影像数据不完备条件下桅杆结构风致疲劳寿命评估方法

施钟淇; 王罡; 金楠; 陈振明; 赵晓青

doi:10.3724/j.gyjzG25021905

影像数据不完备条件下桅杆结构风致疲劳寿命评估方法

doi: 10.3724/j.gyjzG25021905

1. 深圳市城市公共安全技术研究院有限公司, 深圳市城市灾害数字孪生重点实验室, 广东深圳 518102;
2. 中建钢构股份有限公司, 广东深圳 518118;
3. 北京科技大学未来城市学院, 城镇化与城市安全研究院, 北京 100083

基金项目:

国家重点研发计划项目（2022YFC3801205）；国家自然科学基金项目（52478122）；深圳市城市公共安全技术研究院有限公司深圳市城市灾害数字孪生重点实验室开放基金课题。

详细信息

作者简介:
施钟淇，博士，正高级工程师，主要从事城市安全理论与天空地协同监测预警方面的研究。

通讯作者:
赵晓青，博士，讲师，主要从事工业钢结构诊治方面的研究， xiaoqingchong@ustb.edu.cn。

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出版历程
- 收稿日期: 2025-02-19
- 网络出版日期: 2026-02-26
- 刊出日期: 2026-01-22

Assessment of Wind-Induced Fatigue Life of Mast Structures Under Incomplete Image Data Conditions

1. Shenzhen Key Laboratory of Urban Disasters Digital Twin, Shenzhen Urban Public Safety and Technology Institute Co., Ltd., Shenzhen 518102, China;
2. China Construction Steel Structure Corp., Ltd., Shenzhen 518118, China;
3. Research Institute of Urbanization and Urban Safety, School of Future Urban Studies, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China

摘要

摘要: 桅杆常设置于超高层建筑顶部，起到防雷、防撞、提升建筑美观度及高度的作用，然而桅杆结构隶属于高柔风敏结构，较易因风致振动而引发疲劳损伤。2021年5月深圳某大厦的异常振动事件引发了国内外社会各界的广泛关注，桅杆的疲劳损伤成因成为该事件溯源的难点之一。由于缺少必要的风场历史数据，并不能直接采用荷载-结构响应分析的方法解析桅杆的风致疲劳问题。实际工程中超高层顶部一般会设置1~2台摄像机监控桅杆的服役状态。这便为基于影像数据开展桅杆结构的疲劳寿命评估提供了基础数据支撑。然而由于现场条件差异，通常情况下桅杆服役状态的影像数据存在时空不完备性，难以直接通过影像分析获取桅杆的历史风振数据。为此提出了一种基于不完备数字影像的桅杆结构风致振动历史性态反演方法，通过对有限影像数据的时域、频域特征分析，关键节点损伤检查及桅杆结构自振特性分析等，获取疲劳敏感节点的应力状态概率分布，再结合随机抽样算法实现了该类结构的疲劳寿命可靠性评价。试验结果表明所述方法的评估结果具有较高的吻合度。
- 影像数据 /
- 不完备 /
- 桅杆 /
- 风致疲劳损伤 /
- 寿命评估
Abstract: Masts are frequently positioned on the top of super high-rise structures to provide lightning protection， collision prevention， and enhanced architectural aesthetics and height. Being highly sensitive to wind， these structures are susceptible to fatigue-induced damage due to wind-induced vibrations. In May 2021， an abnormal vibration incident at a building in Shenzhen attracted significant global attention. Determining the cause of fatigue damage in the mast became one of the key challenges in tracing the source of this incident.However，due to a lack of comprehensive wind field historical data， the load-structure response analysis method could not be directly applied to address the wind-induced fatigue issue of masts. In practice， one or two cameras are typically installed on the top of super high-rise buildings to monitor the service status of masts， offering foundational data for fatigue life assessment based on image information. However， due to variations in site conditions， the image data regarding the masts’ service status often exhibit spatiotemporal incompleteness， complicating the direct acquisition of historical wind vibration data through image analysis. For this purpose， this study introduced a method for the inverse analysis of the wind-induced vibration history of mast structures using incomplete image data. By examining the temporal and frequency domain characteristics of the limited image data， conducting damage assessments at key joints， and analyzing the natural vibration properties of the mast structure， the probability distribution of stress states in fatigue-sensitive joints was derived. This was complemented by a stochastic sampling algorithm to achieve a fatigue reliability evaluation of such structures. Experimental results indicated that the assessment outcomes of this method were highly consistent.
- image data /
- incompleteness /
- mast /
- wind-induced fatigue damage /
- life assessment

