铁路结构健康监测系统 2013铁路行业解决方案
浅谈高速铁路钢结构建筑健康监测系统的重要性
浅谈高速铁路钢结构建筑健康监测系统的重要性发表时间：2015-11-09T16:15:38.877Z 来源：《工程建设标准化》2015年7月供稿作者：宫涛[导读] 北京铁路局土地房产管理处 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。
宫涛（北京铁路局土地房产管理处，北京，100860）【摘要】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。
铁路桥梁结构健康监测技术
铁路桥梁结构健康监测技术铁路桥梁是铁路交通的骨架，是保障列车行驶安全、运输顺畅的重要设施。
然而，由于桥梁长期承受运输荷载和自然风化等因素，桥梁的安全性和稳定性随时都可能受到威胁。
因此，铁路桥梁的健康监测技术显得尤为重要。
本文将从铁路桥梁健康监测的优势、常见监测技术以及未来发展趋势三个方面进行探讨。
一、铁路桥梁健康监测的优势铁路桥梁健康监测技术以其高效、准确、及时等优点成为了现代桥梁管理的重要手段。
它能够及时、准确地发现桥梁结构存在的缺陷，保证铁路桥梁的安全运营。
下面我们来了解一下常见的监测技术。
二、常见监测技术1. 振动测试技术振动测试技术是通过采集桥梁的振动数据，分析桥梁结构受力状态和判断桥梁结构的状态，从而判断桥梁结构健康状况。
振动测试技术主要有响应谱分析和损伤诊断两种。
2. 光纤光栅传感监测技术光纤光栅传感监测技术采用光纤作为传感器，通过测量光纤的反射特性来获取桥梁的实时数据，可以从多个方向同时监测桥梁多个关键部位的变形和应力情况。
3. 微波探伤技术微波探伤技术采用微波进行探测，对桥梁结构进行非接触式无损检测，可以检测桥梁结构中的裂纹、腐蚀等缺陷，是桥梁结构检测中的重要手段。
三、未来发展趋势随着人工智能、大数据等技术的逐渐发展，这些技术已广泛应用于桥梁监测领域。
未来的发展趋势将集成多种技术手段，建立统一、完善的桥梁健康监测体系，实时获取桥梁的实时数据，提高监测的精度和准确性。
四、结论铁路桥梁健康监测技术在铁路交通的安全保障中起着重要的作用。
在未来的发展过程中，需要进一步整合、完善相关技术，从而建立起全面、准确监测桥梁健康状态的体系，通过数据分析，为桥梁维护、管理提供决策支持。
高速铁路隧道施工中的结构健康监测与诊断
高速铁路隧道施工中的结构健康监测与诊断近年来，高速铁路的发展已经成为我国公共交通领域的重要一环。
高速铁路用其快速、安全、舒适的特点受到了广大乘客的喜爱。
然而，高速铁路的隧道施工却涉及到复杂的工程技术和严格的结构要求。
为了确保隧道的施工质量和运行安全，结构健康监测与诊断成为了不可或缺的一环。
结构健康监测是一项关键技术，旨在提前发现结构问题，及时采取措施进行修复，从而保证隧道长期稳定运行，并确保旅客的安全。
在高速铁路隧道施工中，结构健康监测主要包括传感器安装、数据采集和分析处理三个阶段。
首先，传感器的安装是结构健康监测的基础。
传感器是用来感知隧道内部结构的变化情况，并将收集到的数据传输到监测系统中。
常用的传感器包括应变计、振动传感器和温度传感器等。
应变计可以测量隧道结构的应变变化，判断其是否超出允许范围。
振动传感器可以监测隧道结构的振动情况，评估其在运行中的稳定性。
温度传感器可以检测隧道结构的温度变化，避免因温度差异而产生的热胀冷缩引起的损坏。
其次，数据采集是结构健康监测的重要环节。
随着传感器的普及和技术的发展，数据采集已经变得更加高效和可靠。
传感器采集到的数据会以数字化的形式储存在数据库中，供后续的分析处理使用。
数据采集需要考虑到监测的频率和时间跨度，以及数据传输的实时性和稳定性。
可以通过无线传输、有线传输或者人工传输的方式将数据传输到监测系统中。
同时，还需要制定合理的采样计划，以获取全面和准确的数据。
最后，分析处理是结构健康监测的核心环节。
通过对采集到的数据进行分析和处理，可以获取有关隧道结构健康状态的信息，进而进行诊断和评估。
分析处理常用的方法有模型校正、特征提取和状态评估等。
