高京京 方有亮

高压输电系统是电力工业中一个不可或缺的重要组成部分,输电线系统的破坏会给社会和人民生命财产造成严重的后果,所以对输电铁塔的损伤检测和健康监测是非常必要的。结构损伤诊断自提出到现在,方法很多,如损伤指标法、神经网络法等。在损伤指标法中,用于损伤定位的指标大致分为两大类:基于静态特性的损伤指标和基于动态特性的损伤指标[1-4]。本文分析了塔架损伤前后频率和振型的变化,并利用振型改变率作为指标,从数值模拟和试验验证两个方面对塔架的损伤识别进行了研究。

1 检测原理

结构的损伤检测主要包括三个方面的内容:结构损伤的检测、结构损伤的定位及结构损伤程度的标定与评价。

对自由振动(f=0),上式可写成:

对无阻尼体系(c=0),结构的特征方程为:

其中,K为结构的刚度矩阵;M为质量矩阵;ω为结构的固有频率;φ为模态振型,φ=[φ1,φ2,φ3,…,φN] 。

振型相比频率来说,包含更多的损伤信息,利用振型来识别损伤有两种途径:1)直接利用结构损伤前后的振型变化来识别损伤;2)由振型构造结构损伤标识量,由标识量的变化或其取值来识别损伤。本文利用第一阶振型改变率(用R表示)来识别结构的损伤。结构第一阶振型改变率为损伤结构的第一阶振型和完好结构的第一阶振型对应点的比值。R=φd/φ。本文利用该指标来对结构的损伤诊断进行研究。

2 数值模拟

如图1所示的高压线塔结构,高3.6 m,分为 4层,底层有一横担,其底面与顶面为长方形,全塔由两种型号的角钢组成,分别为30 mm×30 mm×3 mm的角钢和25 mm×25 mm×2 mm的角钢。……