王述良，梁樞果，鄒良浩，楊 威，吳 鵬

（武漢大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，湖北武漢 430072）

基于三維數(shù)字圖像相關(guān)法（DICM）的輸電導(dǎo)線風(fēng)致動(dòng)態(tài)位移測(cè)試及分析

王述良，梁樞果＊，鄒良浩，楊 威，吳 鵬

（武漢大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，湖北武漢 430072）

基于三維DICM的非接觸位移測(cè)試技術(shù)對(duì)導(dǎo)線氣彈模型沿跨位移時(shí)程進(jìn)行了測(cè)試，并對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與頻譜分析，得到了導(dǎo)線風(fēng)致位移的變化規(guī)律與概率分布特性。分析結(jié)果表明：導(dǎo)線在風(fēng)荷載作用下，水平向振動(dòng)表現(xiàn)為以一階面外振型為主導(dǎo)、面內(nèi)亦有一定貢獻(xiàn)的振動(dòng)形式，且隨著風(fēng)速的增加，面內(nèi)振型的貢獻(xiàn)也相應(yīng)提高，從而使得導(dǎo)線在高風(fēng)速下的面內(nèi)振型的貢獻(xiàn)不可忽略；對(duì)于豎向振動(dòng)而言，其主導(dǎo)振型為面外一階以及面內(nèi)對(duì)稱一、二階；總體而言，在考慮導(dǎo)線風(fēng)致響應(yīng)時(shí)，選擇包含面外一階、面內(nèi)一、二階對(duì)稱振型在內(nèi)的三階振型能夠較為精確地反映其風(fēng)致振動(dòng)的主要能量組成；隨著風(fēng)速的增加，輸電線面內(nèi)、外非線性耦合程度增強(qiáng)，其風(fēng)致響應(yīng)不再滿足高斯分布，位移響應(yīng)峰因子應(yīng)作相應(yīng)調(diào)整。

三維DICM技術(shù)；輸電導(dǎo)線；風(fēng)洞試驗(yàn)；氣彈模型；位移測(cè)試

0 引 言

輸電導(dǎo)線是輸電塔－線體系的重要組成部分，其大跨、高柔的結(jié)構(gòu)特性使得其在風(fēng)荷載作用下發(fā)生大幅振動(dòng)，由此引起的動(dòng)張力可能導(dǎo)致塔體和連接構(gòu)件的損壞，以至于影響整個(gè)線路的正常運(yùn)行。然而，目前對(duì)輸電導(dǎo)線風(fēng)致振動(dòng)的研究主要集中在理論層面［1］，其合理性有待現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)［2］或風(fēng)洞試驗(yàn)［3］的驗(yàn)證。針對(duì)導(dǎo)線風(fēng)洞試驗(yàn)而言，導(dǎo)線敷冰舞動(dòng)機(jī)理及其氣動(dòng)特性是既有研究的重點(diǎn)［4－5］。實(shí)測(cè)結(jié)果［6］表明：引起導(dǎo)線大幅振動(dòng)的因素除了極端氣候條件下的舞動(dòng)以外，常規(guī)氣候條件下抖振引起的輸電線路構(gòu)件的疲勞破壞也不可忽視。在風(fēng)荷載作用下，由于來(lái)流湍流引起的導(dǎo)線振動(dòng)表現(xiàn)出其面內(nèi)、外振型耦合的復(fù)雜動(dòng)力特性及氣動(dòng)特性。

