳感器……新型傳感器的開發(fā)四、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(yán)重氯離子海洋、空氣砂、石、混凝土檢測與監(jiān)測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