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某客站雨棚钢结构吊顶结构现状排查分析

发布时间:2022年8月5日 点击数:42

从2008年开始,伴随着高速铁路建设的推进,大空间、大跨度结构的客站雨棚,因其贯彻了无站台柱的设计理念,既最大限度地为旅客提供了进出站的空间,又集中体现了现代化车站的通透、无障碍理念,从而成为铁路客站的首选建筑形态。但随着服役时间增加,钢结构雨棚病害逐步增多,连续发生雨棚屋面、吊顶板、封边板坠落事故。为排查安全隐患,在钢结构检测工作中,采用传统手段结合新技术的方式,可帮助我们解决更多工程难题。

1 工程概况

某客站雨棚结构型式为无站台柱、钢框架结构雨棚。雨棚顶部为镀铝锌压型钢板,雨棚内部龙骨与主梁焊接,底部设有吊顶板,互相叠压并采用螺栓、拉铆钉进行固定和连接。封边板位于吊顶板边缘处,设计采用螺栓与框架梁连接固定。该站共设3台7线,其中正线位于3、4站台之间。雨棚长450 m,雨棚封边板底部距轨面高差为10.35 m,封边板边缘距轨道中心线水平距离为5.75 m,变形缝分别位于C8、C17号柱处。该站于2010年开始建设,2012年建成交付,距检测之时已近10年。

该高铁客站雨棚一处封边板松脱,给铁路正常行车带来一定影响。为全面排查该站其他部位封边板可能存在的安全隐患,为后期加固、整治提供技术支撑,对该站雨棚钢结构吊顶结构进行了专项检测。

2 排查方案

2.1 吊顶结构接触式检查

在雨棚站台利用平台车登高作业,晃动、敲击检查吊顶板与龙骨连接情况(图1);观察吊顶板是否存在异常下挠,判断吊顶板服役状态。测点位置选取每块吊顶板与龙骨螺栓连接处。对于在敲击检查中明显听到构件因未紧密连接产生的振动噪声处,判断该处吊顶板与龙骨连接不牢;吊顶板异常下挠情况采用目测结合探测杆的方式检查。

图1 吊顶板接触式检查方法

图1 吊顶板接触式检查方法  下载原图


a—平台车登高作业;b—橡皮锤敲击检查

2.2 吊顶内部结构现状检查

在屋面板顶部开孔(5 cm×5 cm),伸入探测杆及内窥镜对雨棚内部进行检查。重点关注三方面:1)检查封边板固定拉铆钉、螺栓锈蚀情况;2)检查封边板锈蚀情况;3)复核实际连接方式与设计图纸是否一致。

2.3 非接触式封边板列车风致振动检测

采用基于图像识别的非接触式振动测试方法对封边板振动响应进行检测。

列车在地面上高速行驶时,由于空气的黏性作用使周围空气被列车表面带动并随之一起运动,在距列车表面一定距离内,随列车一起流动的空气,称为列车风[1,2]。风压脉冲载荷使雨棚屋面板和封边板发生响应开始振动,并在风压和气流的作用下一直持续振荡;当列车高速出站时,车尾的气流同样会使得雨棚屋面板和封边板再次发生振动响应,然后逐渐衰减至相对稳定的状态。

通过工业摄像机获取封边板振动响应图像序列,提取其中像素点亮度信息并分析其相位差,通过相位差加权处理的方式得到像素点位移量,最后通过实测尺寸与像素点数对比所得图像比例系数换算为振幅幅值[3,4]

应用此方法,虽然视频中呈现出的振动幅值较小,但通过专有算法计算,仍可准确分析结构振动响应。

3 现场检查检测结果

3.1 吊顶结构接触式检查结果

1)吊顶板检查结果:在60个抽检测点中,共21处吊顶板与龙骨连接不牢,5处存在不同程度吊顶板异常下挠,共29处测点检查发现不同类型病害,占比约为48.3%。其中位于到发线正上方共30个测点,11处发现不同类型病害,占比约为36.7%;正线侧正上方共30个测点,18处发现不同类型病害,占比为60.0%。

