工程安全與結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)

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提綱引言土建工程安全現(xiàn)狀和問題結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)沿海地區(qū)建筑健康監(jiān)測(cè)結(jié)語引言天災(zāi)（自然力量）臺(tái)風(fēng)、海嘯、地震、洪水……損失巨大可預(yù)報(bào)，無法避免2005-7-21海棠臺(tái)風(fēng)(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(jìn)水、房屋倒塌、農(nóng)田受淹、養(yǎng)殖場(chǎng)沖毀海棠_福建福建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、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#)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，其它原因1人。本地居民144人，外來務(wù)工20人。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?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(guó)：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(yè)頁(yè):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(cái)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(guó)戴戴高樂樂機(jī)場(chǎng)場(chǎng)2003-6-17落成6死多傷傷2國(guó)人2004-6-19內(nèi)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(tái)灣高高屏斷斷橋22人死亡亡，16部車，，22年，采采砂深圳地地區(qū)2004-6-15龍崗坑坑坪年年豐大大橋兩根橋橋柱齊齊根斷斷裂全面體體檢全市478座橋，，41座有安安全隱隱患公路橋橋梁“透支生生命”2003-9-16龍崗腳腳手架架1死17傷問題有什么么解決決辦法法？天災(zāi)：：氣象象、海海洋、、地質(zhì)質(zhì)災(zāi)害害預(yù)報(bào)報(bào)……有何技技術(shù)途途徑？？人禍：：法規(guī)規(guī)、規(guī)規(guī)劃、、設(shè)計(jì)計(jì)、監(jiān)監(jiān)測(cè)……土建工程程安全現(xiàn)現(xiàn)狀和問問題現(xiàn)狀不容樂觀觀存在問題題非技術(shù)問問題技術(shù)問題題安全現(xiàn)狀狀工民建設(shè)計(jì)50年，通常常25~30年需大修修，或更更短市政橋梁梁設(shè)計(jì)50年，10~15年就出現(xiàn)現(xiàn)嚴(yán)重破破壞海工設(shè)計(jì)30~50年，5～15年就出現(xiàn)現(xiàn)嚴(yán)重破破壞斜拉橋設(shè)計(jì)50~100年，10年以上的的橋就很很危險(xiǎn)存在問題題非技術(shù)因因素市場(chǎng)、腐腐敗、管管理、做做假技術(shù)因素素標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置置水平低低無耐久性性標(biāo)準(zhǔn)無詳細(xì)監(jiān)監(jiān)測(cè)制度度辦公樓樓樓層設(shè)計(jì)計(jì)活荷載載標(biāo)準(zhǔn)值值kgf/m22003年起我國(guó)國(guó)新設(shè)計(jì)計(jì)的辦公公樓樓層層活荷載載已改為為200kgf/m2中國(guó)美國(guó)英國(guó)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(biāo)準(zhǔn)值值kgf/m22003年起我國(guó)國(guó)新設(shè)計(jì)計(jì)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(xué)校教室學(xué)校走廊劇院門廳餐廳

