学术前沿 | 欧进萍院士:结构全寿命性能的设计、维护和监测
发布日期:2024-12-12 来源: 阅读: 580
前言
欧进萍,哈尔滨工业大学(深圳)智能土木与海洋工程学院教授,中国工程院院士,结构监测、控制与防灾减灾工程专家。在结构抗震抗风及其动力可靠性、结构振动控制、结构健康监测、海洋平台结构及其安全保障技术、纤维复合(FRP)材料制品与结构等方面取得系统的研究与应用成果。
欧进萍院士发表学术论文300余篇、出版著作4部;获得国家科技进步二等奖4项(3项排名第一、1项排名第三)、省部级科技进步一等奖5项、国家发明专利30余项;主持编制国家相关规范标准3部。
2024年3月,在第七届建筑工业化-数字化-智能化协同发展技术交流会上,欧进萍院士以“全模块装配式消能减振韧性高层建筑结构”为题,从适用于全模块装配式的结构体系出发,从构件级到体系级,从单结构模块到集成建筑、装修、管线模块,通过试验、模拟、案例分享等形式,系统介绍了其团队目前在全模块装配式韧性高层建筑结构方面的研究及应用成果。欧进萍院士指出,实现全要素集成大模块预制装配,不但需要将现行的结构体系分解、预制、装配,而且还需要创造新的结构体系,使其能更适合智能建造,更好性能地实现预制、装配,同时不降低其抗震性能甚至有更好的抗震韧性。
来源:珠海市规划设计研究院
2024年6月,中国工程院工程科技学术研讨会——第十二届国际桥梁与隧道技术大会(IBTC2024)在上海隆重召开。中国工程院院士、哈尔滨工业大学(深圳)土木与环境工程学院教授欧进萍做了题为《桥梁等结构全寿命性能运维与设计的若干基本问题》的大会报告。
所有的结构全寿命性能的运维和设计都有相近的问题,而针对桥梁结构全寿命性能运维与设计,欧进萍院士首先谈到了结构环境作用与安全、寿命、耐久性等的基本关系。
土木工程无论用材料和结构的创新,总要面对两个重要的问题:
1、极端灾害作用造成的破坏,例如地震、台风、风暴潮等。欧进萍院士称之为“要命的作用”。
2、严酷环境造成结构性的退化,使结构“短命的作用”。
欧进萍院士表示,结构寿命是指结构安全性,即性能退化到最低指标的持续时间,寿命与安全相互关联。关键问题是,如何估计结构抗力退化呢?第一就是长期环境作用,要建立模型与标准,在检测、监测、大量观测基础上逐步建立起来。第二要建立理想实验与实际环境的等效关系。第三在结构耐久性方面要有设计与评定规范。
在谈到结构健康监测时,欧进萍院士指出,检测是间断的,而监测是不间断全天候的监测,要发展单体监测和集群监测,并结合云平台系统,实现数据共享。此外,要发展“天-空-地-体”大范围多层次监测系统,防范各类土木工程风险隐患。
此外,欧进萍院士还分享了结构多尺度建模、损伤识别与模型修正,材料、构件、结构损伤机制与性能退化规律,长期环境作用观测/监测建模及结构损伤正演分析与性能退化预测,结构服役安全评定、寿命预测与运维决策等。
来源:IBTC桥隧大会
2024年9月,第四次工业革命与智慧城市投资对话与第二十四届投洽会在厦门举办。欧进萍院士认为,智慧城市首先是城市安全,城市的抗灾韧性是当中重要的前提和保障,并就“城市工程灾害/安全“天-空-地-体”智监测技术和系统”为主题进行分享。
欧进萍院士提到,当今全球城镇化进程加快。2022年我国的城镇化人口达到65.2%,预计2050年全世界城镇化人口将达到66%。目前世界每100个城市占有全球10%的人口,30%的GPD。随着城镇化的发展,灾害所造成的损失也越来越严重,灾害产生的损失与城市化的人口是成正比的。这几年中国的城市化发展非常快,城市的数量规模人口一度占全球之首,五百万人口以上的城市有91座,一千万人以上的城市18座,两千万以上的城市有4座。由此看来城市的安全、防灾减灾对中国尤为重要。像中国京津冀城市群、长三角城市群、粤港澳大湾区城市群,以3%的国土面积聚集了40%的人口,创造了95%的GDP。然而城市的发展也面临着灾害的威胁。京津冀城市群近300年来,平均每44年发生一次7级以上的地震;大湾区发生了6次以上的地震;沿海地区平均每年台风登陆5次。灾害损失非常严重。
因此,城市灾害安全是中国经济社会可持续发展的重要保障,也是土木建筑多学科交叉领域的巨大挑战和生死责任。解决好中国城市灾害安全的问题,也将为世界提供中国方案。现代城市的调整就是庞大的土木工程,承载着城市的生活、生产和运行,又跟城市的经济高度耦合。城市的基础设施系统,包括建筑、交通、生命性工程,一旦受到灾害破坏就会引起人员伤亡、设施瘫痪、经济损失等等,继而影响生活、生产。城市工程化要面对灾害,就必须更安全,更韧性,具备更长久的生命。今年9月6日台风魔羯登陆海南文昌,就造成了300亿的损失。沿海城市还有材料腐蚀、性能退化等等问题。基础城市分布广,种类多,每个基础城市的状态、结构都不同。因此怎么通过卫星、通过无人机、通过移动加上单体多层次的安全灾害监测就成为一个新的发展领域。
实时多层次把握城市基础设施的状态,有四种方式。第一是结构静态监测,即在结构内部或者表面监测;第二是通过卫星遥感观测来把握它的状态;第三是通过无人机机载遥感;第四是通过移动的状态来把握(状态)。四位一体的监测才可以形成“天-空-地-体”的智能监测系统。
“天-空-地-体”监测技术,“天”就是卫星,卫星有不同经度和分辨率的卫星。如果要把握工程结构和基础设施的隐患,InSAR能够识别毫米层的沉降。“空”就是无人机监测,观察的精度更高。“地”是地面移动监测技术,隧道建设就是以此检测漏水的情况。
以上监测系统基本可以用来监测预警基础设施的灾害。但是监测工程中毫米级、厘米级的隐患只有少数的卫星、InSAR、GPS可以达到,大多数只能监测到表面。很多隐患是存在于结构内部的,所以对重大工程结构来说,结构体的监测永远不可替代。哈工大“十三五”期间完成了一个项目,用“天-空-地-体”监测系统对深圳的边坡建筑废弃物还有老旧建筑,包括内部结构进行监测。目前这种监测越来越得到重视,比如有的交通道路存在山体滑坡、泥石流隐患,通过结构内部监测就可以进行不同层次的评判,把握滑坡隐患的风险和状态。通过卫星、通过航空、通过地面移动的不同监测来把握它的状态。所以,“天-空-地-体”的监测是通过卫星大范围的普查,通过小区域航空的详查,对城市大范围的工程做安全监测与评定,甚至可以模拟预测预警,灾后监测。这种大范围的监测技术可以将城市工程基础设施安全和灾害分层级预警,成为越来越有效的一种安全预防保障手段。础设施仍面临着发展不平衡、不充分,体系化水平较低,设施运行效率和效益有待提高等一系列发展瓶颈。为了实现科学统筹与系统协调,推动智慧基础设施的蓬勃发展,首先应该明确其发展目标、发展范式与发展路径。
来源:中国投洽会
(备注:本文素材来源于网络公开材料收集整理,侵删)
编辑:朱禹诺
审核:李洪东