工程安全与结构健康监测课件

1、工程安全与结构健康监测2022/9/24工程安全与结构健康监测工程安全与结构健康监测2022/9/24工程安全与结构健康监提纲引言土建工程安全现状和问题结构健康监测沿海地区建筑健康监测结语工程安全与结构健康监测提纲引言工程安全与结构健康监测引言天灾（自然力量）台风、海啸、地震、洪水损失巨大可预报，无法避免工程安全与结构健康监测引言天灾（自然力量）工程安全与结构健康监测2005-7-21 海棠台风(5#)损失80.93亿元, 浙江已有3人死亡民航、交通、供电中断，城区进水、房屋倒塌、农田受淹、养殖场冲毁工程安全与结构健康监测2005-7-21 海棠台风(5#)损失80.93亿元, 浙海棠_福建福

2、建26.33亿, 受灾213.41万人, 紧急转移86.3万人, 受伤21人水利设施2.97亿, 房屋倒塌0.63万间, 损坏1.77万间,公路中断50条次, 毁坏路基187.02公里; 损坏堤防305处、44.85公里, 堤防决口19处、1.4公里; 损坏护岸、灌溉设施1348处; 损坏水闸、水文测站、机电泵站、水电站238座, 冲毁塘坝110座.工程安全与结构健康监测海棠_福建福建26.33亿, 受灾213.41万人, 紧急转海棠_浙江浙江达54.6亿元, 水利设施5.82亿，交通电力通讯设施18.1亿, 受灾609.2万人房屋倒塌5710间, 447条公路中断, 损坏路基598.2公里,

3、 堤防1112处、203.0公里, 决口653处、46.6公里, 小水电站60座工程安全与结构健康监测海棠_浙江浙江达54.6亿元, 水利设施5.82亿，交通电力2004-8-16 云娜台风(14#)我国1956年来最强的台风, 遇难人数达到164人, 因房屋倒塌的109人，因山洪暴发、泥石流的28人，被风刮倒的9人，遭洪水的12人，因电杆吹倒或触电的5人，其它原因1人。本地居民144人，外来务工20人。浙江75个县（市、区）、765个乡（镇）受灾，受灾人数超过859万人有4.24万间房屋倒塌，8.8万间房屋损坏502条公路中断，毁坏路基505公里工程安全与结构健康监测2004-8-16 云娜

4、台风(14#)我国1956年来最强的工程安全与结构健康监测工程安全与结构健康监测工程安全与结构健康监测工程安全与结构健康监测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工程安全与结构健康监测2004-12-26 印度洋海啸 遇难总人数约30万人工程安印度洋海啸工程安全与结构健康监测印度洋海啸工程安全与结构健康监测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

5、69人 重伤：16万4千8百51人工程安全与结构健康监测1976-7-28 唐山大地震唐山大地震，是迄今为止四百多年唐山大地震工程安全与结构健康监测唐山大地震工程安全与结构健康监测2004-5-27湖北清江大龙潭卷走18人，14人下落不明工程安全与结构健康监测2004-5-27湖北清江大龙潭卷走18人，14人下落不明2004-5-31重庆1天1亿工程安全与结构健康监测2004-5-31重庆1天1亿工程安全与结构健康监测2004-6-15四川渠县教室伤28工程安全与结构健康监测2004-6-15四川渠县教室伤28工程安全与结构健康监测人祸（人为因素）无意、蓄意渎职、“图财害命”可以避免或加以控制

6、工程安全与结构健康监测人祸（人为因素）工程安全与结构健康监测2003-11-3衡阳大火工程安全与结构健康监测2003-11-3衡阳大火工程安全与结构健康监测1996 四川綦江彩虹桥 死40工程安全与结构健康监测1996 四川綦江彩虹桥 死40工程安全与结构健康监测2004-5-23 法国戴高乐机场工程安全与结构健康监测2004-5-23 法国戴高乐机场工程安全与结构健康监测2003-6-17落成 6死多伤 2国人工程安全与结构健康监测2003-6-17落成 6死多伤 2国人工程安全与结构健康监2004-6-19内江9年房屋成危房工程安全与结构健康监测2004-6-19内江9年房屋成危房工程安全

