无损检测和健康监测技术
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SHM: The online implementation of NDE
• generally implemented globally and online • few off-the-shelf products • equipment has less fidelity but is less expensive
无损检测和健康监测技术 在土木工程中的应用
1
• 背景介绍 • 现有技术和理论基础 • 未来发展趋势
2
基本概念
Nondestructive evaluation (NDE) is the examination of an object with technology that does not affect the object’s future usefulness.
地震灾害
17
建筑结构的损伤原因
3、材料性能退化和结构损伤积累
在腐蚀、碰撞、振动、冻融等的长期作用下，结构 损伤积累和材料性能会造成结构的安全储备逐渐降 低，甚至发生突然破坏。
混凝土腐蚀损伤
混凝土冻融损伤
18
建筑结构的损伤原因
4、设计标准和使用要求的改变
结构设计标准中关于安全储备的规定，综合反映了国家 经济和资源状况、社会财富积累程度以及设计施工技术水平 与材料质量水准。随着科学技术发展和社会财富积累程度 的提高，人们对结构安全储备和适用性、耐久性的要求也 不断提高，结构设计标准也需要不断修订、逐渐提高。
20
相关科研的兴起
• 1996 年国际结构控制大会提出在欧洲、亚洲和美国成 立3 个工作组，专门研究结构健康监测问题
• 1997 年起，每两年在Stanford 大学定期召开国际工 程结构健康监测会议
14
建筑结构的损伤原因
2、使用环境和灾害
微生物作用
流水冲刷
15
建筑结构的损伤原因
2、使用环境和灾害
灾害是结构损坏的一个重要原因。 （1）自然灾害，如地震、飓风、海啸、火灾等 （2）人为灾害，如随意改变使用功能，增大使用 荷载；随意改变甚至拆除承重结构
16
建筑结构的损伤原因
2、使用环境和灾害
飓风灾害
8
建筑结构的损伤问题
• 1994年韩国首尔Sungsoo Grand大桥坍塌，32人死亡 • 1996年广东韶关桥梁倒塌，32人死亡 • 1999年重庆彩虹桥事故，41人死亡
建筑结构的健康状况关系到生命财产安全 和国民经济的正常运转
9
建筑结构的损伤问题
- built to accommodate 20 years of traffic growth - by 1985, ½ system reached design life; by 1990’s, 90% had - system not much more extensive today (pop. 270 M) than when conceived (pop. 150 M) - with 55,000 miles of road currently, the system has grown 30% since 1950’s, while the population has increased 70%
4
健康监测起源
5
建筑结构的损伤问题
美国明尼苏达I35W大桥
--1964年修建 --2007年8月倒塌， 造成13人死亡
6
建筑结构的损伤问题
美国Idaho州Taton Dam
--1975年修建 --1976年决堤， 总经济损失超过 20亿美元
7
建筑结构的损伤问题
四川攀枝花机场
2009年10月3日发生了大范围的滑坡， 2011年6月25日 发布公告，对外宣布全面停航
10
建筑结构的损伤问题
11
建筑结构的损伤问题
12
建筑结构的损伤原因
1、结构设计与工程质量
上海楼脆脆
哈尔滨阳明滩大桥
13
建筑结构的损伤原因
2、使用环境和灾害
在长期的使用环境下，结构材料受到外部介质的长期侵蚀而 劣化，工程结构的功能逐渐被削弱，甚至丧失。按照劣化作 用的性质，使用环境对工程结构的侵蚀作用可以分为三类： （1）物理作用：如高温及高湿、温湿变化、冻溶、粉尘及流 水冲刷、辐射等作用引起的结构材料的劣化。 （2）化学作用：如含酸、碱或盐等化学介质的气体或液体、 其他有机成分等与结构材料发生化学反应。 （3）生物作用：如微生物、水藻、蠕虫、昆虫、多细胞作物 等对工程材料的破坏等
--重大工程结构和工程系统全寿命周期安全
针对超高层建筑、特大跨桥梁、核能基础设施和
复杂环境下的生命线工程等，研究大型复杂工程结构的
损伤演化、健康监测与安全评定、性能控制和性能
设计的理论与方法，研究在地震、台风等作用下，
重大工程结构与工程系统的灾害孕育演化过程、灾害链效应、
风险标准、评价和相应的抗灾防灾设计方法。
3
基本概念
NDT: The offline implementation of NDE
• generally implemented locally and offline •ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱoff-the-shelf (modal, radiography, ultrasonic, eddy current, x-ray…) • equipment is high fidelity and relatively expensive
--- American Society of Nondestructive Testing (ASNT)
Health monitoring is the scientific process of nondestructively identifying characteristics related to the fitness of an engineered component (or system) as it operates.