為了了解導(dǎo)線的風(fēng)致振動(dòng)機(jī)理及氣彈效應(yīng)，基于氣彈模型風(fēng)洞試驗(yàn)的位移測(cè)試是一種重要手段。然而，導(dǎo)線這樣的柔性懸索結(jié)構(gòu)，在風(fēng)荷載作用下表現(xiàn)為三維強(qiáng)非線性振動(dòng)形式，且其細(xì)長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)特性，使得位移測(cè)試相當(dāng)困難，盡管目前針對(duì)位移測(cè)試所采用的常規(guī)接觸式［7］和非接觸式［8］技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但針對(duì)導(dǎo)線位移的測(cè)試卻存在以下不足：1）接觸式位移測(cè)試技術(shù)會(huì)給測(cè)試對(duì)象引入附加條件而產(chǎn)生測(cè)試誤差，尤其對(duì)導(dǎo)線而言這種誤差將會(huì)更為顯著；2）盡管相對(duì)于常規(guī)的物理、機(jī)械式位移測(cè)試技術(shù)，激光位移計(jì)避免了接觸式位移測(cè)試技術(shù)所產(chǎn)生的誤差，但其在位移測(cè)試中受到多種條件的限制：需要足夠的反射面才能捕捉和反射入射激光；激光強(qiáng)度和電子元件閾值的限制使得激光布置的范圍受限，其離結(jié)構(gòu)表面的距離不可太近或太遠(yuǎn)；僅限于一維單點(diǎn)位移的測(cè)試。針對(duì)既有接觸式、非接觸式位移測(cè)試技術(shù)的缺陷，學(xué)者已開展了基于數(shù)字圖像相關(guān)方法［9－10］（Digital image correlation method，DICM），采用光學(xué)相機(jī)采集的圖像結(jié)合后期處理的全局化、自動(dòng)化位移測(cè)試技術(shù)的研究，在工程中也得以廣泛應(yīng)用［11－13］。然而，傳統(tǒng)的基于單攝像機(jī)的二維DICM，只能測(cè)量結(jié)構(gòu)表面的面內(nèi)位移［12］。

鑒于此，本文進(jìn)行了導(dǎo)線全跨氣彈模型風(fēng)洞試驗(yàn)，并采用基于雙目視覺的三維DICM測(cè)試技術(shù)對(duì)導(dǎo)線沿跨多點(diǎn)位移進(jìn)行了測(cè)試，該技術(shù)基于雙目立體視覺原理實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)線風(fēng)致三維位移的捕捉。在試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上分析了導(dǎo)線風(fēng)致位移響應(yīng)的一般變化規(guī)律，并初步分析了導(dǎo)線的風(fēng)致振動(dòng)機(jī)理以及導(dǎo)線風(fēng)致位移響應(yīng)的概率分布，以期為導(dǎo)線風(fēng)致響應(yīng)的計(jì)算提供一定參考。

1 立體視覺測(cè)量基本原理

立體雙目視覺由左右兩部攝像機(jī)組成，基于視差原理實(shí)現(xiàn)三維動(dòng)態(tài)位移的測(cè)試。圖1所示為簡(jiǎn)單的平視雙目立體成像原理圖，兩攝像機(jī)的投影中心連線的距離，即基線距為b。攝像機(jī)坐標(biāo)系原點(diǎn)在攝像機(jī)鏡頭的光心處，坐標(biāo)系如圖1所示。事實(shí)上攝像機(jī)的成像平面在鏡頭的光心后，圖1中將左右成像平面繪制在鏡頭的光心前f處，這個(gè)虛擬的圖像平面坐標(biāo)系O1的u軸和v軸與和攝像機(jī)坐標(biāo)系的x軸和y軸方向一致，這樣可以簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程。左右圖像坐標(biāo)系的原點(diǎn)在攝像機(jī)光軸與平面的交點(diǎn)O1和O2?？臻g中某點(diǎn)P在左圖像和右圖像中相應(yīng)的坐標(biāo)分別為P1（u1，v1）和P2（u2，v2）。

圖1 雙目立體視覺成像原理圖Fig.1 Schematic of image formation based on binocular vision

假定兩攝像機(jī)的圖像在同一個(gè)平面上，則點(diǎn)P圖像標(biāo)的Y坐標(biāo)相同，即v1＝v2。由三角幾何關(guān)系得到：

式中，（xc，yc，zc）為點(diǎn)P在左攝像機(jī)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，b為基線距，f為兩個(gè)攝像機(jī)的焦距，（u1，v1）和（u2，v2）分別為點(diǎn)P在左圖像和右圖像中的坐標(biāo)。視差定義為某一點(diǎn)在兩幅圖像中相應(yīng)點(diǎn)的位置差：

