第1章 结构全寿命绪论

R
`
结构修复与加固
0
性能稳定阶段
性能退化阶段
t
施工 阶段
服役期
31
四、结构全寿命维护的理论基础
可靠性 初始值
结构维修决策 全寿命经济分析
方案2
方案3
最低限
方案1
使用寿命
时间t
32
16
费用
四、结构全寿命维护的理论基础
现值
初始造价 修复加固费 检测费+日常维护费
残余值
时间
33
五、本课程的目的和学习方法
2013年4月15日孟加拉国首都 违章搭建房屋坍塌
12
6
二、结构全寿命周期的划分
平均风险率
荷载复杂
结构不完整
偶维
材料性能不成熟
然 作
修 改
用造
？？
结构全寿命 施工阶段
性能稳定阶段 性能劣化阶段 时间
结构全寿命周期平均风险率
13
二、结构全寿命周期的划分
施工阶段
14
7
二、结构全寿命周期的划分
2011年12月13日温州某学校在 建体育馆发生倒塌。
用造
？？
损伤累积 结构性能退化
结构全寿命 施工阶段
性能稳定阶段 性能劣化阶段 时间
结构全寿命周期平均风险率
17
二、结构全寿命周期阶段的划分
性能劣化阶段（混凝土结构）
北京西直门立交桥使用19年严重腐蚀
美国第二座San Mateo-Hayward
（除冰盐腐蚀，现已重修） （ 60年代建，氯离子入侵，80年巨资修补）
结构全寿命维护概论
同济大学 土木工程学院
2014.2
结构全寿命维护概论
一、结构全寿命维护的对象 二、结构全寿命周期的划分 三、结构全寿命维护的含义 四、结构全寿命维护的理论基础 五、本课程的目的和学习方法
2
1
一、结构全寿命维护的对象
拟建结构 设计阶段
结
构
对
象
在建结构 施工阶段
的
分
类 既有结构 使用阶段
时间
26
13
四、结构全寿命维护的理论基础
R,S 抗力R保持不变
失效概率Pf不变
效应S保持不变
0
t
R,S
效应S(t)
抗力R(t) 失效概率Pf(t)
0
目标使用寿命 平均使用寿命
t
使用寿命概率密度
27
四、结构全寿命维护的理论基础
施 时变力学性能
工 期
开裂与损伤
R
混 凝
结构安全分析
土 结构安全监测
0
性能稳定阶段
12
三、结构全寿命维护的含义
¾施工阶段结构安全性分析与监控 ¾施工阶段混凝土裂缝的控制 ¾既有结构性能的检测与监测 ¾环境作用下结构性能的退化规律 ¾既有结构的可靠性评定 ¾既有结构的修复、加固改造
25
三、结构全寿命维护的含义
平 均 风 险 率
增设通讯塔
1922
荷载增大 1949
1988
1995
2005
课堂+讲义+参考文献
35
六、推荐参考文献
The European Union-Brite Euram III. General Guidelines for Durability Design and Redesign[S]. 2000 Task Group 5.6. Model Code for Service Life Design [M]. Lausanne: International Federation for Structural Concrete, 2006. Asko, S. Predictive and Optimized Life Cycle Management: Buildings and Infrastructure[M]. Routledge, 2006. 施建刚. 建筑工程全寿命安全经济理论与应用 [M].上海:同济大学出版
1 5 25 如何延长工程结构的使用寿命？
答案： 进行结构的全寿命维护！
23
二、结构全寿命周期的划分
平均风险率
掌握时变结构性能
预测性能退化规律
减轻偶然作用下结构 破坏的严重性
降低施工阶段结构 失效的风险率
结构全寿命 施工阶段
延缓性能退化速率
性能稳定阶段 性能劣化阶段 时间
结构全寿命周期平均风险率
24
m2，每年新增20亿m2
发
展 的
2012 年 达 到 9.56 万 公 里，居世界第一。
三
阶
段
高速公路
2012 年 坝 高 在 30m 以 上大坝5200座，100m 以上140座。 桥梁总数达50万座， 每年新建1万座。
大型桥梁
2012年总里程达0.94 万公里，居世界第一 2011 年 公 路 隧 道 8522 座，达6253公里。
