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工程安全与结构健康监测

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

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工程安全与结构健康监测

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  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

  2. 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

  3. 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

  4. 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

  5. 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......

  6. 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

  7. 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

  8. 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

  9. 印度洋海啸

  10. 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

  11. 唐山大地震

  12. 2004-5-27湖北清江大龙潭卷走18人，14人下落不明2004-5-27湖北清江大龙潭卷走18人，14人下落不明

  13. 2004-5-31重庆1天1亿

  14. 2004-6-15四川渠县教室伤28

  15. 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

  16. 2003-11-3衡阳大火

  17. 1996 四川綦江彩虹桥 死40

  18. 2004-5-23 法国戴高乐机场

  19. 2003-6-17落成 6死多伤 2国人

  20. 2004-6-19内江9年房屋成危房

  21. 2003-5-12 延安宝塔区水坝3年

  22. 2002-6-9 西安灞河大桥 150m

  23. 2002-8-27台湾高屏断桥22人死亡，16部车，22年，采砂2002-8-27台湾高屏断桥22人死亡，16部车，22年，采砂

  24. 深圳地区

  25. 2004-6-15龙岗坑坪年丰大桥

  26. 两根桥柱齐根断裂

  27. 全面体检 • 全市478座桥，41座有安全隐患 • 公路桥梁“透支生命”

  28. 2003-9-16龙岗脚手架1死17伤

  29. 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……

  30. 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

  31. 安全现状 • 工民建 • 设计50年，通常25~30年需大修，或更短 • 市政桥梁 • 设计50年，10~15年就出现严重破坏 • 海工 • 设计30~50年，5～15年就出现严重破坏 • 斜拉桥 • 设计50~100年，10年以上的桥就很危险

  32. 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

  33. 中国 美国 英国 法德俄 加拿大 日本 澳大利亚 意大利 150 240 250 200 240 290 300 340 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

  34. 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 350 150 200 150 150 200 250 300 250 同走廊 美国 480 240 480 200 480 200 390 480 480 480 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

  35. 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

  36. 设计结果差别 • 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10~15% • 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%

  37. 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1.75，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%

  38. 2001-3-16石家庄爆炸案 • 石家庄“3·16”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 。

  39. 2001-3-16石家庄爆炸案

  40. 2003-1-27山东章丘燃气爆炸

  41. 主要技术原因 • 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。

  42. 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？

  43. 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(15~25%)

  44. 人与建筑物健康特点对比

  45. 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

  46. 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

  47. 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……

  48. 数据库 • Oracle • SQL Server 2000 • Informix • Sybase • Interbase • MySql • Progest……

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