2)封边板检查结果:封边板缺少与钢梁连接螺栓,与设计不符;部分封边板对接处松动;个别封边板锈蚀,特别是钢梁加劲肋、节点处锈蚀严重。封边板松动情况见图2。

图2 封边板松动

图2 封边板松动  下载原图


3.2 吊顶内部结构现状检查

共开孔检测6处,检查结果表明:封边板缺少与钢梁连接螺栓,与设计不符;雨棚吊顶板顶部普遍存在不同程度锈蚀现象,部分锈蚀严重;螺栓、铆钉情况基本良好,螺帽普遍存在不同程度锈蚀;龙骨普遍存在不同程度的涂层脱落、锈蚀现象。设计封边板连接方式见图3,典型吊顶内部结构现状见图4。

图3 设计封边板连接方式

图3 设计封边板连接方式  下载原图


图4 吊顶内部结构现状

图4 吊顶内部结构现状  下载原图


a—吊顶板顶部锈蚀;b—龙骨处螺帽锈蚀。

3.3 非接触式封边板列车风致振动检测

3.3.1 检测方法

在站台上架设工业摄像机,测试动车组列车高速通过时封边板振动响应。测试期间采用测速仪对通过列车车速进行测试,并对车型进行记录。通过横向对比相同结构形式测点振动数据,寻找安全隐患点。

在本项目中,封边板实测的宽度为60 mm,占像素55 pixels,故图像比例系数为60/55=1.090 9 mm/pixel。正线侧上方封边板体系由长、短封边板对接而成,每跨共有4~6块封边板。测试点位选择封边板对接处,分别测试对接处左侧、右侧振幅。测试方法及测点位置见图5。

3.3.2 仿真模拟

选取脱落的封边板实际测量尺寸、连接方式,建立有限元模型,模拟封边板在高速列车风静力作用下对接处变形值,作为振动测试参考值。本次风压值取实测52.2 Pa。经计算,测点处理论计算变形值为1.67 mm。实测风压曲线见图6。

图5 吊顶内部结构现状

图5 吊顶内部结构现状  下载原图


a—测试方法;b—测点位置。

图6 实测风压曲线

图6 实测风压曲线  下载原图


3.3.3 检测结果

在207组测试数据中,振幅(以下均指峰值)最大值为10.53 mm,对应4站台第23跨第5块封边板,测试车速为300.8 km/h;最小值为0.58 mm,对应3站台第4跨第4块封边板,测试车速为296.9 km/h。振幅平均值为2.78 mm,方差为2.53 mm,测试期间车速为282.4~307.5 km/h。

通过分析在接触式检查中发现存在松动现象的吊顶板的列车风致振动响应情况可知,存在松动现象的封边板振幅均在3.5 mm以上,主要位于柱状图(3.08,3.58]区间(图7),故以该区间作为参考限值判断其余封边板是否可能存在松动现象,见表1。

  

表1 松动封边板列车风致振动响应  下载原图



表1 松动封边板列车风致振动响应

由振幅幅值汇总(图7)可知,封边板振幅众数值落在(1.58,2.08]区间,与仿真模拟参考值相符。振幅偏大(大于3.08 mm)数据数量为77个,约占样本总体数量的37.2%;振幅大于4.58 mm的数据数量为21个,约占样本总体数量的10.1%。判断以上位置封边板连接处可能局部松动。典型振动测试波形见图8。

4 排查结论

1)吊顶板接触式检查、结构内部检查结果表明:封边板与钢梁缺少连接螺栓,与设计图纸不符;封边板固定处构件变形,对接处缺少可靠连接,致使部分封边板松动;封边板、龙骨、螺帽等锈蚀严重;内部杂物堆积。

图7 检测数据汇总

图7 检测数据汇总  下载原图


图8 典型振动测试波形

图8 典型振动测试波形  下载原图


2)非接触式封边板风致振动检测结果表明:有77处封边板可能存在连接局部松动,应加强日常巡查,紧急情况及时处置。

3)依据GB 50292—2015《民用建筑可靠性鉴定标准》[5]判定封边板构件集安全性等级为Du级,封边板构件集使用性等级为Cs级;吊顶板构件集安全性等级为Cu级,吊顶板构件集使用性等级为Cs级。

5 结束语

在本项目中,登高车、橡皮锤等传统的接触式检查方法,以及内窥镜、基于图像识别的非接触式振动检测装置等新手段互为补充、相互结合,完成了本次吊顶结构排查工作,明确了安全隐患,为后期加固、整治提供了技术支撑,也为之后的雨棚钢结构检测方法提供了新思路。

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