Low frequency identification of critical states of transmission tower structures

Abstract

Transmission towers are vital parts of the overhead power line infrastructures. Any damage to these supporting structures may result in decreased load-bearing capacity and, in consequence, their collapse. Failures of transmission towers are much more severe than power failures, as they not only cause interruption to the energy supply but can also result in considerable costs of infrastructure repairs and damage. Therefore, supporting structures of overhead power lines should be subjected to structural health monitoring. This paper presents a comprehensive database containing natural frequencies and strain energies of all elements for various (simulated) damage states. On the basis of structure modal parameters, by finding the correlation between natural frequencies of damaged structure stored in the created database and natural frequencies of the structure of interest, state of the test structure can be identified. In order to verify this method, a numerical experiment was carried out. Observing the strain energy variation as compared to the undamaged state makes it possible to localize the damage and assess its importance for the further structure exploitation.

Konstrukcje wsporcze stanowią istotną część infrastruktury napowietrznych linii elektroenergetycznych. Uszkodzenie konstrukcji słupa elektroenergetycznego może prowadzić do zmniejszenia nośności takiego obiektu, a w rezultacie do utraty jego stateczności i zniszczenia. Awarie konstrukcji wsporczych napowietrznych linii elektroenergetycznych są o wiele bardziej niebezpieczne niż awarie powstałe z przyczyn elektroenergetycznych (np. awaria zasilania), gdyż powodują nie tylko przerwę w dostawie energii elektrycznej, ale również mogą skutkować kosztami poniesionymi w związku z naprawami i wypłatą odszkodowań. Dlatego też stan techniczny konstrukcji słupów elektroenergetycznych powinien być monitorowany. Artykuł przedstawia bazę danych zawierającą różne (symulowane) stany uszkodzeń, wraz z przypisanymi do nich informacjami na temat częstotliwości drgań własnych obiektu oraz energii sprężystej poszczególnych elementów. Na podstawie własności dynamicznych obiektu, poprzez znalezienie korelacji pomiędzy częstotliwościami drgań własnych symulowanych stanów uszkodzeń konstrukcji, zapisanymi w bazie danych, a częstotliwościami drgań własnych badanej konstrukcji, stan techniczny badanej konstrukcji może zostać zidentyfikowany. W celu weryfikacji metody, przeprowadzono eksperyment numeryczny. Obserwując zmianę energii sprężystej konstrukcji badanego obiektu w porównaniu z energią konstrukcji nieuszkodzonej, możliwe jest dokonanie oceny stanu technicznego badanego obiektu i określenie wpływu uszkodzenia na przyszłą pracę konstrukcji.