7、与结构健康监测2003-5-12 延安宝塔区水坝3年工程安全与结构健康监测2003-5-12 延安宝塔区水坝3年工程安全与结构健康监测2002-6-9 西安灞河大桥 150m工程安全与结构健康监测2002-6-9 西安灞河大桥 150m工程安全与结构健康监2002-8-27台湾高屏断桥22人死亡，16部车，22年，采砂工程安全与结构健康监测2002-8-27台湾高屏断桥22人死亡，16部车，22年深圳地区工程安全与结构健康监测深圳地区工程安全与结构健康监测2004-6-15龙岗坑坪年丰大桥工程安全与结构健康监测2004-6-15龙岗坑坪年丰大桥工程安全与结构健康监测两根桥柱齐根断裂 工程安全与

8、结构健康监测两根桥柱齐根断裂 工程安全与结构健康监测全面体检全市478座桥，41座有安全隐患公路桥梁“透支生命” 工程安全与结构健康监测全面体检全市478座桥，41座有安全隐患工程安全与结构健康监2003-9-16龙岗脚手架1死17伤工程安全与结构健康监测2003-9-16龙岗脚手架1死17伤工程安全与结构健康监测问题有什么解决办法？天灾：气象、海洋、地质灾害预报有何技术途径？人祸：法规、规划、设计、监测工程安全与结构健康监测问题有什么解决办法？工程安全与结构健康监测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工程安全与结构健康监测土建工程安全现状和问题现状工程安全与结构健康监

9、测安全现状工民建设计50年，通常2530年需大修，或更短市政桥梁设计50年，1015年就出现严重破坏海工设计3050年，515年就出现严重破坏斜拉桥设计50100年，10年以上的桥就很危险工程安全与结构健康监测安全现状工民建工程安全与结构健康监测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工程安全与结构健康监测存在问题非技术因素工程安全与结构健康监测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 150 240 250 200 240 290 300

10、340工程安全与结构健康监测办公楼楼层设计活荷载标准值kgf/m2 2003年起我国新设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工程安全与结构健康监测不同建筑物楼层活荷载标准值 kgf/m22003年起我国新设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

11、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工程安全与结构健康监测安全保证率活荷载分项系数：我国1.4，英国1.6，美国1.7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1015%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%设计结果差别工程安全与结构健康监测设计的办公室楼面活荷载设计结果差别工程安全与结构健康监测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

12、.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%工程安全与结构健康监测公路桥梁以常用车辆作用于30米跨度简支梁桥为例工程安全与结构2001-3-16石家庄爆炸案石家庄“316”特大爆炸案是新中国建立以来死伤人数最多的爆炸案件，同时有5处发生爆炸，造成108人死亡，38人受伤，数座房屋被损，直接经济损失上千万元 。 工程安全与结构健康监测2001-3-16石家庄爆炸案石家庄“316”特大爆炸案是2001-3-16石家庄爆炸案工程安全与结构健康监测2001-3-16石家庄爆炸案工程安全与结构健康监

13、测2003-1-27山东章丘燃气爆炸工程安全与结构健康监测2003-1-27山东章丘燃气爆炸工程安全与结构健康监测早期结构设计主要关心结构构件承载力建筑物安全性不足主要是由于结构缺乏整体牢固性。主要技术原因工程安全与结构健康监测早期结构设计主要关心结构构件承载力主要技术原因工程安全与结构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？工程安全与结构健康监测其它技术原因未按耐久性设计工程安全与结构健康监测结构健康监测Structural Health Monitoring, 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(1525%)工程安全与结构健康监测结构

14、健康监测Structural Health Monito人与建筑物健康特点对比项 目人建筑物寿命理论寿命120150岁，一般寿命60100，平均寿命约70（中国，1997年统计）设计寿命50年，一般寿命2040年，平均寿命35年（以国外桥梁为例）影响因素先天：缺陷、遗传病先天：设计不合理后天：疾病、缺乏锻炼后天：施工质量差、缺乏检查环境：污染环境：使用环境变化恶劣健康检查小病：赴普通医院询问检查诊断处方服药小缺陷：普通检查后简单维修即可大病：赴专业住院询问初检住院详细检查诊断治疗大缺陷：专业人员检测、详细测算后给出加固方案进行加固急病：急诊急救中心抢救紧急抢修：专业人员会诊，然后进行快速修补误

