【精彩论文】输电铁塔螺栓连接结构健康监测技术进展与展望

观点凝练

摘要：输电铁塔的局部螺栓连接结构在服役过程中，受到环境静/动载荷的作用，会发生预紧力减小或松动等故障，降低整体输电铁塔结构的承载能力。因此发展输电铁塔螺栓连接结构健康监测技术对电网输电塔线体系的安全可靠运行具有重要意义。对螺栓连接结构的典型结构健康监测技术研究进展进行综述，包括基于动力学理论、导波理论、声弹性效应和计算机视觉技术的结构健康监测技术，介绍这些技术的基本原理和发展现状，并在此基础上对输电铁塔螺栓连接结构健康监测技术进行总结和展望。
结论：本文针对螺栓连接结构结构健康监测技术的研究进展进行了综述。其中，灵敏度较低的基于动力学理论的结构健康监测技术已经应用到输电铁塔螺栓连接结构的松动状态监测工程实践中。而透射导波能量法也已经被应用于单螺栓和多螺栓连接结构中，但是因为其透射饱和特性无法监测螺栓的早期预紧力减小及丢失故障，所以基于声弹性效应的螺栓连接结构预紧力监测技术目前最具可能应用于输电铁塔螺栓连接结构的预紧力监测工程实践中，且更容易发现螺栓连接结构的早期预紧力减小或消失现象，对于保障输电铁塔结构的整体安全可靠运行具有实际意义。但是，不能忽略的是，伴随以“信息化、数字化、自动化、互动化”为特征的智能电网建设逐渐深入，基于计算机视觉的结构健康监测技术有望代替人工巡检，并结合基于声弹效应的螺栓预紧力量化监测技术，共同构成未来输电铁塔螺栓连接结构智能巡检的发展趋势，并成为输电塔线体系“数字孪生体（digital twins）”建设的重要部分。

今后亟待解决的问题包括：（1）发展高效准确的计算机视觉巡检技术完成对输电铁塔螺栓连接结构松动状态的宏观定性信息获取，同时改进基于声弹效应的螺栓预紧力监测技术，使其较少依赖健康结构的参考信号，实现在线监测；（2）进一步发展基于声弹性效应的多螺栓连接结构预紧力监测方法。现有研究多为单螺栓理想连接结构，而对于复杂工况和构型条件下的多螺栓连接结构的研究较少，需要基于输电铁塔螺栓连接子结构的多物理场环境特性，考虑更多敏感环境载荷优化基于声弹性效应的螺栓预紧力监测方法；（3）为适应输电塔线体系“数字孪生体”建设，必须前瞻地拓展现有螺栓连接结构健康监测技术的数据接口，使其更易嵌入到“数字孪生体”中。

引文信息

张武能, 汪毅, 张留斌, 等. 输电铁塔螺栓连接结构健康监测技术进展与展望[J]. 中国电力, 2021, 54(2): 18-26.ZHANG Wuneng, WANG Yi, ZHANG Liubin, et al. Development and prospect of structure health monitoring technologies for bolted joints of transmission towers[J]. Electric Power, 2021, 54(2): 18-26.

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编辑：杨彪

审核：方彤

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