关键词:
寒区高铁站
钢结构雨棚
变形监测
数据处理
安全评价
摘要:
高铁站钢结构雨棚属于大跨度空间结构,具有结构复杂、跨度大、安全等级高、服役环境多样且使用人群密集等特点。雨棚一旦发生破坏,将严重危害人们的生命财产安全。因此对高铁站钢结构雨棚进行安全健康监测很有必要。本文以寒区高铁站钢结构雨棚为研究对象,对钢结构雨棚的变形进行有限元仿真分析,建立了其变形监测系统与安全评估体系。研究内容及主要结论如下:
(1)利用静力学分析方法建立了寒区某站台钢结构雨棚有限元仿真模型,根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012中风、雪、温度荷载的取值规范研究了环境荷载对高铁站钢结构雨棚变形的影响规律并确定了变形监测点,同时通过设计北斗定位天线布置方案,搭建变形监测系统。研究结果表明,钢结构雨棚水平方向的变形以东西向最为显著,其次为南北向,内侧区域受影响较小;竖向变形则以内侧区域最为显著,端部区域次之,在多种环境荷载持续作用下温度是引起结构变形的主要影响荷载条件。钢结构雨棚被划分为4个面积相等的区域,北斗定位天线监测点布置在1号区域,共设置5处监测点位,实现了钢结构雨棚变形的实时监测。
(2)针对北斗监测数据的异常值与噪声问题,建立了“拉依达准则-小波变换去噪-卡尔曼滤波平滑”的复合数据处理方法。以高铁站钢结构雨棚变形数据为背景,通过复合评价指标,确定了小波变换法的最佳分解尺度和卡尔曼滤波参数Q值,实现了毫米级精度的位移数据输出,满足了《铁路客站结构健康监测技术标准》TB/T10184-2021的技术要求,提升了数据质量与可用性。
(3)通过对监测数据进行处理得到钢结构雨棚实际位移数据,对监测点变形趋势进行分析。同时结合有限元瞬态分析方法,将实测温度数据作为荷载输入有限元模型,实现了仿真变形与实测数据的对比验证。研究结果表明,仿真结果与实测数据的变形趋势具有较好一致性,验证了有限元模型的准确性,也证明了变形监测点选择的有效性,确保了变形监测系统搭建的合理性,使得监测数据具有较高的实用性。
(4)利用监测数据日均变形幅值结合变形安全系数评价指标,建立了针对寒区高铁站钢结构雨棚的安全评估体系。该体系通过数据驱动实现了“宏观+微观”的安全评估等级的量化。研究结果表明,钢结构雨棚变形安全系数为1.65,超过安全阈值1.2,表明结构在复杂环境荷载作用下的整体变形处于安全范围内。根据日均变形幅值指标评估,雨棚在61天监测周期内共触发20次非正常预警,剩余41天处于I级正常状态,表明结构受短期荷载影响而导致数据异常,该安全评估体系具有较高的敏感性与可靠性,可以实现对钢结构雨棚安全状态的客观评估。