模型校正是对采集的数据进行修正，以提高数据的准确性和可靠性。
特征提取是通过提取数据中的特征参数，对结构的不同部位进行比较和评估。
状态评估是根据提取的特征参数，对隧道结构的健康状况进行判断，包括结构完整性、承载能力、疲劳状况等。
大型铁路站房结构健康监测研究现状评述
大型铁路站房结构健康监测研究现状评述大型铁路站房是城市交通的重要枢纽，承担着巨大的客流和货运压力。
为了确保铁路站房的结构安全和健康，需要进行定期的结构健康监测。
本文将对大型铁路站房结构健康监测的研究现状进行评述，以期为相关领域的研究提供参考和借鉴。
一、大型铁路站房结构健康监测的重要性大型铁路站房结构健康监测是指通过各种检测手段和技术手段对站房的结构状况进行实时监测和分析，以便及时发现结构存在的问题并进行维修和加固。
这对于确保铁路站房的安全运行和延长使用寿命具有重要意义。
由于大型铁路站房的特殊性，其结构复杂、体量大，承受着大量的动静载荷，并且长期受到风雨侵蚀，容易出现裂缝、位移、变形等问题，因此结构健康监测对于保障站房的结构安全具有重要的意义。
目前，针对大型铁路站房结构健康监测，国内外学者和工程技术人员采用了多种监测手段和技术手段，主要包括传感器监测技术、无损检测技术、数字摄像监测技术等。
传感器监测技术是利用加速度、位移、应变等传感器对结构的各项参数进行实时监测，通过数据采集和分析来判断结构的健康状况。
无损检测技术主要包括超声波检测、磁粉探伤、X射线检测等技术，通过对站房结构进行无损检测，可以及时发现结构存在的隐患并进行修复。
数字摄像监测技术是通过摄像设备对站房的结构进行实时监测，可以全方位地观测到结构的变形和裂缝情况，为后续的维护和加固提供了重要数据支持。
在国内外，针对大型铁路站房结构健康监测的研究取得了一定的进展。
国内外许多大型铁路站房结构健康监测工程取得了实际应用成果，为相关领域的研究提供了宝贵的经验。
国内某大型铁路站房采用了传感器监测技术，成功实现了对站房结构各项参数的实时监测和分析，并在发现问题后采取了有效的维修措施，确保了该站房的结构安全和稳定运行。
在国外，一些发达国家也对大型铁路站房的结构健康监测进行了深入研究，提出了一些先进的监测技术和方法，为相关领域的研究提供了宝贵的参考和借鉴。
工程结构健康监测系统的设计与实施方案 (2)
Part Three
工程结构健康监测 系统实施方案
施工准备与部署
确定监测点位：根 据工程结构特点和 监测需求，确定监 测点位的位置和数 量
设备选型与采购： 根据监测需求，选 择合适的监测设备 和传感器，并进行 采购
现场勘查与测量： 对施工现场进行勘 查，测量监测点位 的具体位置和尺寸
设备安装与调试： 按照设计方案，将 监测设备和传感器 安装到指定位置， 并进行调试，确保 设备正常运行
Part Four
工程结构健康监测 系统应用案例分析
应用领域与案例选择
添加 标题
桥梁健康监测：监测桥梁的应力、位移、振 动等参数，及时发现安全隐患
添加 标题
隧道健康监测：监测隧道的变形、渗水、空 气质量等参数，确保隧道安全运行
添加 标题
建筑健康监测：监测建筑的变形、振动、温 度等参数，保障建筑安全
案例实施过程与效果
案例选择：选择具有代表性的工程结构健康监测系统应用案例
实施过程：详细描述案例的实施过程，包括监测系统的安装、调试、运行 等环节
效果分析：对案例实施后的效果进行详细分析，包括监测系统的准确性、 稳定性、可靠性等方面的表现
案例总结：总结案例实施过程中的经验和教训，为今后的工程结构健康监 测系统应用提供参考和借鉴
时采集、触发 线传输、卫星 HTTP、FTP
式采集等
传输等
等
数据存储与管 理：数据库、 云存储、数据
备份等
数据安全与隐 私保护：加密、 访问控制、数
据隔离等
数据分析与处理实施
数据采集：通过传感器实时监测工程结构健康状况 数据预处理：对采集到的数据进行清洗、去噪、归一化等处理 数据分析：运用统计分析、机器学习等方法对数据进行分析，提取特征 数据可视化：将分析结果以图表、图像等形式展示，便于理解和决策
铁路桥梁结构的健康监测技术研究与实践
