1、工程安全与结构健康监测,路新瀛清华大学深圳研究生院土建工程安全研究中心2005-7-24,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,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,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,海棠_福建,福建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
2、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.,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, 堤防1112处、203.0公里, 决口653处、46.6公里, 小水电站60座,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
3、。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,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,印度洋海啸,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：24万2千7百69人 重伤：16万4千8百51人,唐山大地震,2004-5-27湖北
4、清江大龙潭卷走18人，14人下落不明,2004-5-31重庆1天1亿,2004-6-15四川渠县教室伤28,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,2003-11-3衡阳大火,1996 四川綦江彩虹桥 死40,2004-5-23 法国戴高乐机场,2003-6-17落成 6死多伤 2国人,2004-6-19内江9年房屋成危房,2003-5-12 延安宝塔区水坝3年,2002-6-9 西安灞河大桥 150m,2002-8-27台湾高屏断桥22人死亡，16部车，22年，采砂,深圳地区,2004-6-15龙岗坑坪年丰大桥,两根桥柱齐根断裂,全面体检,全市478座桥，41座有安全
5、隐患公路桥梁“透支生命”,2003-9-16龙岗脚手架1死17伤,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,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,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,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,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200
6、kgf/m2,不同建筑物楼层活荷载标准值 kgf/m2,2003年起我国新设计的住宅、办公楼楼层活荷载已改为200kgf/m2,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,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,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：
7、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1.75，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%,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 。,2001-3-16石家庄爆炸案,2003-1-27山东章丘燃气爆炸,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,其它技术原因
8、,未按耐久性设计无完善的检查、监测制度怎么办？,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%),人与建筑物健康特点对比,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,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,数据采集系统,形式：分布式通讯方式：有线、无线总线：PXI
9、、PCI、Fieldbus协议：TCP/IP、OPC,数据库,OracleSQL Server 2000InformixSybaseInterbaseMySqlProgest,数据处理与决策系统,多传感器冗余系统、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,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,Sunshine Skyway
10、Bridge, Florida, USA,Tsing Ma, Hong Kong(总长2167m, 主跨长1377m, 主塔高200m, 199297),丹麦Skovdiget bridge(示范),虎门大桥动态变形监测,虎门大桥单点振动,虎门大桥全桥振动,虎门大桥车振反应,虎门大桥24小时桥形变化,新型传感器的开发,专业传感器钢筋腐蚀位移复合,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,台湾海砂屋,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3
11、050万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！,宁波北仑港码头混凝土梁(11年),电化学除盐,牺牲阳极保护,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,现有技术及设备,混凝土抵抗氯离子渗透能力评价设备(ASTM C1202)混凝土中氯离子扩散系数测定设备(NEL)氯离子含量电测仪(ClCont)现场分布式模块化静态测试系统(Fieldpoint)现场动态测试系统(PXI_DP),混凝土渗透性电测仪(ASTM),氯离子扩散系数电测仪(NEL),氯离子含量检测仪(ClCont),现场静态测试系统,现场动态测试系统,正在进行的工作,专业传感器渗透、钢筋腐蚀、硫酸盐腐蚀.软件布点优化、实时海量数据库、数据分析及决策系统工程类型桥梁、隧道、超高层建筑、埋地管线,结语,工程安全问题是关系人民生命财产安全的大问题，全社会都应关注，并从自己做起。健康监测是保证工程安全的技术途径之一，有条件的应尽可能利用。沿海地区应更加关注工程安全问题、以及结构健康监测技术的发展和应用。,欢迎大家到中心参观指导,请批评指正，谢谢！,