防火通道中國(guó)350150200150150200250300250同走廊美國(guó)480240480200480200390480480480安全保證證率活荷載分分項(xiàng)系數(shù)數(shù)：我國(guó)國(guó)1.4，英國(guó)1.6，美國(guó)1.7恒載分項(xiàng)項(xiàng)系數(shù)：：我我國(guó)1.2，美、英英1.4砼強(qiáng)度分分項(xiàng)系數(shù)數(shù)：我國(guó)國(guó)1.35，英1.5鋼材強(qiáng)度度分項(xiàng)系系數(shù)：我我國(guó)1.08，英、美美1.15設(shè)計(jì)的辦辦公室樓樓面活荷荷載我國(guó)是英英國(guó)的52.5%，美國(guó)的的51.5%材料強(qiáng)度度安全系系數(shù)我國(guó)比英英美的低低約10~15%按美英規(guī)規(guī)范設(shè)計(jì)計(jì)比按我我國(guó)規(guī)范范設(shè)計(jì)承受活荷荷載能力力的大一一倍以上上承受恒載載能力高高出約15%設(shè)計(jì)結(jié)果果差別公路橋梁梁以常用車車輛作用用于30米跨度簡(jiǎn)簡(jiǎn)支梁橋橋?yàn)槔?guī)范計(jì)算算的需承承受的活活荷載效效應(yīng)：美國(guó)和英英國(guó)規(guī)范范分別比比我國(guó)規(guī)規(guī)范大12%和29%考慮活荷載載安全系數(shù)數(shù)：我國(guó)1.40，美國(guó)1.75，英國(guó)的1.73橋梁需承受受活荷載效效應(yīng)設(shè)計(jì)值值：美國(guó)和英國(guó)國(guó)規(guī)范分別別比我國(guó)規(guī)規(guī)范大40%和59%材料設(shè)計(jì)強(qiáng)強(qiáng)度：我國(guó)的設(shè)計(jì)計(jì)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(guó)國(guó)建立以來來死傷人數(shù)數(shù)最多的爆爆炸案件，，同時(shí)有5處發(fā)生爆炸炸，造成108人死亡，38人受傷，數(shù)數(shù)座房屋被被損，直接接經(jīng)濟(jì)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?xì)獗ㄔ缙诮Y(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)主要關(guān)關(guān)心結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件承載力力建筑物安全全性不足主主要是由于于結(jié)構(gòu)缺乏乏整體牢固固性。主要技術(shù)原原因其它技術(shù)原原因未按耐久性性設(shè)計(jì)無完善的檢檢查、監(jiān)測(cè)測(cè)制度怎么辦？結(jié)構(gòu)健康監(jiān)監(jiān)測(cè)StructuralHealthMonitoring,SHM航空、航天天大型機(jī)械械土木目的：安全狀況維護(hù)、維修修、加固決決策節(jié)約運(yùn)營(yíng)成成本(15~25%)人與建筑物物健康特點(diǎn)點(diǎn)對(duì)比項(xiàng)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(guó)，1997年統(tǒng)計(jì)）設(shè)計(jì)壽命50年，一般壽命20～40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?。ㄆ诓轶w－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)？？