浅析输电铁塔损伤检测 林道伟 海南电网有限责任公司电力科学研究院 摘 要： 由于一直暴露在外在环境中, 输电铁塔必然会受到环境影响, 比如最为常见的风雪吹打、暴雨侵袭等等, 此时其构件就会出现腐蚀以及裂缝之类的问题, 最终影响到线路, 导致输电工作无法顺利进行, 特别是当受到冰雪气候的影响时, 铁塔受到的冲击力将会更大, 长此以往就会导致疲劳损伤, 导致裂缝扩大最终发生倒塌之类的问题, 而一旦出现此类问题的话, 必然会给国家以及相关的人民群众的生命以及财产等造成严重的威胁。对此, 要想避免上述的负面现象出现, 就要认真分析并且检测其损伤情况, 以此来降低事故发生几率, 确保线路稳定运作。关键词： 输电铁塔; 损伤; 检测; 1 输电铁塔损伤检测的意义积极开展输电铁塔检测以及诊断工作, 对于确保广大群众的生命安全以及财产稳定来讲有着非常关键的意义。众所周知, 输电铁塔的外形非常庞大, 而且常年的处在外在的氛围中, 必然会受被各种自然现象所作用而引发很多问题。一旦出现了问题的话, 就需要耗费大量的资金和劳动力来处理, 很显然这对于提升资源的利用率来讲是非常不利的。对此, 通过建立智能化的检测体系可以确保检测以及预报等具有强大的实时性特征, 能够节省检测以及维护所需的资金, 而且测量工作完全实现了自动化, 因此能够保证工作的稳定性高。2 结构损伤2.1 何为损伤所谓的损伤, 指的是结构本身的功能被影响而弱化的一种状态。按照其程度的区别, 可以分成三种, 分别是轻微级别、中等级别以及严重级别。从大的层面上来看, 损伤涵盖两种, 分别是受力以及非受力两种损伤。对于后者来讲, 它指的是施工导致的问题;使用的时候由于温湿度以及其他一些非受力的要素导致的问题, 像是最为常见的混凝土缝隙以及钢筋的侵蚀等等。而对于前者来讲, 它指的是结构在使用的时候由于受力要素而导致的问题, 比如缝隙。所谓的破坏, 具体来讲, 指的是结构失去了其原有功效的一种状态, 通常其无法复原。2.2 框架结构的损伤所谓的框架, 具体来说指的是立柱和横梁组成的体系。它的结构较为轻便, 因此易于布局, 便于施工, 而且符合各种工艺规定, 因此目前阶段非常受广大施工者的青睐。它的垂直方向的受力以及水平方向的受力都作用到梁柱上面。一般来讲, 结构的抗侧刚度相对较小, 而且抗侧水平也不是很高。当受到水平方向的力的时候, 它的结构较容易发生变形。2.3 结构损伤检测研究损伤识别技术是结构健康检测研究范畴内的核心问题。在物理状态下, 损伤的刚度变低, 柔度变大;在模态空间中它的频率变低。不管是从研究的层面亦或是实用的层面分析, 在测定的时候都应该将确定损伤位置, 以及数值变化等当成是重点。3 损伤检测方法3.1 基于固有频率变化的损伤识别方法对于工程结构的模态参数来讲, 它的固有频率的获取几率非常高。以该频率改变为基础的识别措施认为当结构出现损伤现象的时候, 它的刚度变弱, 未意识到质量方面的改变。常见方法有三类, 分别是两阶频率变化比、频率变化率、频率变化平方比。3.2 基于振型变化的损伤识别方法振型的精确度较之于上述方法来讲要低一些, 不过它涵盖许多损伤数据。该措施涉及的类型很多, 比如模态正交法、振型曲率法、振型变化图形法、模态置信度判据法。3.3 模型修正法所谓的模型修正, 具体来讲它主要是借助动力试验获取数值, 然后再条件约束的作用下, 对模型的刚度布局加以修正, 进而比对被测试结构的局部区域的刚度来明确损伤所处的方位以及程度。通过使用该方法能够帮助我们更好的划分并且处理结构。从数学层面上来看, 该方法属于反演问题。它求解措施有三种, 分别是矩阵优化修正法、灵敏度法和特征结构配置法。因为存在测量噪音以及误差等要素, 导致该方法在具体的运用的过程中会受到一定的影响。3.4 时频分析方法所谓的时频分析法, 主要包含小波包分析以及小波分析, 最近几年出现了一种全新的 HHT 法。小波变换在时域和频域都具有表征信号局部特征的能力, 基于小波变换的小波分析利用一个可以伸缩和平移的可变视窗能够聚焦到信号的任意细节进行时频域处理, 不但能够看到信号的总貌, 而且还能够从细节处分析, 确保我们能够掌握数据的短时特征。对于结构来讲, 当个别线性的接点受到损伤以后会失去线性, 使得本身的频率发生变化, 导致它的动力响应等改变。通过使用小波分析法, 能够得知结构在损伤之前以及之后的时域和频域特点, 明确非线性特点。