由此可計(jì)算出空間中某點(diǎn)P在左攝像機(jī)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為：

因此，只要能夠找到空間中某點(diǎn)在左右兩個(gè)攝像機(jī)像面上的相應(yīng)點(diǎn)，并且通過(guò)攝像機(jī)標(biāo)定獲得攝像機(jī)的內(nèi)外參數(shù)，就可以確定這個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

2 風(fēng)洞試驗(yàn)

2.1 氣彈模型設(shè)計(jì)與制作

本次試驗(yàn)以實(shí)際JL／G3A－1000／45型號(hào)特高壓輸電線為藍(lán)本，設(shè)計(jì)并精細(xì)制作了六分裂輸電線氣彈模型，該型號(hào)單根導(dǎo)線截面直徑42.08mm，線密度3100kg／km，彈性模量60.6GPa。導(dǎo)線檔距500m，懸掛高度75m，垂度17.5m，分裂間距500mm。

根據(jù)相似理論，按照幾何縮尺比λL＝1∶25制作了滿足幾何相似及質(zhì)量、阻尼、弗勞德數(shù)、斯托羅哈數(shù)和柯西數(shù)等氣動(dòng)參數(shù)的輸電導(dǎo)線氣彈模型，其制作方法為：采用銅絲模擬導(dǎo)線的剛度，塑料管模擬導(dǎo)線的外形，分段包于銅絲之外，不提供輸電線模型的拉伸剛度。鉛絲緊密纏繞于塑料管表面提供附加質(zhì)量以模擬輸電線的線密度。同時(shí)，作為增加由于塑料管材料截面的限制造成的迎風(fēng)面積的不足。使用1mm厚ABS板模擬六分裂輸電線間隔棒，其質(zhì)量相對(duì)于輸電線本身而言可以忽略。

2.2 風(fēng)洞試驗(yàn)設(shè)備與方法

輸電導(dǎo)線氣彈模型風(fēng)洞試驗(yàn)在西南交通大學(xué)XNJD－3號(hào)風(fēng)洞中進(jìn)行，該風(fēng)洞為立式回流閉口式邊界層風(fēng)洞，試驗(yàn)段截面寬22.5m，高4.5m，長(zhǎng)36m。試驗(yàn)風(fēng)速范圍為1m／s至16.5m／s連續(xù)可調(diào)。試驗(yàn)時(shí)，采用多個(gè)尖劈和分布立方體粗糙元模擬輸電塔－線體系B類典型地貌湍流風(fēng)場(chǎng)，如圖2所示。試驗(yàn)風(fēng)速2～7m／s。風(fēng)洞試驗(yàn)照片如圖3所示。圖4為經(jīng)處理之后的導(dǎo)線灰度圖，其中Tap3～Tap0分別為跨中及距離為2m的四個(gè)測(cè)點(diǎn)。位移數(shù)據(jù)采樣頻率40Hz，采樣時(shí)間40s，盡管采樣頻率只有40Hz，但由于輸電導(dǎo)線的卓越頻率相對(duì)較低，也足以涵蓋其風(fēng)致振動(dòng)的主要信息。

圖2 風(fēng)場(chǎng)模擬Fig.2 Wind field simulation

圖3 風(fēng)洞試驗(yàn)位移測(cè)試Fig.3 Displacements measurement of transmission line in wind tunnel

圖4 圖像處理及測(cè)點(diǎn)捕捉Fig.4 Image capturing and processing of measuring taps

3 動(dòng)力特性

根據(jù)懸索理論［14］，可以求得本次試驗(yàn)導(dǎo)線模型振型頻率的理論解，如表1所示。

表1 導(dǎo)線模型前四階振型頻率Table 1 Frequencies of the first four modes of transmission line model

圖5 自由振動(dòng)下導(dǎo)線平面外張力時(shí)程及功率譜Fig.5 Time history and PSD of out－of－plane tension of transmission line

