中交路桥科技是从事工程检测监测、城市安全监测预警与评价、数字智能化研发为一体的复合型高新技术集团企业。电话:15631143118
新闻资讯
高速铁路钢结构建筑健康监测系统的重要性
更新时间:2021-04-10 17:51
  |  
阅读量:
字号:
A+ A- A
      由于时间、环境及大风、雨雪等因素影响,经过长期使用,高铁钢结构建筑物难免发生变形、损伤,存在危及旅客和行车安全的隐患,对高铁钢结构性能的健康监测已成为结构安全评定、正常使用的重要保障。铁路管理单位应正视高铁钢结构现状,将高铁钢结构建筑物的健康状况作为重中之重,为高速铁路建设钢结构的发展提供安全保障。
  【关键词】高铁;钢结构;健康;监测;重要性
  2008年8月1日中国第一条高铁京津城际的开通,拉开了中国高铁建设大范围、大面积应用钢结构技术的序幕,但因时间、环境、大风、雨雪等因素影响,近几年高铁钢结构建筑物经长期使用,出现变形、损伤,存在安全隐患,因此高铁钢结构性能的长期监测已成为结构安全评定、正常使用的重要保障措施。作为一名高铁管理人员,结合工作实际,浅谈一下高铁钢结构健康监测系统的重要性。
  一、大型钢结构病害国内现状:
  21世纪的社会经济在飞速发展,每个国家都在筹划建造超大型结构的地标性建筑,从而体现大国优越,但在外界条件变化影响下,大型钢结构会产生较大形变,主体结构长期伸缩会造成焊点开裂、局部失稳,甚至整体失稳坍塌。近几年,国内外发生的大跨度钢结构坍塌事故不断,呈上升趋势,如:
  1.2005年3月19日,辽宁省营口市经济技术开发区营口港在建锅炉房工程中发生钢结构屋顶网架坍塌事故,造成5人死亡,11人受伤;
  2.2007年3月28日,北京地铁10号线苏州街站东南出入口发生一起坍塌事故,造成6人死亡。
  3.2009年6月27日,上海闵行区莲花南路罗阳路口一在建13层楼房整体倒塌,造成一名工人死亡。
  4.2010年1月3日,昆明新机场在建桥梁垮塌,造成7人死亡,34人受伤。
  以上发生的重大事故,不仅对人民的生命财产造成了重大伤害,还造成极大的不良社会影响。鉴于此,钢结构健康监测系统也就成为了目前大型钢结构安全保障的重中之重。
  二、高速铁路钢结构现状和问题:
  2008年以来,北京铁路局管内共新建4条高铁(客专)线路:京津城际、石太客专、京沪高铁、京广高铁,其中新建高铁客站雨棚广泛采用大跨度钢结构,22座车站建成钢桁架结构无柱风雨棚,面积达到87.99万m2。经过几年使用,钢结构雨棚普遍存在以下几个问题:
  1、钢结构雨棚柱涂料脱落
  雨棚柱外层涂料大面积脱落,,雨棚钢材表面、焊缝长时间暴露在室外环境中发生锈蚀,长此以往不能掌控雨棚结构的整体受力状态。
  2、结构大量焊接隐患
  钢结构雨棚加工制作复杂,大量散拼件的现场高空焊接加大了产生质量瑕疵的概率,造成部分高铁雨棚结构初始缺陷。 
  3、外部不确定载荷影响
  由于存在地震、风环境、温度、地下结构的上浮等不确定的荷载,导致个别雨棚钢结构连接部位发生变形。
  4、高铁雨棚结构巡检困难:
  高铁钢结构雨棚未设置巡检通道,巡检过程以目测为主,巡检数据手工测量,其真实、客观性较差。 
  三、钢结构健康监测系统的组成:
  钢结构健康监测技术(Structure Health Monitoring)是利用集成在结构中的先进传感元件,在线实时地获取与结构健康状况相关的信息(包括:应力、应变、温度、振动状态等),结合先进的信号信息处理方法和结构建模方法,提取结构的损伤特征参数,结合系统的特性分析,来评价结构损伤的严重性以及定位损伤位置。作为一种新的结构无损检测技术,其基本方法是从实测的结构动力响应信号中提取结构的参数或与结构参数有关的指标,并由此推断结构的损伤,是传感器技术、信号处理技术、结构动力学、概率统计、自动控制和数据库等技术的交叉领域。
  钢结构监测系统包含以下几部分:⑴传感器系统,包括传感器元件的选择和传感器网络在结构中的优化布置方案;⑵数据采集和分析系统,一般由强大的采集仪器和计算机系统组成;⑶数据处理与控制系统,实现诊断功能的各种软硬件,包括结构损伤位置、程度类型识别判断,传感器监测的实时信号通过信号采集装置送到监控中心;(4)结构健康状态评估系统,根据整体数据进行处理和判断,从而对结构的健康状态进行评估。若出现异常,由监控中心发出预警信号,并由故障诊断模块分析查明异常原因,以便系统安全可靠运行。(5)巡检养护系统,定期对健康监测系统进行检查、检测、养护,确保系统运行稳定。
  
  四、高铁钢结构健康监测系统解决方案:
  高铁钢结构的防腐、防火处理等保护性工作在施工阶段就做了严格把关,具备一定安全性能。但日常使用过程中,结构易受温度、湿度、风力、雪压荷载、地震等外界因素影响而发生变化,可能产生局部节点开焊、锈蚀,因钢结构表层安装了装饰铝板、吊顶板、石材、玻璃幕墙等维护材料,维保人员无法及时发现结构病变。钢结构健康监测系统,采取多种自动监测方式,对结构敏感部位应力检测和结构总体变形监测,随时监测结构主要节点受力情况,工作状态,通过安装在钢材表面的无线网络传感器,与局部区域重点监测的自动变形监测同周期性的基准网、变形监测相结合,自动分析计算结构结构受力、拱架应力、拱架变形等结构安全性能,实时向人们传递信息,保障建筑物整体安全性。
  综上所述,随着中国铁路总公司对高速铁路建设发展的要求,高铁钢结构建筑物的数量也在逐年快速增长,对高铁钢结构进行实时、在线、长期监测是保证结构在运行使用阶段安全性以及可靠性的至关重要一环。钢结构健康监测系统其重要性就在于能够准确地在结构安全隐患发生的初期,将其发现并能够定位及确定隐患的程度,进而提供结构的安全性评价,预测损伤结构的剩余寿命。铁路管理单位应当正视高铁钢结构健康监测系统的重要性,把高铁钢结构建筑物的健康状况作为重中之重,为高速铁路建设钢结构的发展提供安全保障。
  参考文献:
  [1]杨海生. 桥梁结构健康安全监测系统的应用[J]. 山西建筑,2011.11
  [2]李惠.大型桥梁结构智能健康监测系统集成技术研究[J].土木工程学报.2006.9
  [3]周文松.大跨度斜拉桥健康监测系统研究与应用[D].哈尔滨工业大学,2005.4
  [4]李平.建筑钢结构产业与钢结构住宅的现状和发展前景[J].河北建筑工程学院学报.2005.5
上一篇:
通信铁塔检测的标准规范有哪些?
下一篇:
高层超高层结构健康监测技术的应用