由于時間、環(huán)境及大風、雨雪等因素影響，經過長期使用，高鐵鋼結構建筑物難免發(fā)生變形、損傷，存在危及旅客和行車安全的隱患，對高鐵鋼結構性能的健康監(jiān)測已成為結構安全評定、正常使用的重要保障。鐵路管理單位應正視高鐵鋼結構現(xiàn)狀，將高鐵鋼結構建筑物的健康狀況作為重中之重，為高速鐵路建設鋼結構的發(fā)展提供安全保障。
【關鍵詞】高鐵；鋼結構；健康；監(jiān)測；重要性
2008年8月1日中國第一條高鐵京津城際的開通，拉開了中國高鐵建設大范圍、大面積應用鋼結構技術的序幕，但因時間、環(huán)境、大風、雨雪等因素影響，近幾年高鐵鋼結構建筑物經長期使用，出現(xiàn)變形、損傷，存在安全隱患，因此高鐵鋼結構性能的長期監(jiān)測已成為結構安全評定、正常使用的重要保障措施。作為一名高鐵管理人員，結合工作實際，淺談一下高鐵
鋼結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的重要性。
一、大型鋼結構病害國內現(xiàn)狀：
21世紀的社會經濟在飛速發(fā)展，每個國家都在籌劃建造超大型結構的地標性建筑，從而體現(xiàn)大國優(yōu)越，但在外界條件變化影響下，大型鋼結構會產生較大形變，主體結構長期伸縮會造成焊點開裂、局部失穩(wěn)，甚至整體失穩(wěn)坍塌。近幾年，國內外發(fā)生的大跨度鋼結構坍塌事故不斷，呈上升趨勢，如：
1．2005年3月19日，遼寧省營口市經濟技術開發(fā)區(qū)營口港在建鍋爐房工程中發(fā)生鋼結構屋頂網架坍塌事故，造成5人死亡，11人受傷；
2．2007年3月28日，北京地鐵10號線蘇州街站東南出入口發(fā)生一起坍塌事故，造成6人死亡。
3．2009年6月27日，上海閔行區(qū)蓮花南路羅陽路口一在建13層樓房整體倒塌，造成一名工人死亡。
4．2010年1月3日，昆明新機場在建橋梁垮塌，造成7人死亡，34人受傷。
以上發(fā)生的重大事故，不僅對人民的生命財產造成了重大傷害，還造成極大的不良社會影響。鑒于此，鋼結構健康監(jiān)測系統(tǒng)也就成為了目前大型鋼結構安全保障的重中之重。
二、高速鐵路鋼結構現(xiàn)狀和問題：
2008年以來，北京鐵路局管內共新建4條高鐵（客專）線路:京津城際、石太客專、京滬高鐵、京廣高鐵，其中新建高鐵客站雨棚廣泛采用大跨度鋼結構，22座車站建成鋼桁架結構無柱風雨棚，面積達到87.99萬m2。經過幾年使用，鋼結構雨棚普遍存在以下幾個問題：
1、鋼結構雨棚柱涂料脫落
雨棚柱外層涂料大面積脫落，，雨棚鋼材表面、焊縫長時間暴露在室外環(huán)境中發(fā)生銹蝕，長此以往不能掌控雨棚結構的整體受力狀態(tài)。
2、結構大量焊接隱患
鋼結構雨棚加工制作復雜，大量散拼件的現(xiàn)場高空焊接加大了產生質量瑕疵的概率，造成部分高鐵雨棚結構初始缺陷。
3、外部不確定載荷影響
由于存在地震、風環(huán)境、溫度、地下結構的上浮等不確定的荷載，導致個別雨棚鋼結構連接部位發(fā)生變形。
4、高鐵雨棚結構巡檢困難：
高鐵鋼結構雨棚未設置巡檢通道，巡檢過程以目測為主，巡檢數(shù)據(jù)手工測量，其真實、客觀性較差。
三、
鋼結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的組成：