当我们利用小波段分析之后, 时域的响应信号的缺损特点会变得更显而易见, 所以, 该措施适合用来判别信号间的细小差别。3.5 基于环境激励的损伤识别方法该方法主要有两种, 分别是峰值拾取法和频域分解法。对于前者来讲, 它是结合频率响应函数在固有频率附近出现峰值的原理, 用随机响应的功率谱代替频率响应函数。在具体运用该方法的时候, 我们假设谱峰值只存在单一的模态。其无法辨别阻尼比以及密集模态, 不过它的优点在于它的操控更加便捷, 而且能够以较快的速率辨别问题所在。对于频域分解措施来讲, 它是以白噪声激励为前提的一种识别措施, 从严格意义上来讲它是峰值拾取法的发展, 主要用来分解功率谱的奇异值, 它的优点是精确性较高, 而且本身具有强大的抗干扰水平。3.6 人工神经网络的应用我们之所以能够将神经网络用来诊断损伤, 其原因来自三方面。第一, 可以结合对象的原始数据来进行网络训练活动, 此时得到的网络可以储存很多过程内容。第二, 网络有着强大的过滤噪音的能力, 而且在噪音的状态下同样能够得到正确的数据。第三, 网络本身有着强大的辨别损伤原因以及种类的能力。目前常用的人工神经网络有多层感知器、BP 网络等等。其中 BP 网络的应用率最高。4 检测过程中面对的不利点4.1 误差对于土木项目来讲, 其结构在设计以及分析的过程中允许有误差存在。不过假如模型的误差较为明显的话, 就会导致误差引起的动力特性改变与损伤引起的动力特性改变相当, 这就会导致因为动力变化而改变的损伤检测措施的误差变大。4.2 噪音因为存在很多的干扰要素, 所以在测量的过程中无法避免噪音。在监测结构的时候, 从最初的数据收集到传递等整个过程中都会有噪音存在, 所以必须要保证传感器的持久性良好, 只有这样才可以确保信息精准。4.3 数据不完整针对土木性质的结构来讲, 通常无法获知完整的结构模态数据。这就会导致那些依托完整数据而开展的检测工作受到阻碍。虽说使用矩阵缩聚措施后依旧可以运用, 不过误差会变大, 导致检测效果受到极大影响。4.4 敏感性不高针对复杂结构, 特别是跨度较大的空间结构来讲, 因为它本身的杆件数量较多, 一旦发生部分损伤的话就会导致数值改变, 导致检测工作受到极大阻碍。5 发展方向5.1 更加关注传感器和布设问题通过分析可知, 损伤识别工作开展的是否到位主要在于传感器以及它的布设。对此, 应该积极开展此方面的研究工作, 尽最大努力的争取早日实现以最少的传感设备获取最多的状态数据。5.2 降低对早期资料损伤识别措施的依赖性当前时期开展的识别工作, 主要依靠未损结构的精确有限元模型或试验结果, 但是绝大部分的结构本身缺少上述两种信息, 因此今后在发展的过程中应该将重点放到发展不依靠早期资料的损伤识别方面。5.3 加强基于环境激励的损伤识别方法的研究因为受到各种要素的影响, 使得具体的结构无法使用稳态正弦激励或瞬态冲击激励, 因此环境激励的使用几率就明显增加了。当前时期, 此类激励识别措施多是以白噪声为基础的, 在具体开展的过程中复杂度非常高, 因此要切实提升该措施的鲁棒性, 以此来确保识别的精确性更高。5.4 重视统计技术众所周知, 识别损伤的过程中难以避免噪音的存在, 一些小的损伤导致的变化可能会被噪音掩盖, 导致识别工作受到影响, 而通过运用统计技术能够精确的获知结构出现损伤问题的几率, 进而帮助我们能够更加精准的识别损伤。目前, 在发展诊断技术的时候, 其主要围绕着如下几个方面开展:明确是否有损伤、确定具体的方位以及情况的严重程度、处理损伤带来的负面影响。6 结束语最近几年, 我们国家出现极端气候的几率明显增大, 比如严寒和冰霜气候就时有出现, 这在无形之中导致输电铁塔受到极大的威胁, 负载力明显增加, 具体来讲最主要的影响有如下两个方面。第一, 极端气候导致铁塔受到的不均衡力明显变大。第二, 由于线路被冰雪覆盖, 当其摇动之时, 铁塔承受的力明显增加, 长此以往使得铁塔容易出现疲劳损伤, 最终引发缝隙问题, 严重的话还会倒塌, 而一旦倒塌的话就会给所在区域的广大群众造成极大的负面影响。所以, 对于电力工作者来讲, 当务之急的工作就是认真开展铁塔检测以及分析等工作, 将潜在的问题控制在发生之前。参考文献1郦正能, 何庆芝.工程断裂力学M.北京航空航天大学出版社, 1993. 2刘华南, 等.绳索取心钻杆超声波探伤方法分析研究J.探矿工程, 2012, 7 (39) :31-33. 3康颖安.断裂力学发展与研究现状J.湖南工程学院学报, 2006 (16) :39-42.