由于時間、環(huán)境及大風(fēng)、雨雪等因素影響，經(jīng)過長期使用，高鐵鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)性能的健康監(jiān)測已成為結(jié)構(gòu)安全評定、正常使用的重要保障。鐵路管理單位應(yīng)正視高鐵鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，將高鐵鋼結(jié)構(gòu)建筑物的健康狀況作為重中之重，為高速鐵路建設(shè)鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供安全保障。
【關(guān)鍵詞】高鐵；鋼結(jié)構(gòu)；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(shè)大范圍、大面積應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的序幕，但因時間、環(huán)境、大風(fēng)、雨雪等因素影響，近幾年高鐵鋼結(jié)構(gòu)建筑物經(jīng)長期使用，出現(xiàn)變形、損傷，存在安全隱患，因此高鐵鋼結(jié)構(gòu)性能的長期監(jiān)測已成為結(jié)構(gòu)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(jié)合工作實際，淺談一下高鐵
鋼結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的重要性。
一、大型鋼結(jié)構(gòu)病害國內(nèi)現(xiàn)狀：
21世紀(jì)的社會經(jīng)濟在飛速發(fā)展，每個國家都在籌劃建造超大型結(jié)構(gòu)的地標(biāo)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(jié)構(gòu)會產(chǎn)生較大形變，主體結(jié)構(gòu)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(nèi)外發(fā)生的大跨度鋼結(jié)構(gòu)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(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)營口港在建鍋爐房工程中發(fā)生鋼結(jié)構(gòu)屋頂網(wǎng)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(chǎn)造成了重大傷害，還造成極大的不良社會影響。鑒于此，鋼結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)也就成為了目前大型鋼結(jié)構(gòu)安全保障的重中之重。
二、高速鐵路鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀和問題：
2008年以來，北京鐵路局管內(nèi)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(jié)構(gòu)，22座車站建成鋼桁架結(jié)構(gòu)無柱風(fēng)雨棚，面積達到87.99萬m2。經(jīng)過幾年使用，鋼結(jié)構(gòu)雨棚普遍存在以下幾個問題：
1、鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的整體受力狀態(tài)。
2、結(jié)構(gòu)大量焊接隱患
鋼結(jié)構(gòu)雨棚加工制作復(fù)雜，大量散拼件的現(xiàn)場高空焊接加大了產(chǎn)生質(zhì)量瑕疵的概率，造成部分高鐵雨棚結(jié)構(gòu)初始缺陷。
3、外部不確定載荷影響
由于存在地震、風(fēng)環(huán)境、溫度、地下結(jié)構(gòu)的上浮等不確定的荷載，導(dǎo)致個別雨棚鋼結(jié)構(gòu)連接部位發(fā)生變形。
4、高鐵雨棚結(jié)構(gòu)巡檢困難：
高鐵鋼結(jié)構(gòu)雨棚未設(shè)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(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的組成：
鋼結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)（Structure Health Monitoring）是利用集成在結(jié)構(gòu)中的先進傳感元件，在線實時地獲取與結(jié)構(gòu)健康狀況相關(guān)的信息（包括：應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、振動狀態(tài)等），結(jié)合先進的信號信息處理方法和結(jié)構(gòu)建模方法，提取結(jié)構(gòu)的損傷特征參數(shù)，結(jié)合系統(tǒng)的特性分析，來評價結(jié)構(gòu)損傷的嚴(yán)重性以及定位損傷位置。作為一種新的結(jié)構(gòu)無損檢測技術(shù)，其基本方法是從實測的結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)信號中提取結(jié)構(gòu)的參數(shù)或與結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)的指標(biāo)，并由此推斷結(jié)構(gòu)的損傷，是傳感器技術(shù)、信號處理技術(shù)、結(jié)構(gòu)動力學(xué)、概率統(tǒng)計、自動控制和數(shù)據(jù)庫等技術(shù)的交叉領(lǐng)域。
鋼結(jié)構(gòu)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(wǎng)絡(luò)在結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yù)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(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)解決方案：
高鐵鋼結(jié)構(gòu)的防腐、防火處理等保護性工作在施工階段就做了嚴(yán)格把關(guān)，具備一定安全性能。但日常使用過程中，結(jié)構(gòu)易受溫度、濕度、風(fēng)力、雪壓荷載、地震等外界因素影響而發(fā)生變化，可能產(chǎn)生局部節(jié)點開焊、銹蝕，因鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)病變。鋼結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，采取多種自動監(jiān)測方式，對結(jié)構(gòu)敏感部位應(yīng)力檢測和結(jié)構(gòu)總體變形監(jiān)測，隨時監(jiān)測結(jié)構(gòu)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(wǎng)絡(luò)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(zhǔn)網(wǎng)、變形監(jiān)測相結(jié)合，自動分析計算結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)受力、拱架應(yīng)力、拱架變形等結(jié)構(gòu)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(shè)發(fā)展的要求，高鐵鋼結(jié)構(gòu)建筑物的數(shù)量也在逐年快速增長，對高鐵鋼結(jié)構(gòu)進行實時、在線、長期監(jiān)測是保證結(jié)構(gòu)在運行使用階段安全性以及可靠性的至關(guān)重要一環(huán)。鋼結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)其重要性就在于能夠準(zhǔn)確地在結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的安全性評價，預(yù)測損傷結(jié)構(gòu)的剩余壽命。鐵路管理單位應(yīng)當(dāng)正視高鐵鋼結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的重要性，把高鐵鋼結(jié)構(gòu)建筑物的健康狀況作為重中之重，為高速鐵路建設(shè)鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供安全保障。
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