近日，美国土木工程师学会 (American Society of Civil Engineers, ASCE) 期刊Journal of Structural Engineering在线刊发了米兰平台,米兰(中国)土木工程系孙清教授团队的论文——“面向大型特高压输电塔结构模型修正的贝叶斯运营模态分析与交互优化” (Bayesian Operational Modal Analysis with Interactive Optimization for Model Updating of Large-Size UHV Transmission Towers)。西安交通大学是该论文的唯一作者单位。该研究工作得到了国家自然科学基金(51978570)等项目的共同资助。

论文首页截图

特高压输电工程是目前世界上电压等级最高、输送容量最大、输送距离最远的输电工程。输电塔是架空线路的支撑点，其结构服役安全是保障输电线路正常运行的关键。然而，大量工程实践表明，大型特高压输电塔结构在动力荷载作用下，塔体易发生累积损伤；在极端荷载作用下，输电塔结构存在倒塌风险。因此，有必要对特高压输电塔结构实施健康监测，识别其运营状态下的动力特性。同时，由于大型特高压输电塔结构存在测试、模型、数值、环境等不确定性，以及不可避免的施工误差、有限元模型连接部位简化等问题，输电塔数值模拟分析结果与现场实测往往具有较大的偏差，导致基于有限元模型的结构特性分析缺乏准确性和可信度。

特高压输电塔结构环境振动测试

针对该问题，孙清教授团队提出了一种基于振动测试的大型特高压输电塔结构动力特性分析和有限元模型修正框架。开展了基于传感器优化布置准则的输电塔结构环境振动测试，获得了微幅振动下结构关键部位加速度响应时程。采用快速贝叶斯傅里叶变换方法，识别并量化了真型塔结构的动力特性参数及其后验不确定性。发展了一种基于粒子群算法的交互优化方法，修正有限元模型的质量及刚度分布。研究结果表明，有限元模型交互优化分析框架可以有效地应用于输电塔结构，模型误差由33.55%降低至5.38%。该成果有助于拓展有限元模型的应用范围，揭示环境耦合作用下输电塔结构的静动力行为和演化规律，为大型特高压输电铁塔结构灾变机理、健康监测等方面的深入研究提供可靠的理论依据与技术支撑。

有限元模型交互优化分析框架

美国土木工程师学会 (American Society of Civil Engineers, ASCE) 成立于1852年，目前由来自177个国家的超150,000名土木工程专业成员组成。ASCE是该领域内专业技术会议以及继续教育的领先服务商、土木工程学术内容的全球出版商，也是制定公众保护规范和标准的权威机构。Journal of Structural Engineering是ASCE旗舰期刊，创刊于1873年，为结构工程领域最古老、权威的期刊，刊发结构工程学科及其交叉领域做出基础性贡献的论文，旨在推动结构工程领域的最新技术和实践。该篇论文为近年来西安交通大学土木工程学科在ASCE Journal of Structural Engineering发表的第3篇论文。

孙清教授领导的基础设施智慧运维与防灾减灾研究团队，面向“西电东送”工程等国家重大需求，针对输电塔结构灾变防控难题，开展了一系列理论及试验研究，为输电塔结构运营安全评估、极端灾害下的结构可靠性设计提供了创新思路。近年来主要研究成果包括：完成了世界首例Q690高强钢管输电塔真型倒塌试验，对主要受力构件进行了试验与理论研究；开展了世界首条最高电压等级——1100kV特高压输电线路风振响应规律研究，确定了风振系数等关键抗风设计参数取值；完成了世界首基1000kV特高压交流单回路复合横担塔真型试验，开展了低温及风荷载作用下新型复合横担高低周疲劳性能试验研究，为复合材料横担在特高压输电塔工程的应用及推广奠定了坚实的基础，服务于我国电网关键技术创新与高质量发展。

论文链接：https://doi.org/10.1061/JSENDH.STENG-12503

文  字：人居学院  基础设施智慧运维与防灾减灾研究团队

图  片：人居学院  基础设施智慧运维与防灾减灾研究团队