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参考文献(25)

[1]	张献兵，雷军，张秀玲，等. 深圳赛格大厦异常振动成因分析［J］. 科学技术与工程，2021，21（25）：10588-10602.
[2]	杨易，麻福贤，谭健成，等. 赛格大厦振动事件中的大气边界层风场实测与分析［J］. 建筑结构学报，2021，42（10）：122-129.
[3]	胡卫华，唐德徽，李俊燕，等. 基于分布式同步采集的赛格大厦结构动力学参数识别［J］. 建筑结构学报，2022，43（10）：76-84.
[4]	黄铭枫，唐归，陶慕轩，等. 赛格广场大厦楼顶双桅杆结构的风致高阶涡振分析［J］. 建筑结构学报，2022，43（12）：1-10.
[5]	李聃，曹铁柱. 赛格大厦振动事件风振分析［J］. 建筑结构，2022，52（增刊2）：1997-2003.
[6]	林照涛. 赛格大厦"5·18"事件振动溯源的人工激振试验：理论分析，技术方案及现场实测［D］. 广州：广州大学，2023.
[7]	廖境毅，面向钢管混凝土界面脱粘缺陷的叩诊检测方法与技术［D］. 广州：广州大学，2025.
[8]	张建文，实时混合模型试验在赛格大厦风致振动分析中的应用研究［D］. 广州：广州大学，2025.
[9]	汪志昊，赵洋，徐宙元. 钢拱桥刚性细长吊杆风致振动，疲劳与控制［M］. 北京：中国水利水电出版社，2020.
[10]	VOLKER J. Reference values for drag and lift of a two-dimensional time-dependent flow around a cylinder［J］. International Journal for Numerical Methods in Fluids，2010，44：777-788.
[11]	British Standards Institution（BSI）. Eurocode 1：Actions on structures—part 1-4：general actions-wind actions：BS EN 1991-1-4：2005［S］. London：BSI，2005.
[12]	WANG P Y，ZHOU Q，ALAM M M，et al. Effects of streamwise gust amplitude on the flow around and forces on two tandem circular cylinders［J］. Ocean Engineering，2022，261：112040.
[13]	WU G F，DU X Q，WANG Y L，et al. LES of flow around two staggered circular cylinders at a high subcritical Reynolds number of 1.4×105［J］. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics，2020，196：104044.
[14]	陆越. 风力发电机塔架风致疲劳损伤的TLD控制技术［D］. 苏州：苏州科技大学，2025.
[15]	黄国庆，范宇航，姜言. 基于改进T-B谱方法的高层建筑风致疲劳损伤分析［J］. 振动与冲击，2022，41（5）：243-250.
[16]	LIU Y，SHEPARD W S. Dynamic force identification based on enhanced least squares and total least⁃squares schemes in the frequency domain［J］. Journal of Sound and Vibration，2005，282（1/2）：37-60.
[17]	方明新. 超高层建筑风荷载反演分析［D］. 武汉：武汉理工大学，2025.
[18]	HIROTSUGU I，JOHN J H，STEPHEN R. Review of inverse analysis for indirect measurement of impact force［J］. Applied Mechanics Review，2001，54（6）：503-524.
[19]	NORDSTRON L J L，NORDBERG T P. A critical comparison of time domain load identification methods［C］// Proceeding of the Sixth International Conference on Motion and Vibration Control. Saitama：Japan：2002：1151-1156.
[20]	深圳市气象局. 深圳市气候环境年报［R］. 深圳：深圳市气象局，2010— 2021.
[21]	张志政. 基于功率谱密度的旋挖钻机桅杆振动疲劳寿命研究［D］. 西安：长安大学，2021.
[22]	鲁丽君. 桅杆结构纤绳连接拉耳风致疲劳裂纹萌生与扩展寿命预测［D］. 武汉：武汉理工大学，2008.
[23]	孙静. 桅杆结构疲劳状态的安全预警［D］. 武汉：武汉理工大学，2006.
[24]	中冶建筑研究总院（深圳）有限公司. 深圳赛格广场518 楼宇振动事件原因分析简要报告［R］. 深圳：中冶建筑研究总院（深圳）有限公司，2021：16-21.
[25]	中冶检测认证有限公司. 深圳赛格广场二期工程天线桅杆节点检测报告［R］. 深圳：中冶检测认证有限公司，2022.