15、诊后果：机能或寿命丧失方案或施工错误：导致结构更加严重破坏或成临危结构现代趋势或新理念保健定期查体更新保健计划耐久性设在线监测随时调整维护维修制度保健计划：个性化设计健康监测：个性化处理优点：保证正常工作，延长生命，降低突发疾病，有效节约资金优点：第一时间发现问题，最大限度延长寿命，避免恶性事故出现，可大大降低运营费用工程安全与结构健康监测人与建筑物健康特点对比项 目人建筑物寿命理论寿命1201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技术工程安全与结构健康监测如何实现？技术途径工程安全与结构

16、健康监测传感器温度、湿度、风速应力、应变、位移、频率（挠度、振动）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、碱骨料反应速度等工程安全与结构健康监测传感器温度、湿度、风速工程安全与结构健康监测数据采集系统形式：分布式通讯方式：有线、无线总线：PXI、PCI、Fieldbus协议：TCP/IP、OPC工程安全与结构健康监测数据采集系统形式：分布式工程安全与结构健康监测数据库OracleSQL Server 2000InformixSybaseInterbaseMySqlProgest工程安全与结构健康监测数据库Oracle工程安全与结构健康监测数据处理与决策系统多

17、传感器冗余系统、DM技术过滤、转换、结合模型DSS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、模糊数学工程安全与结构健康监测数据处理与决策系统多传感器冗余系统、DM技术工程安全与结构健应用现状研究：20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、高交会展中心工程安全与结构健康监测应用现状研究：20多年工程安全与结构健康监测Sunshine Skyway Bridge, Florida, USA工程安全与结构健

18、康监测Sunshine Skyway Bridge, FloridTsing Ma, Hong Kong(总长2167m, 主跨长1377m, 主塔高200m, 199297)工程安全与结构健康监测Tsing Ma, Hong Kong(总长2167m, 丹麦Skovdiget bridge(示范)工程安全与结构健康监测丹麦Skovdiget bridge(示范)工程安全与结构健工程安全与结构健康监测工程安全与结构健康监测工程安全与结构健康监测工程安全与结构健康监测虎门大桥动态变形监测工程安全与结构健康监测虎门大桥动态变形监测工程安全与结构健康监测虎门大桥单点振动工程安全与结构健康监测虎门大桥

19、单点振动工程安全与结构健康监测虎门大桥全桥振动工程安全与结构健康监测虎门大桥全桥振动工程安全与结构健康监测虎门大桥车振反应工程安全与结构健康监测虎门大桥车振反应工程安全与结构健康监测虎门大桥24小时桥形变化工程安全与结构健康监测虎门大桥24小时桥形变化工程安全与结构健康监测新型传感器的开发专业传感器钢筋腐蚀位移复合工程安全与结构健康监测新型传感器的开发专业传感器工程安全与结构健康监测工程安全与结构健康监测工程安全与结构健康监测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、混凝土检测与监测工程安全与结构健康监测沿海地区建筑健康监测氯离子的危害工程安全与结

20、构健康监测台湾海砂屋工程安全与结构健康监测台湾海砂屋工程安全与结构健康监测台湾海砂屋据台湾“内政部”营建署1999年统计，至少有超过2200户海砂屋，而1994年工业技术研究院研究指出，全台湾可能有多达3050万户海砂屋台湾民生报：“骤起的海砂屋风暴就像强烈台风，暴风由北而南，笼罩了台湾生锈化脓的黄褐色铁水从龟裂处逐一渗出，裸露的腐蚀钢筋再也支撑不住，家毁人亡的阴影压得让人喘不过气来”宁波、舟山、汕头、威海、深圳均出现海砂屋！工程安全与结构健康监测台湾海砂屋据台湾“内政部”营建署1999年统计，至少有超过2宁波北仑港码头混凝土梁(11年)工程安全与结构健康监测宁波北仑港码头混凝土梁(11年)工程安全与结构健康监测工程安全与结构健康监测工程安全与结构健康监测工程安全与结构健康监测工程安全与结构健康监测电化学除盐工程安全与结构健康监测电化学除盐工程安全与结构健康监测牺牲阳极保护工程安全与结构健康监测牺牲阳极保护工程安全与结构健康监测中心已开展和进行的工作指南与规范的制定土木工程学会指南铁道部、交通部有关规定和规范建设部规范技术服务咨询与检测技术与设备工程安全与结构健康监测中心已开展和进行的工作指南与规范的制定工程安全与结构健康监测现有技术及设备混凝土抵抗氯离子渗透能力评价设