Page 123 - 《振动工程学报》2026年第5期

第 39 卷第 5 期 振 动 工 程 学 报 Vol. 39 No. 5
2026 年 5 月 Journal of Vibration Engineering May 2026

采 用 实 测 应 变 响 应 的 输 电 塔 二 维 动 态 位 移 重 构

张 庆 1,2,3,4 ， 江文强 1,2,3 ， 靳恒东 1,2,3

（1. 华北电力大学机械工程系，河北 保定 071003； 2. 河北省电力机械装备健康维护与失效预防重点实验室，河北 保定 071003；
3. 华北电力大学燕赵电力实验室，河北 保定 071003； 4. 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁 大连 116024）

摘要：输电塔是电能输送的关键环节，对其开展健康监测的相关研究刻不容缓。二维动态位移是健康监测中的重要物理量，
然而已有监测手段在测量输电塔的位移响应时受限较多。为此，本文提出一种基于实测应变响应的输电塔二维动态位移重
构方法。将输电塔简化为变截面悬臂梁，提出应变解耦公式将二维重构问题分解为一维重构问题，结合随机子空间识别理论
建立二维应变-位移映射法，实现由应变到位移的转换。开展输电塔风振模拟，结果表明最高点的重构误差仅为 1%，且所提方
法在高噪声的情况下仍有良好鲁棒性。为进一步验证该方法的可行性，进行了输电塔的足尺试验，结果表明最高点的重构位
移值与全站仪观测值最大相差 5.4 mm，仅为实测值的 6%。
关键词： 输电塔；二维位移重构；足尺试验；应变响应；健康监测
中图分类号：TH825；TM726.1 文献标志码：A DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.202406007

Two-dimensional dynamic displacement reconstruction of transmission tower

based on measured strain response

ZHANG Qing 1,2,3,4 ，JIANG Wenqiang 1,2,3 ，JIN Hengdong 1,2,3
（1.Department of Mechanical Engineering，North China Electric Power University，Baoding 071003，China；
2.Hebei Key Laboratory of Electric Machinery Health Maintenance & Failure Prevention，Baoding 071003，China；
3.Yanzhao Electric Power Laboratory of North China Electric Power University，Baoding 071003，China；
4.State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering，Dalian University of Technology，Dalian 116024，China）

Abstract：Transmission tower is a key part of power transmission，which is urgent to carry out health monitoring research. Two-dimensional
dynamic displacement is an important index in health monitoring，however，the existing monitoring methods are limited in measuring the
displacement response of the transmission tower. To this end, this paper proposes a two-dimensional dynamic displacement reconstruction
method based on measured strain response. Firstly，the transmission tower is simplified as cantilever beam with a variable cross-section，then
the strain decoupling formula is proposed to decompose the two-dimensional reconstruction problem into one-dimensional reconstruction
problem，and a two-dimensional strain-displacement mapping method combined with the stochastic subspace identification theory，which
realize the transformation from strain to displacement. Subsequently，the wind-induced vibration simulation of the transmission tower is carried
out，which suggest that the reconstruction error of the highest point is only 1%，and the proposed method still has good robustness under high-
noise conditions. To further verify the feasibility of the proposed method，a full-scale test of the transmission tower was carried out. The results
demonstrate that the maximum difference between the reconstructed displacement value of the highest point and the total station observation
value is 5.4 mm，accounting for only 6% of the measured value.
Keywords：transmission tower；two-dimensional displacement reconstruction；full-scale test；strain response；structural health monitoring

输电塔结构是传输电力这一清洁能源的重要载 塔结构进行健康监测进而获取动力响应，在此基础
体，也是电网的重要组成部分，与国计民生紧密相关 [1-3] 。 上评估结构运营状态是保证电网安全运行的重要措
一旦输电塔或塔线体系发生破坏将导致供电中断， 施 [4-5] 。在众多的监测指标中，全场动态位移作为可以
会对生活秩序和生产建设造成直接影响，严重的甚 表征结构整体性能的物理量，对结构服役状况和安全
[6]
至会带来无法挽回的生命财产损失。因此，对输电 性能的评估至关重要 。因此，在输电塔结构的健康

收稿日期：2024-06-04；修订日期：2024-08-18
基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（2024MS132）；河北省自然科学基金资助项目（E2024502007）；
大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室开放基金资助项目（LP2419）；河北省“三三三人才工程”资助
项目（C20231056）