时的期限
7
二、结构全寿命周期的划分
平均风险率
Baidu Nhomakorabea
偶维 然修 作改 用造 ？？
施工阶段
性能稳定阶段 性能劣化阶段 时间
结构全寿命周期平均风险率
8
4
二、结构全寿命周期的划分
性 能 稳 定 阶 段
9
二、结构全寿命周期的划分
2006年5月25日常州天宁宝塔 发生火灾
性 能 稳 定 阶 段
2010年11月15日上海市胶州路 22001017年年24月月1279日日福美建国马加仔州岭某隧高
3
一、结构全寿命维护的对象
基
本 建
基本 生活 生产
设
需要
发
展
的 三 阶
大规模 新建
段
社会 发展 需要
生活 生产 标准 提高
新建与维修 改造并举
既有 结构 物老 龄化
结构 设计 标准 提高
可持 续发 展的 需要
重点为既有结 构的维修改造
4
2
一、结构全寿命维护的对象
建筑工程
水电工程
高速铁路
基
本
建 设 既有建筑面积达500亿
社，2007 黄宏伟.隧道及地下工程的全寿命风险管理[M].北京:科学出版社,2012
孟凡超等. 桥梁工程全寿命设计方法及工程实践 [M].北京:人民交通出 版社，2012
36
18
谢谢!
37
19
5
一、结构全寿命维护的对象
超期服役
既 有
设计标准低
结
构 存
施工质量不佳
在
的
缺乏合理维护
问
题
出现性能退化
大量既有结构存 在安全隐患！
6
3
二、结构全寿命周期的划分
结 不可修系统
构
寿
可修系统
命
的
分
技术性使用寿命 不再满足某项技术指标时的期限
类
与
功能性使用寿命 不再满足功能要求时的期限
定
义
经济性使用寿命 继续维修保留已不如拆换更经济
教师公寓发生火灾
道速因公氢路气桥瓶因泄油漏罐发车生着火火灾坍塌
10
5
二、结构全寿命周期的划分
性能稳定阶段
性 能 稳 定 阶 段
11
二、结构全寿命周期的划分
性 能 稳 2011年8月8日海南省万宁太阳 定 桥改造过程中坍塌。 阶 段
2009年5月17日湖南省株洲市 高架拆除过程中坍塌
2010年8月13日广西省贵港市 一居民楼装修改造过程中坍塌
2008年11月15日杭州地铁施工 发生塌方。
2010年1月3日昆明机场立交桥 混凝土浇筑过程垮塌。
2010 年 9 月 21 日 印 度 新 德 里 一 在建过街天桥垮塌。
15
二、结构全寿命周期的划分
施工阶段
16
8
二、结构全寿命周期的划分
平均风险率
荷载复杂
结构不完整
偶维
材料性能不成熟
然 作
修 改
性能退化阶段
t
施工 阶段
服役期
28
14
四、结构全寿命维护的理论基础
混凝土中侵蚀介质的传输 既有结构性能的检测、评定
R
0
性能稳定阶段
性能退化阶段
t
施工 阶段
服役期
29
四、结构全寿命维护的理论基础
环境作用下结构性能退化的检测与预测
R
0
性能稳定阶段
性能退化阶段
t
施工 阶段
服役期
30
15
四、结构全寿命维护的理论基础
一门土木工程专业的综合性专业必修课， 也是一门研究性、探讨性的前沿课程。
课
结构全寿命维护的理念
程
目
的
结构全寿命过程不同阶段的受力特点
既有结构检测/监测、性能预测与评定
既有结构性能修复、加固、改造
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17
五、本课程的目的和学习方法
多学科综合运用
学 习
注意与拟建结构设计的异同
方
法
重理念，重方法，重思路，轻公式
天津霍庄大桥（钢筋锈蚀严重）
大桥（碱骨料反应） 18
9
二、结构全寿命周期阶段的划分
性能劣化阶段（混凝土结构）
19
二、结构全寿命周期阶段的划分
性能劣化阶段（砌体结构）
20
10
二、结构全寿命周期的划分
性能劣化阶段（钢结构）
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二、结构全寿命周期阶段的划分
性能劣化阶段（木结构）
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问题？
如何保证工程结构在整个生命过程中安 全、可靠？