鋼結構健康監(jiān)測技術（Structure Health Monitoring）是利用集成在結構中的先進傳感元件，在線實時地獲取與結構健康狀況相關的信息（包括：應力、應變、溫度、振動狀態(tài)等），結合先進的信號信息處理方法和結構建模方法，提取結構的損傷特征參數(shù)，結合系統(tǒng)的特性分析，來評價結構損傷的嚴重性以及定位損傷位置。作為一種新的結構無損檢測技術，其基本方法是從實測的結構動力響應信號中提取結構的參數(shù)或與結構參數(shù)有關的指標，并由此推斷結構的損傷，是傳感器技術、信號處理技術、結構動力學、概率統(tǒng)計、自動控制和數(shù)據(jù)庫等技術的交叉領域。
鋼結構監(jiān)測系統(tǒng)包含以下幾部分：⑴傳感器系統(tǒng)，包括傳感器元件的選擇和傳感器網絡在結構中的優(yōu)化布置方案；⑵數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)，一般由強大的采集儀器和計算機系統(tǒng)組成；⑶數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)，實現(xiàn)診斷功能的各種軟硬件，包括結構損傷位置、程度類型識別判斷，傳感器監(jiān)測的實時信號通過信號采集裝置送到監(jiān)控中心；（4）結構健康狀態(tài)評估系統(tǒng)，根據(jù)整體數(shù)據(jù)進行處理和判斷，從而對結構的健康狀態(tài)進行評估。若出現(xiàn)異常，由監(jiān)控中心發(fā)出預警信號，并由故障診斷模塊分析查明異常原因，以便系統(tǒng)安全可靠運行。（5）巡檢養(yǎng)護系統(tǒng)，定期對健康監(jiān)測系統(tǒng)進行檢查、檢測、養(yǎng)護，確保系統(tǒng)運行穩(wěn)定。
四、高鐵鋼結構健康監(jiān)測系統(tǒng)解決方案：
高鐵鋼結構的防腐、防火處理等保護性工作在施工階段就做了嚴格把關，具備一定安全性能。但日常使用過程中，結構易受溫度、濕度、風力、雪壓荷載、地震等外界因素影響而發(fā)生變化，可能產生局部節(jié)點開焊、銹蝕，因鋼結構表層安裝了裝飾鋁板、吊頂板、石材、玻璃幕墻等維護材料，維保人員無法及時發(fā)現(xiàn)結構病變。鋼結構健康監(jiān)測系統(tǒng)，采取多種自動監(jiān)測方式，對結構敏感部位應力檢測和結構總體變形監(jiān)測，隨時監(jiān)測結構主要節(jié)點受力情況，工作狀態(tài)，通過安裝在鋼材表面的無線網絡傳感器，與局部區(qū)域重點監(jiān)測的自動變形監(jiān)測同周期性的基準網、變形監(jiān)測相結合，自動分析計算結構結構受力、拱架應力、拱架變形等結構安全性能，實時向人們傳遞信息，保障建筑物整體安全性。
綜上所述，隨著中國鐵路總公司對高速鐵路建設發(fā)展的要求，高鐵鋼結構建筑物的數(shù)量也在逐年快速增長，對高鐵鋼結構進行實時、在線、長期監(jiān)測是保證結構在運行使用階段安全性以及可靠性的至關重要一環(huán)。鋼結構健康監(jiān)測系統(tǒng)其重要性就在于能夠準確地在結構安全隱患發(fā)生的初期，將其發(fā)現(xiàn)并能夠定位及確定隱患的程度，進而提供結構的安全性評價，預測損傷結構的剩余壽命。鐵路管理單位應當正視高鐵鋼結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的重要性，把高鐵鋼結構建筑物的健康狀況作為重中之重，為高速鐵路建設鋼結構的發(fā)展提供安全保障。
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