铁路桥梁结构的健康监测技术研究与实践铁路桥梁是铁路交通运输中不可或缺的重要组成部分。
随着铁路交通运输的发展，桥梁年限的不断推进，如何保障铁路桥梁的安全运营成为了当前铁路行业亟待解决的问题。
为了保障铁路桥梁的安全稳定运营，铁路桥梁结构的健康监测技术研究与实践日益成为重要的研究领域。
一. 铁路桥梁结构的健康监测技术铁路桥梁结构的健康监测技术是铁路行业着力研究的一种技术手段，其主要是通过现代化的传感器和监测系统对铁路桥梁进行实时、准确的监测和分析，及时发现铁路桥梁结构的薄弱环节和病害，为桥梁维修、加固、改造提供科学依据，从而提高铁路桥梁的安全性和可靠性。
在铁路桥梁结构的健康监测技术研究中，借助先进的感知技术，可以对桥梁结构各个方面进行监测，其中最为重要的是针对桥墩、桥面及桥塔这些大型结构进行监控。
同时，利用计算机技术和数值模型进行三维分析和模拟，并结合建筑物、环境和车辆等因素，形成完整的健康监测系统。
这样的系统可以让工程师和监测人员更好地掌握整个铁路桥梁的工作状态，及时发现故障，并在最短的时间内制定相应的解决方案。
二. 铁路桥梁结构健康监测技术实践案例在铁路桥梁结构健康监测技术的实践中，国内与国外已经积累了大量的经验。
例如，某铁路局在全国范围内进行了大量的铁路桥梁健康监测试点工作。
该局主要借助于人工振动试验和结构力学实验等方法，以及自动监视数据采集分析系统，对现有铁路桥梁进行实时、连续、动态的监测和分析，有效的提高了桥梁的运维性能，减少了故障停运时间。
此外，在国外的铁路行业中，针对铁路桥梁结构的健康监测技术也是研究热点。
有的国家利用高精度传感器，实时监测铁路桥梁的各种变形、振动等情况，对铁路桥梁的病害进行分析，为桥梁的及时维护提供技术保障。
三. 铁路桥梁结构健康监测技术的未来发展趋势在未来，铁路桥梁结构健康监测技术将会得到更加深入、全面的研究。
随着物联网、云计算等新技术的普及，铁路桥梁的健康监测系统将会更加具备智能化的特点，实现从“分散监测”向“综合监测”、从“定点监测”向“实时感知”、从“人工决策”向“智能分析”转变。
高速铁路工务工程健康监测系统设计方案研究
高速铁路工务工程健康监测系统设计方案研究作者：李静文刘健娜来源：《中国房地产业·中旬》2020年第04期摘要：高速铁路因列车速度快、运载量大，对铁路桥梁、隧道、路基和轨道等工务工程有着高平顺、高稳定性和高可靠性的要求。
目前，对于整体线路工程中包含的桥梁、隧道、路基、轨道结构建立整套健康监测系统相对较少。
针对这一情况，本文依托高速铁路工务工程中包含的桥梁、隧道、路基、轨道等结构设计出一套完整的运营健康监测系统方案。
关键词：高速铁路;健康监测;线路工程。
1 引言我国作为全世界运营里程最长，也是高速铁路在建规模最大的国家。
目前相关部门已经开始对已建成的高速铁路工务工程如何进行有效的结构监测开始研究，但是现在的监测系统多数都是对于单个的桥梁、隧道、路基或者轨道的某一部分进行实时监测，而对于整体线路工程建立健康监测系统相对较少。
为此，本文拟结合高速铁路工务工程的特点，设计出一套相应的监测方案。
2 高速铁路的主要特点高速铁路线路工程是典型的由不同结构物（桥梁、隧道、路基、轨道）相互串联组成一个集成化、系统化的复杂系统。
高速铁路有以下特点：2.1 高速列车为了保证速度快的特点，采用更多的桥梁和隧道来缩短距离。
2.2 高速列车行车速度快，密度大，对基础设施和设备的依赖性能更强。
3 建立高速铁路健康监测系统的总体目标和要求3.1 监测系统的总体目标3.1.1 获取桥梁、隧道、路基和轨道结构在正常环境与交通条件下运营的特征信息，评估结构的健康状态。
对于沿线整体性和关键部位的损伤，对结构整体做出健康状态评估和安全性评价。
3.1.2 评价高速铁路工务工程中桥梁、隧道和路基、轨道承受动、静荷载的能力和可靠性，为运营管理与养护维修提供依据。
3.2 系统的总体网络结构图高速铁路健康监测系统总体组成框架网络结构图。
健康监测系统包括：现场数据采集、数据传输（有线或无线）、数据处理管理、安全评估和信息显示等。
3.3 监测系统的模块的集成高速铁路监测子系统包括桥梁、隧道、路基、轨道四大子模块如图1所示。