圖6 自由振動(dòng)下導(dǎo)線平面內(nèi)張力時(shí)程及功率譜Fig.6 Time history and PSD of in－plane tension of transmission line

為了驗(yàn)證輸電導(dǎo)線氣彈模型制作的效果，對(duì)導(dǎo)線模型進(jìn)行了自由振動(dòng)響應(yīng)的測(cè)試，采用測(cè)力天平測(cè)得的張力進(jìn)行頻率識(shí)別。圖5和圖6給出了導(dǎo)線自由振動(dòng)平面內(nèi)、平面外動(dòng)張力時(shí)程以及對(duì)應(yīng)的功率譜密度函數(shù)。由圖可以看出導(dǎo)線模型面外一階對(duì)稱振型頻率實(shí)測(cè)值為0.66Hz與目標(biāo)值比較接近，豎向激發(fā)出面內(nèi)一階對(duì)稱振型，其頻率為1.63Hz與目標(biāo)值也比較接近，驗(yàn)證了本文模型制作的可靠性。

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1 試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

雙攝像機(jī)采集到振動(dòng)過(guò)程中導(dǎo)線各瞬時(shí)的位置，并對(duì)圖像進(jìn)行初步的灰度處理以便識(shí)別測(cè)點(diǎn)標(biāo)識(shí)，通過(guò)數(shù)字圖像相關(guān)法，搜索并捕捉各測(cè)點(diǎn)并計(jì)算其坐標(biāo)，再根據(jù)相機(jī)的基本參數(shù)，識(shí)別出導(dǎo)線各測(cè)點(diǎn)的位移時(shí)間歷程。由于位移數(shù)據(jù)通過(guò)圖像處理完成，因此在處理過(guò)程中由于導(dǎo)線在大風(fēng)速下發(fā)生大風(fēng)偏角振動(dòng)，測(cè)點(diǎn)標(biāo)識(shí)會(huì)出現(xiàn)一定的傾斜，導(dǎo)致相機(jī)難以準(zhǔn)確捕捉其位置，因此會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)點(diǎn)遺失的問(wèn)題。數(shù)據(jù)點(diǎn)遺失率與導(dǎo)線平均風(fēng)偏角的關(guān)系如圖7所示?？芍?，隨著風(fēng)速的增加導(dǎo)線風(fēng)偏角增大，測(cè)點(diǎn)Tap1和Tap3的遺失率會(huì)急劇增加，但Tap2數(shù)據(jù)樣本完好。因此除了測(cè)點(diǎn)標(biāo)識(shí)的傾角外，測(cè)點(diǎn)位置對(duì)相機(jī)測(cè)量精度也有很大影響。但總體而言，整個(gè)數(shù)據(jù)樣本點(diǎn)的遺失率均控制在6%以內(nèi)，能夠滿足導(dǎo)線在強(qiáng)風(fēng)作用下的位移響應(yīng)測(cè)量。

圖7 位移測(cè)試采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)遺失率Fig.7 Loss rates of displacement sampling data

圖8給出了5m／s時(shí)導(dǎo)線跨中測(cè)點(diǎn)Tap3的水平向（Horizontal）、豎向（Vertical）以及弦向（Chordwise）三個(gè)方向的位移風(fēng)致位移響應(yīng)時(shí)程。初步可以看出導(dǎo)線水平向振動(dòng)較為明顯，同時(shí)發(fā)生與豎向的耦合振動(dòng)，但弦向位移較小，且在實(shí)際輸電塔線體系中往往由于多跨的存在使得弦向振動(dòng)相互抵消，因此在進(jìn)行響應(yīng)計(jì)算及分析時(shí)不予考慮。對(duì)比不同測(cè)點(diǎn)的水平向位移時(shí)程可知，導(dǎo)線跨中位移最大，離跨中越遠(yuǎn)位移響應(yīng)越小。