19
相关科研的兴起
国务院通过的《21世纪议程》中“防灾减灾”是其中的一项 重要内容，《中国国民经济和社会发展‘九五’计划和2010 年远景目标》明确强调了减轻自然灾害损失的任务和目标。 国家自然科学基金委员会也将“重大工程灾害与防治”的研究 列为“十五”优先资助领域。
2012年科技部973重点支持方向
• generally implemented globally and online • few off-the-shelf products • equipment has less fidelity but is less expensive
无损检测和健康监测技术 在土木工程中的应用
1
• 背景介绍 • 现有技术和理论基础 • 未来发展趋势
2
基本概念
Nondestructive evaluation (NDE) is the examination of an object with technology that does not affect the object’s future usefulness.
地震灾害
17
建筑结构的损伤原因
3、材料性能退化和结构损伤积累
在腐蚀、碰撞、振动、冻融等的长期作用下，结构 损伤积累和材料性能会造成结构的安全储备逐渐降 低，甚至发生突然破坏。
混凝土腐蚀损伤
混凝土冻融损伤
18
建筑结构的损伤原因
4、设计标准和使用要求的改变
结构设计标准中关于安全储备的规定，综合反映了国家 经济和资源状况、社会财富积累程度以及设计施工技术水平 与材料质量水准。随着科学技术发展和社会财富积累程度 的提高，人们对结构安全储备和适用性、耐久性的要求也 不断提高，结构设计标准也需要不断修订、逐渐提高。
20
相关科研的兴起
• 1996 年国际结构控制大会提出在欧洲、亚洲和美国成 立3 个工作组，专门研究结构健康监测问题
• 1997 年起，每两年在Stanford 大学定期召开国际工 程结构健康监测会议
14
建筑结构的损伤原因
2、使用环境和灾害
微生物作用
流水冲刷
15
建筑结构的损伤原因
2、使用环境和灾害
灾害是结构损坏的一个重要原因。 （1）自然灾害，如地震、飓风、海啸、火灾等 （2）人为灾害，如随意改变使用功能，增大使用 荷载；随意改变甚至拆除承重结构
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建筑结构的损伤原因
2、使用环境和灾害
飓风灾害
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建筑结构的损伤问题
• 1994年韩国首尔Sungsoo Grand大桥坍塌，32人死亡 • 1996年广东韶关桥梁倒塌，32人死亡 • 1999年重庆彩虹桥事故，41人死亡
建筑结构的健康状况关系到生命财产安全 和国民经济的正常运转
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建筑结构的损伤问题
- built to accommodate 20 years of traffic growth - by 1985, ½ system reached design life; by 1990’s, 90% had - system not much more extensive today (pop. 270 M) than when conceived (pop. 150 M) - with 55,000 miles of road currently, the system has grown 30% since 1950’s, while the population has increased 70%
4
健康监测起源
5
建筑结构的损伤问题
美国明尼苏达I35W大桥
--1964年修建 --2007年8月倒塌， 造成13人死亡
6
建筑结构的损伤问题
美国Idaho州Taton Dam
--1975年修建 --1976年决堤， 总经济损失超过 20亿美元
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建筑结构的损伤问题
四川攀枝花机场
2009年10月3日发生了大范围的滑坡， 2011年6月25日 发布公告，对外宣布全面停航
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建筑结构的损伤问题
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建筑结构的损伤问题
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建筑结构的损伤原因
1、结构设计与工程质量
上海楼脆脆
哈尔滨阳明滩大桥
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建筑结构的损伤原因
2、使用环境和灾害
在长期的使用环境下，结构材料受到外部介质的长期侵蚀而 劣化，工程结构的功能逐渐被削弱，甚至丧失。按照劣化作 用的性质，使用环境对工程结构的侵蚀作用可以分为三类： （1）物理作用：如高温及高湿、温湿变化、冻溶、粉尘及流 水冲刷、辐射等作用引起的结构材料的劣化。 （2）化学作用：如含酸、碱或盐等化学介质的气体或液体、 其他有机成分等与结构材料发生化学反应。 （3）生物作用：如微生物、水藻、蠕虫、昆虫、多细胞作物 等对工程材料的破坏等
--重大工程结构和工程系统全寿命周期安全
针对超高层建筑、特大跨桥梁、核能基础设施和
复杂环境下的生命线工程等，研究大型复杂工程结构的
损伤演化、健康监测与安全评定、性能控制和性能
设计的理论与方法，研究在地震、台风等作用下，
重大工程结构与工程系统的灾害孕育演化过程、灾害链效应、
风险标准、评价和相应的抗灾防灾设计方法。
3
基本概念
NDT: The offline implementation of NDE
• generally implemented locally and offline •ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱoff-the-shelf (modal, radiography, ultrasonic, eddy current, x-ray…) • equipment is high fidelity and relatively expensive
--- American Society of Nondestructive Testing (ASNT)
Health monitoring is the scientific process of nondestructively identifying characteristics related to the fitness of an engineered component (or system) as it operates.
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相关科研的兴起
国务院通过的《21世纪议程》中“防灾减灾”是其中的一项 重要内容，《中国国民经济和社会发展‘九五’计划和2010 年远景目标》明确强调了减轻自然灾害损失的任务和目标。 国家自然科学基金委员会也将“重大工程灾害与防治”的研究 列为“十五”优先资助领域。
2012年科技部973重点支持方向