大型铁路站房结构健康监测研究现状评述
大型铁路站房结构健康监测研究现状评述1. 引言1.1 研究背景现代社会，随着城市化进程的加快和交通运输业的发展，大型铁路站房作为城市重要的交通枢纽，其结构健康监测问题日益凸显。
目前，国内外对于大型铁路站房结构健康监测的研究主要集中在利用先进的监测技术和方法，对站房的结构进行实时、准确的监测，旨在及时发现结构隐患，保障站房的安全运行。
在这样的背景下，对大型铁路站房结构健康监测的研究越来越受到人们的重视。
通过对当前研究现状的评述，可以更好地了解该领域的发展动向和存在的问题，进一步推动相关研究的深入发展。
1.2 研究意义大型铁路站房是铁路交通系统中非常重要的组成部分，承载着大量的旅客和货物流动。
对于大型铁路站房的结构健康监测研究具有重要的意义。
大型铁路站房的结构安全直接关系到乘客和工作人员的生命安全。
如果铁路站房的结构存在隐患或者受损严重，将会造成严重的安全事故，给人们的生命和财产造成巨大的损失。
通过结构健康监测研究，可以及时发现潜在的问题，采取有效的措施进行修复和加固，提高铁路站房的结构安全性。
结构健康监测研究可以帮助铁路管理部门制定科学的维护和保养计划，延长铁路站房的使用寿命，减少维修成本，提高运营效率。
通过监测结构的变化和演化，可以及时发现结构缺陷和病害，采取相应的措施进行修复，提高铁路站房的整体运行效果。
大型铁路站房的结构健康监测研究对于保障铁路交通安全、提高运营效率具有重要的意义，是一个具有广阔发展前景的研究领域。
希望通过本文的介绍和评述，能够引起更多研究者的关注和重视，推动相关研究工作的进一步发展和完善。
1.3 研究目的研究目的是为了深入了解大型铁路站房结构的健康状况，探讨现有的结构健康监测技术在铁路站房中的应用情况及效果，分析目前存在的问题和挑战，为进一步完善结构健康监测系统提供参考和指导。
通过开展本研究，旨在为铁路站房的结构安全和运行维护提供科学依据，为确保铁路交通的安全和高效运行提供技术支持，促进铁路站房结构健康监测领域的发展和进步。
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抗电磁干扰、电绝缘、本质安全；
级联、光纤传感网、准分布式； 高的灵敏度；
体积小，重量轻；
结构简单灵活，安装方便； 远距离检测
--- 光纤光栅传感技术已经成为结构健康监测主要技术之一
光纤光栅传感系统
•
光纤光栅传感系统通过敷设在现场的传感器测量温度、应力、位移等物理 量，实时监测桥梁的结构健康状况
斜拉桥主梁健康监测子系统
监测对象 主梁挠度
主梁内力 主梁温度 主梁位移
安装位置 主梁上安装水准仪（测点布设依具 体项目而定。）
主跨跨中、主跨1/4和3/4跨、边跨 跨中、支点等关键点 主梁1/4、1/2及其他关键点 全站仪基座放置在大桥现场合理的 地点，（被测点）棱镜可安装在主 梁外侧光束可照射的一侧。（测点 布设依具体项目而定。）
光纤光栅解调仪
FONA系列
主要技术指标 通道数 波长范围 分辨率 重复性 扫描频率 2、4、6、10 …16、32、64 ≥80 nm@C-Band 1pm 3pm（典型） 1、100、200、300、1K
光纤光栅解调仪
i Smart1115
主要技术指标
通道数
波长范围 分辨率 重复性 扫描频率
16、32、64
各种铁路桥梁的健康状态 铁轨自身的健康状态 铁路隧道的结构健康状态 铁路车站/特殊结构的健康状态
内容
1 2
应用背景 产品介绍 行业应用 历史业绩
3
4
光纤光栅传感系统（FBG）
光纤光栅传感系统FBG
Λ
光纤光栅的结构
B
B
f T 1 Pe
• 累积损伤：长期使用或过度使用（超载超流量）下以及长期暴露日晒雨
淋使得材料老化、混凝土收缩、徐变、金属材料锈蚀、连接件松动、易位、 沉降不均匀等使得结构承载能力降低；长期振动和冲击载荷使得材料疲劳 等累积性损失，人工检测难以发现。
桥梁事故
• 日前，据一家媒体不完全统计，自2007年算起，5年来，全国 共有37座桥梁垮塌，其中13座在建桥梁发生事故，共致使 182人丧生，177人受伤。平均每年有7.4座“夺命桥”，即平 均不到两个月就会有一起事故发生。Байду номын сангаас