4.2 位移響應(yīng)統(tǒng)計(jì)分析圖9給了導(dǎo)線跨中水平向、豎向以及弦向平均及均方根位移隨風(fēng)速的變化情況。由圖可知，導(dǎo)線水平向位移較豎向位移大得多，實(shí)際風(fēng)速35m／s時(shí)候，平均位移可達(dá)近10m。對(duì)于豎向平均位移而言，低風(fēng)速下位移很小，高風(fēng)速時(shí)位移增加也比較顯著，實(shí)際風(fēng)速35m／s時(shí)，位移亦可達(dá)到1.25m。隨著風(fēng)速的增加各個(gè)方向位移響應(yīng)差異會(huì)更為明顯。

圖8 導(dǎo)線位移時(shí)程Fig.8 Time history of transmission line displacements

圖9 導(dǎo)線位移響應(yīng)Fig.9 Displacement responses of transmission line

根據(jù)水平向位移和弧垂可以確定導(dǎo)線平均風(fēng)偏角。需要指出的是，盡管導(dǎo)線在風(fēng)荷載作用下由于附加張力的存在使得導(dǎo)線有一定的拉伸，但其幅度不足以引起導(dǎo)線在平均風(fēng)偏位置弧垂的較大變化。因此，在計(jì)算平均風(fēng)偏角時(shí)，弧垂取初始構(gòu)形的弧垂。圖10給出了不同測(cè)點(diǎn)平均風(fēng)偏角隨風(fēng)風(fēng)速的變化情況。可知，導(dǎo)線各測(cè)點(diǎn)平均風(fēng)偏角一致，說(shuō)明導(dǎo)線在平均風(fēng)偏位置的構(gòu)形仍然處于同一平面。因此，從風(fēng)洞試驗(yàn)的角度看，導(dǎo)線的風(fēng)致振動(dòng)可以分為包括自重狀態(tài)的初始構(gòu)形、平均風(fēng)荷載作用下的平均風(fēng)偏構(gòu)形以及平均風(fēng)偏位置的脈動(dòng)這三個(gè)狀態(tài)，這一點(diǎn)與理論模型［15］是一致的，三種狀態(tài)的力學(xué)分析坐標(biāo)系和簡(jiǎn)圖如圖11所示。

圖10 導(dǎo)線各測(cè)點(diǎn)平均風(fēng)偏角Fig.10 Average swing angles

圖11 空間導(dǎo)線的動(dòng)態(tài)構(gòu)形Fig.11 Dynamic configuration

圖12 導(dǎo)線跨中位移響應(yīng)功率譜Fig.12 PSDs of displacement of intermediate measuring tap

圖13 導(dǎo)線跨不同位置位移響應(yīng)功率譜Fig.13 PSDs of displacement of different measuring taps

4.3 位移響應(yīng)頻譜分析

根據(jù)導(dǎo)線位移時(shí)程可以計(jì)算得到位移功率譜密度函數(shù)。圖12（a）和（b）給出了不同風(fēng)速下導(dǎo)線跨中測(cè)點(diǎn)的水平向、豎向位移功率譜，由圖可以看出：導(dǎo)線水平位移響應(yīng)功率譜的成分相對(duì)單一，其主導(dǎo)頻率為導(dǎo)線的平面外一階對(duì)稱振型頻率，但隨著風(fēng)速的增加面內(nèi)一、二階對(duì)稱振型頻率亦有一定的貢獻(xiàn)，總體而言并不顯著。對(duì)于豎向位移功率譜而言，面內(nèi)、面外一階對(duì)稱振型頻率占主導(dǎo)地位，隨著風(fēng)速的增加高階振型的貢獻(xiàn)不可忽略。因此，在進(jìn)行導(dǎo)線風(fēng)致響應(yīng)計(jì)算分析時(shí)取導(dǎo)線面外對(duì)稱一階、面內(nèi)對(duì)稱一階以及面內(nèi)對(duì)稱二階振型是合理的。

