建 筑 技 术 开 发 Building Technology Development 建筑设计 Architectural Design 第45卷 第12期 2018年6月
基 于 小 波 包 能 量 的 大 型 输 电 铁 塔 损 伤 识 别
张 伟
(东莞 电力设 计 院 输 电部 ，广 东 东莞 523413)
[摘 要 ]利用小波包能量对某大跨越输电铁塔的主材进行 了损伤识别研究。在地震激励下，得到完好和不同损伤程度下铁
塔某根主材的位移 一时间信号。用小波包变换对此信号进行分解与重构，小波包能量曲率差在损伤前后的数据被获取，分别获
取能量曲率差的前6个分量数据，进行损伤位置判断，在单处损伤情况下，各分量均可以较准确地识别出损伤位置。
[关键词 ]小波包 ；输 电铁塔 ；损伤识别 ；能量曲率差
[中图分类号 ]TU317 [文献标志码 ]A [文章编号 ]1001—523X (2018)12_o041_o2
Dam age Identification of Large Transm ission Tower
Based on W avelet Packet Energy
Zhang Wei
[Abstract]Using wavelet packet energy of a large span transmission tower materials were studied for damage identification．Under
seismic excimtion，and get good displacement degree of a tower material time signal of different damage．This signal is decomposed
and reconstructed by wavelet packet transform，wavelet packet energy curvature difference is acquired before and after dam age data
were obtained before the six component data difference energy curvature，damage location estimation，the single dam age case，each
component can accurately identify the damage location．
[Keywords]wavelet packet；transmission tower；damage identification；energy curvature difference
为避免重大事故的发生，须经常对服役的输电铁塔定期
进行巡视检查，如能定期对输 电铁塔的结构损伤进行诊断，
不但可以提高结构的可靠性与安全性，同时可以获得 巨大经
济效益和社会效益。
结构损伤 的识别、结构的损伤定位和结构损伤程度的标
定与评价为结构损伤诊断的3方面。小波分析作为损伤识别方
法在土木工程领域的应用越来越广，但将其用于输 电铁塔结
构的损伤识别却不多。楼文娟等结构的位移曲线采用双正交
小波进行小波分析，完成了某输电铁塔的损伤位置识别。王
芝斌对一桁架结构的损伤采用小波包信号能量分布 曲率差进
行了有效识别。谭冬梅等利用小波包分析方法对振动信号进
行分解 ，以各频带能量作为识别故障的特征向量，对某一空
间杆系结构进行损伤识别，表明小波包分析具有很强的抗噪
声干扰能力。
本文在已有研究成果的基础上，将小波分析应用于大型
输电铁塔这一复杂结构，对铁塔 的主材进行了损伤识别研究，
取得了满意的识别效果。
1 小波包理论
1．1 小波包能量曲率差
为了把损伤前与损伤后结构的能量分布差值扩大，定义
式 (1)为小波包能量的分布曲率 ：
暇Ei = ㈩
式中 ： 。，为节点L1与节点 ，之间的距离 ；巨 为第 k个
信号采集点所采集信号的分量． (f)的能量。
通过式 (1)将单个节点的能量变化值转化成了附近3个
节点能量变化都有关的分布 曲率。设原来未损伤时结构的小
波包信号分布 曲率为 ． “，损伤后结构的小波包信号分布曲
率为 E：． ，则可以得到损伤前与损伤后的小波包信号分布曲
率的变化值 ：
AfiE： =gE 一8E (2)
结构的损伤位置和损伤程度通过式 (2)得到的△ E；， 结
收稿日期 ：2018-02-17 作者简介 ：张伟 (1983一)，男，湖南长沙人，工程师，主要研究方
向为输电线路结构设计。
构的损伤指标被测量出来。
1．2 小波函数的选择
小波包分析是用小波函数对信号进行卷积，小波函数的
性质自然决定 了小波分析 的性质，所 以在分析过程中小波函
数的选取和构造是十分重要的。分析效果由于小波 函数的结
构特性和差异性而有所差别。
小波函数具有紧支性、衰减性、正交性、消失矩、对称性、
光滑性等性质，其性质关系到时频局部化、奇异性检测、分
解与重构精度。本文选择识别率较高的Db20小波，对损伤信
号进行8层小波包分解。
2 算例分析
2．1 模型介绍
本文算例为某实际工程中的输 电铁塔。模型中杆件采用
空间beam 188梁单元，铁塔角钢钢材的弹性模量 E=206GPa，
钢材密度为 p=7850kg／m ，泊松比／z=O．3。因此，选取铁塔的
4根主材 中的 1根进行有限元分析，铁塔主材和单元位置如图1
所示。
图1 铁塔主材及单元选取示意
该铁塔角钢主材 由11个单元和23个节点组成，3个节点
组成 1个单元，两端各 1个节点，中间1个节点。节点与单元
的对应关系见表 1。模型中的节点编号与文中节点序号关系见
表2。
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