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
2、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,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
3、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,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：1
4、6万4千8百51人,唐山大地震,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1亿,2004-6-15四川渠县教室伤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
5、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
6、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200kgf/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
7、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： 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-
8、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,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
9、、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、PCI、Fieldbus 协议：TCP/IP、OPC,数据库,Oracle SQL Server 2000 Informix Sybase Interbase MySql Progest,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
10、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 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
11、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！,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
12、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！,