圖13（a）和（b）分別給出了試驗(yàn)風(fēng)速7m／s時(shí)導(dǎo)線沿跨不同測(cè)點(diǎn)水平向和豎向位移響應(yīng)功率，可以看出：對(duì)于水平向位移功率譜而言，各測(cè)點(diǎn)頻率分布特性類似，但需要指出的是，導(dǎo)線的反對(duì)稱振型在非跨中的位置有所顯現(xiàn)，而跨中位移響應(yīng)譜中二階反對(duì)稱振型頻率沒有明顯的峰值，其原因是反對(duì)稱振型在跨中位置出現(xiàn)奇點(diǎn)。與水平向位移功率譜不同的是，豎向位移功率譜除了主導(dǎo)頻率有所不同以外，不同測(cè)點(diǎn)低頻能量會(huì)有所差異，除此之外，離跨中位置越遠(yuǎn)的測(cè)點(diǎn)其面內(nèi)一階振型頻率的貢獻(xiàn)越大，而二階對(duì)稱振型頻率則剛好相反。同樣，在出現(xiàn)跨中奇點(diǎn)的反對(duì)稱振型頻率有明顯峰值的測(cè)點(diǎn)不包含在跨中位置的測(cè)點(diǎn)位移響應(yīng)譜中。

4.4 位移響應(yīng)概率分布特性分析

圖14給出了導(dǎo)線豎向和水平向位移響應(yīng)的概率分布與高斯分布的對(duì)比情況，從圖可以看出，試驗(yàn)風(fēng)速2m／s時(shí)，導(dǎo)線豎向與水平向位移響應(yīng)實(shí)際概率分布與高斯分布存在較大差異，呈現(xiàn)出一種“雙峰”分布形式，整體而言表現(xiàn)為一種更寬的分布特性。而對(duì)于試驗(yàn)風(fēng)速4m／s時(shí)，響應(yīng)的實(shí)際分布與高斯分布比較吻合。高風(fēng)速時(shí)，盡管響應(yīng)的實(shí)際分布形式類似于高斯分布，但表現(xiàn)為一種“尖而窄”的單峰分布形式。其原因在于：導(dǎo)線在低風(fēng)速下的振動(dòng)由來(lái)流湍流引起，來(lái)流湍流的高斯分布特性決定著其響應(yīng)的分布特性，隨著風(fēng)速的增加，導(dǎo)線面內(nèi)、外非線性耦合作用的增強(qiáng)，使得其響應(yīng)分布特性發(fā)生改變。

通常情況下，風(fēng)荷載服從高斯分布，確定性結(jié)構(gòu)在其作用下的響應(yīng)也應(yīng)服從高斯分布。因此，在保證率為99.73%的情況下，峰因子的取值為3。但實(shí)際上，從導(dǎo)線位移響應(yīng)峰因子（如圖15所示）可以看出：如果按照高斯分布來(lái)考慮導(dǎo)線的風(fēng)致響應(yīng)，低風(fēng)速時(shí)會(huì)高估其極值響應(yīng)，以此作為參考進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)偏于安全；而高風(fēng)速時(shí)，又會(huì)低估其極值響應(yīng)，因此取峰因子為3會(huì)使得導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)偏于危險(xiǎn)。故在進(jìn)行導(dǎo)線風(fēng)致極值響應(yīng)分析時(shí)，高風(fēng)速下其峰因子應(yīng)該適當(dāng)?shù)奶岣摺?/p>

圖14 導(dǎo)線跨中位移響應(yīng)概率分布：Fig.14 PDF of displacements for intermediate measuring tap

圖15 位移響應(yīng)峰因子Fig.15 Peak factors of displacement responses

4.5 導(dǎo)線風(fēng)致運(yùn)動(dòng)特性分析

圖16為導(dǎo)線跨中和1／4跨位置測(cè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡?？傮w而言，導(dǎo)線的風(fēng)致振動(dòng)表現(xiàn)為一種混沌特性。對(duì)低風(fēng)速而言，導(dǎo)線以水平向振動(dòng)為主，豎向振動(dòng)較小，導(dǎo)線跨中兩個(gè)方向的振動(dòng)較1／4跨具有更強(qiáng)的非線性耦合振動(dòng)特性。對(duì)于高風(fēng)速而言，導(dǎo)線跨中兩個(gè)方向的耦合振動(dòng)更類似如一個(gè)平面軌跡，此時(shí)發(fā)生較強(qiáng)的非線性耦合振動(dòng)，而1／4跨的振動(dòng)更為隨機(jī)。

