Page 128 - 《振动工程学报》2026年第5期

1332 振 动 工 程 学 报 第 39 卷

2.3 参数分析 展分级加载试验。各类传感器的具体布设位置如图 12
所示，为了使传感器尽量不被破坏，将其安装在角钢
为了考察所提方法在不同噪声水平下的位移重
内侧。
构精度，在 ANSYS 提取的应变和加速度响应中同时

加入不同信噪比（SNR）的高斯白噪声来模拟测量噪
49.6
声，设置 SNR 分别为 10、20、50 dB 三种噪声工况。 No.7 4.6
45 4.2
第 2.2 节中已经验证了所提方法准确重构二维 No.6 3
6
39
全场位移的能力，因此本节只讨论主材最高点 Z 向 No.5 5.1 3.07
位移的重构情况。图 11 给出了 10 dB 下最高点的重 No.4 32.2 15 5.25
构位移时程和理论值时程对比图。可以看出，即使 V型钢缆索 V型钢缆索
24
No.3 6.38
在高噪声的情况下，重构位移曲线仍和理论位移曲
X
Y 4.66
线基本吻合，证明了所提二维全场位移重构方法具 倾角仪
No.2 14.5 Z 15.5 6.04
有优秀的鲁棒性。
应变传感器 传感器位置
8.5
No.1 6.5

理论值 重构值 Y 俯视图
18 全站仪观测点 8.5 4.25
Z X
加载点高度 12.08
14
位移 / mm 10 Fig. 12 Layout diagram of sensors and loading heights (Unit: m)
图 12 传感器布置图和加载高度（单位：m）
6
沿输电塔高度方向设置 7 个加载高度，如图 12
2
0 5 10 15 20 所示。将 4 根主材上与加载高度相同的位置设置为
时间 / s
具体加载点，此外还采用液压加载器拖拽 V 型钢缆

图 11 最高点的位移时程对比（10 dB）
索作用于结构进而实现加载，加载方式为分级加载，
Fig. 11 Comparison of displacement time-histories of highest
保载时间持续数分钟，加载方向为 X 向和 Z 向，各个
point (10 dB)
加载高度处不同方向的满载值和加载等级如表 2 所示。
为了实现重构误差的定量分析，使用误差均方
根（NRMSE）来衡量每种工况的重构误差程度。表 1 表 2 满载值和加载等级
展示了不同工况下的位移重构误差指数 NRMSE，由 Tab. 2 Full load values and loading levels

表 可 知， 当 SNR 为 10 dB 时 ， NRMSE 也 仅 为 0.60%， 加载高度 / m Z向 / kN X向 / kN 加载等级 / %
表明所提方法在重构二维位移时具有良好的抗噪性能。 8.5 43.4 43.4
14.5 52.76 52.76
表 1 不同工况下的 NRMSE 24 32.04 32.04
0→50→75→
Tab. 1 NRMSE under different cases 32.2 41.24 41.24
90→95→100
39 39.52 39.52
SNR / dB NRMSE / %
45 262.44 343.6
10 0.60
49.6 158.52 109
20 0.48

50 0.31
安装好的传感器和塔架结构现场实拍图如图 13

所示。

3 输 电 塔 足 尺 试 验 验 证 3.2 位移重构结果及分析

使用应变分解技术处理采集的应变时程，计算
3.1 试验平台介绍
出结构只沿 Z 向或 X 向振动产生的应变时程。利用
输电塔是传输电力这一清洁能源的重要载体。 FFT 方法和随机子空间算法分别处理加速度时程和
在实现“双碳”目标的背景下，国家建设了白鹤滩-江 分解后的应变时程，得到应变稳定图和频谱曲线如
苏的±800 千伏特高压直流工程。选取该条线路中的 图 14 所示。由图 14 可知，足尺塔模型在两个主振型
一基典型输电塔为原始模型，与第 2.1 节中的有限元 方向上的振动均以一阶模态为主，进一步证明了应
模型尺寸相同，按照 1∶1 的比例制作足尺模型并开 变分解技术的正确性。