技術(shù)途徑完全類似人人體健康監(jiān)監(jiān)測(cè),如心電圖監(jiān)監(jiān)測(cè)24hr監(jiān)測(cè)儀數(shù)據(jù)采集集記錄分析處理診斷開開藥傳感器＋數(shù)數(shù)據(jù)采集＋＋數(shù)據(jù)庫(kù)＋＋數(shù)據(jù)分析析＋決策系系統(tǒng)專業(yè)＋I(xiàn)T技術(shù)傳感器溫度、濕度度、風(fēng)速應(yīng)力、應(yīng)變變、位移、、頻率（撓撓度、振動(dòng)動(dòng)）pH、有害離子子（Cl－等）鋼筋腐蝕速速率、碳化化速率、機(jī)機(jī)械磨損程程度、凍融融破壞程度度、堿－骨骨料反應(yīng)速速度等數(shù)據(jù)采集系系統(tǒng)形式：分布布式通訊方式：：有線、無無線總線：PXI、PCI、Fieldbus……協(xié)議：：TCP/IP、OPC……數(shù)據(jù)庫(kù)庫(kù)OracleSQLServer2000InformixSybaseInterbaseMySqlProgest……數(shù)據(jù)處處理與與決策策系統(tǒng)統(tǒng)多傳感感器冗冗余系系統(tǒng)、、DM技術(shù)過濾、、轉(zhuǎn)換換、結(jié)結(jié)合模模型DSS數(shù)據(jù)庫(kù)庫(kù)、模模型庫(kù)庫(kù)、知知識(shí)庫(kù)庫(kù)、方方法庫(kù)庫(kù)專業(yè)知知識(shí)(模型、、預(yù)案案)數(shù)據(jù)倉(cāng)倉(cāng)庫(kù)、、專家家系統(tǒng)統(tǒng)各種方方法：：神經(jīng)經(jīng)元網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、、遺傳傳算法法、模模糊數(shù)數(shù)學(xué)……應(yīng)用現(xiàn)現(xiàn)狀研究：：~20多年應(yīng)用：：重要要、重重大土土木工工程境外比比國(guó)內(nèi)內(nèi)推廣廣得好好國(guó)內(nèi)對(duì)對(duì)于新新建大大壩、、大跨跨度橋橋梁多多實(shí)施施SHM，如三三峽、、小浪浪底等等大壩壩、青青馬、、虎門門、潤(rùn)潤(rùn)揚(yáng)等等大橋橋，對(duì)對(duì)大型型建筑筑也有有部分分實(shí)施施，如如深圳圳市民民中心心、高高交會(huì)會(huì)展中中心……SunshineSkywayBridge,Florida,USATsingMa,HongKong(總長(zhǎng)2167m,主跨長(zhǎng)1377m,主塔高200m,1992~97)丹麥Skovdigetbridge(示范)虎門大橋橋動(dòng)態(tài)變變形監(jiān)測(cè)測(cè)虎門大橋橋單點(diǎn)振振動(dòng)虎門大橋橋全橋振振動(dòng)虎門大橋橋車振反反應(yīng)虎門大橋橋24小時(shí)橋形形變化新型傳感感器的開開發(fā)專業(yè)傳感感器鋼筋腐蝕蝕位移復(fù)合……沿海地區(qū)區(qū)建筑健健康監(jiān)測(cè)測(cè)氯離子的的危害壽命通常常比內(nèi)陸陸要短、、鋼筋腐腐蝕嚴(yán)重重氯離子海洋、空空氣砂、石、、混凝土土檢測(cè)與監(jiān)監(jiān)測(cè)臺(tái)灣海砂砂屋臺(tái)灣海砂砂屋據(jù)臺(tái)灣“內(nèi)政政部部”營(yíng)建建署署1999年統(tǒng)統(tǒng)計(jì)計(jì)，，至至少少有有超超過過2200戶海海砂砂屋屋，，而而1994年工工業(yè)業(yè)技技術(shù)術(shù)研研究究院院研研究究指指出出，，全全臺(tái)臺(tái)灣灣可可能能有有多多達(dá)達(dá)30~50萬戶戶海海砂砂屋屋臺(tái)灣灣《民生生報(bào)報(bào)》：“驟起起的的海海砂砂屋屋風(fēng)風(fēng)暴暴就就像像強(qiáng)強(qiáng)烈烈臺(tái)臺(tái)風(fēng)風(fēng)，，暴暴風(fēng)風(fēng)由由北北而而南南，，籠籠罩罩了了臺(tái)臺(tái)灣灣………生銹銹化化膿膿的的黃黃褐褐色色鐵鐵水水從從龜龜裂裂處處逐逐一一滲滲出出，，裸裸露露的的腐腐蝕蝕鋼鋼筋筋再再也也支支撐撐不不住住………，家家毀毀人人亡亡的的陰陰影影壓壓得得讓讓人人喘喘不不過過氣氣來來”寧波波、、舟山山、、汕汕頭頭、、威威海海、、深深圳圳均均出出現(xiàn)現(xiàn)海海砂砂屋屋?。幉úū北眮鰜龈鄹鄞a碼頭頭混混凝凝土土梁梁(11年)電化化學(xué)學(xué)除除鹽鹽犧牲牲陽陽極極保保護(hù)護(hù)中心心已已開開展展和和進(jìn)進(jìn)行行的的工工作作指南南與與規(guī)規(guī)范范的的制制定定土木木工工程程學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)指指南南鐵道部、、交通