圖16 位移響應(yīng)軌跡圖Fig.16 Trajectory diagrams of displacement responses

5 結(jié) 論

本文基于三維DICM的位移測(cè)試技術(shù)對(duì)導(dǎo)線沿跨多點(diǎn)位移進(jìn)行了測(cè)試，并對(duì)位移進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)及頻譜分析，得到如下主要結(jié)論：

1）三維DICM的位移測(cè)試技術(shù)對(duì)類似輸電導(dǎo)線這種結(jié)構(gòu)形式的風(fēng)致三維耦合振動(dòng)風(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)的提升具有重要的意義；

2）導(dǎo)線的風(fēng)致振動(dòng)主要是一階面外、一階面內(nèi)以及二階面內(nèi)對(duì)稱振型起到控制作用，但對(duì)于非跨中位置位移響應(yīng)的計(jì)算還應(yīng)該考慮反對(duì)稱振型的影響。

3）在風(fēng)荷載作用下，隨著風(fēng)速的增加，輸電線面內(nèi)、外非線性耦合程度增強(qiáng)，其風(fēng)致響應(yīng)不再滿足高斯分布，位移響應(yīng)峰因子應(yīng)作相應(yīng)調(diào)整。

4）低風(fēng)速時(shí)，導(dǎo)線以水平向振動(dòng)為主；而高風(fēng)速時(shí)，則發(fā)生兩個(gè)方向的耦合振動(dòng)，跨中位置的耦合振動(dòng)較其他位置更強(qiáng)，其他位置的振動(dòng)表現(xiàn)出更強(qiáng)的隨機(jī)。

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Measurement and analysis of wind－induced dynamic displacements of transmission conductors based on 3－D DICM

Wang Shuliang，Liang Shuguo＊，Zou Lianghao，Yang Wei，Wu Peng

（China School of Civil Engineering，Wuhan University，Wuhan 430072，China）

Displacements along the transmission line were measured through the 3－D DICM（Digital image correlation method）.Statistics and spectra of the wind－induced displacements were analyzed，and the results illustrated that under the wind loads，horizontal vibration of the transmission line is dominated by the first symmetric out－of－plane mode coupled with certain participation of in－plane mode，and as the wind speed increases，the contribution of in－plane mode become significant；as to the vertical vibration of the transmission line，the dominated modes include the first symmetric out－of－plane mode，the first and second symmetric in－plane modes.Overall，three modes mentioned above can be chosen to analyze the wind－induced vibration of the transmission line，which are sufficient to reflect the main components of wind－induced vibration energy；with the increasing of wind speed，the PDFs of the wind－induced displacements are non－Gaussian any more，and peak factors should be adjusted accordingly.

3－D DICM；transmission line；wind tunnel test；aero－elastic model；displacement measurement

TU312＋.1

Adoi：10.7638／kqdlxxb－2014.0138

0258－1825（2016）04－0503－08

2014－12－16；

2015－02－25

國(guó)家自然科學(xué)基金（51078296）

王述良（1985－），男，碩士，博士研究生，研究方向：結(jié)構(gòu)風(fēng)工程.E－mail：diy1985＠126.com

梁樞果＊（1950－），男，碩士，教授，研究方向：結(jié)構(gòu)風(fēng)工程.E－mail：liangsg＠public.wh.hb.cn

王述良，梁樞果，鄒良浩，等.基于三維數(shù)字圖像相關(guān)法（DICM）的輸電導(dǎo)線風(fēng)致動(dòng)態(tài)位移測(cè)試及分析［J］.空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào)，2016，34（4）：503－510.

10.7638／kqdlxxb－2014.0138 Wang S L，Liang S G，Zou L H，et al.Measurement and analysis of windinduced dynamic displacements of transmission conductors based on 3－D DICM［J］.Acta Aerodynamica Sinica，2016，34（4）：503－510.