全站仪
斜拉索振动 根据结构力学分析及成本效益分析， 光纤光栅加速度传 确定被测索 感器 塔顶风速 塔顶 风速仪
铁路结构健康监测系统
上海波汇通信科技有限公司
内容
1 2 3 4
应用背景 产品介绍 行业应用 历史业绩
结构损伤/失效的因素
• 突发事件：强震、飓风、撞船、爆炸、特大冰雪灾害等难以预测。监管
部门一般可以即时发现事件的发生。通过事件后的特殊检查较容易查明事 件的外部原因造成的损伤和破坏，可以检查状态量的变化，但无法获得事 件前后状态量的突变过程。连续自动的在线监测系统则可以自动记录突发 事故发生过程中结构健康状态参数的变化信息，相当于为桥梁结构配备了 神经系统。
结构健康监测的意义
实时监测各种结构的健康及运营状况； 提高结构整体性、耐久性和可靠性的分析评估方法； 校验在设计及施工时所取用的假设和参数； 发展先进的结构监测、控制和评估技术和方法； 辅助和改进检测方法，为后期维护决策提供依据。
结构健康评估过程------ 桥梁
自动化监测
荷载、环境 检测 风荷载 温度、温差 交通荷载 静动态响应 检测
不能
差 低 较高
不能
差 高 高
能
好 较高 较高
光纤光栅水准仪
光纤光栅静力水准仪 测量范围 测量精度 分辨率 外封装 0～150 mm -0.1～+0.1mm 0.01%FS 不锈钢外壳 铠装引线
内容
1 2
应用背景 产品介绍 行业应用 历史业绩
3
4
斜拉桥健康监测系统
• • • • 主梁挠度监测 主梁内力监测 主梁温度监测 主梁位移监测 • • • • 索塔振动监测 索塔塔顶位移监测 斜拉索振动监测 塔顶风速监测
选用设备/技术 光纤光栅静力水准 仪
光纤光栅应变计 光纤光栅温度传感 器 全站仪
斜拉桥索塔健康监测子系统
监测对象 索塔振动
索塔塔顶 位移
安装位置 经结构力学分析确定合理的监测点
全站仪基座放置在桥梁现场的合理 布点，（被测点）棱镜安装在塔上 或塔柱顶（全站仪光束可照射到的 位置）
选用设备/技术 光纤光栅加速度传 感器
光纤光栅应变传感器
应变量 标距 分辨率 精度 温度范围 规格尺寸
表面安装式应变传感器 SSS-05 ±1000με 100mm ≤0.1％FS ＜1％FS -30℃～＋85℃ φ 28×200mm
埋入式应变传感器 ESS-06 ±1000με 100mm ≤0.1％FS ＜1％FS -30℃～＋85℃ Φ30×200mm
光纤光栅应变传感器
指标
原 理 线性度 耐久性 灵敏度 精 度 绝对测量
应变测试手段
电阻应变计
振弦应变计
光纤光栅应变计
应变引起波长移动 好 好 高 1～2 能
应变引起电阻变化 振弦频率与弦拉力成正比 较好 差 低 3～5 不能 好 一般 较高 2～3 不能
分布式测量
抗电磁干扰 传感头费用 大规模采集 设备费用
人工检测
桥梁特性
模态特性 疲劳特性 线型、沉降、索力 结构损伤 整体损伤 局部损伤 定期测量 常规检查 特殊检查
整体位移
局部变位 截面内力 节点应力
外观、屈曲、
开裂、锈蚀、 退化等 局部损伤
其它荷载
趋势变化
超过设计界限值？
是
结构安全信息 的识别
给出警报
评估与主动控制决策
健康监测系统架构图
结构健康监测在铁路中的应用:
≥80 nm@C-Band 1pm 3pm（典型） 1Hz
光纤光栅传感器
量程 分辨率 精度 规格
温度传感器TMS-03 -30℃～＋120℃ 0.1℃ ±0.5℃ φ 8×80mm
量程 分辨率 精度 温度范围 规格尺寸
加速度计ACS-03 1g～2g ≤0.1％FS ＜1％FS -30℃～＋85℃ 80×30×16mm
在1550nm窗口，中心波长的温度系数约为10.3pm/ oC，应变 系数为1.209pm/με。
光纤光栅传感系统FBG
宽带 光源
S1
S2
S3
Sn
波长测量系统
用户接口
波分复用： • 不受光功率的影响，测量精度高 • 低速测量 • 每个传感器的波长不能重合，测量点数少 • 成本高
光纤光栅传感系统FBG