土木工程试验研究现状论文

随着现代社会的不断地发展进步，我国土木工程建设的发展步伐也不断加快， 为改善人们生活做出了极大的贡献。下面是由我整理的土木工程最新技术论文，谢谢你的阅读。

土木工程中的虚拟现实技术

摘 要：虚拟现实技术是一项集成性极高的高新信息技术，本文通过对VR技术的讨论 分析 了VR技术土木工程中的 应用 ，指出VR技术必将在土木工程中发挥越来越重要的作用。

关键词：虚拟现实技术 土木工程 可视化 计算

一、引言

随着我国 经济 的稳步增长和基础建设规模的加入，建设项目的规模越来越大、结构形式日益复杂，对土木工程学科 管理的 科学 性、精确性要求越来越高。实现土木工程的信息化、智能化、可视化和集成化成为土木 建筑工程项目管理 现代 化的要求和本领域的 研究 热点。虚拟现实技术(Virtual Reality, VR)是综合性与集成性极强的高新技术，在军事、 医学、设计、 艺术 、娱乐等多个领域都得到了广泛的应用。涉及土木工程领域的各个学科，已显示出一定的实用性，技术潜力十分巨大，应用前景非常广阔[1]。

二、虚拟现实技术及其特点

虚拟现实技术，又称灵境技术，是20世纪末兴起的一门崭新的综合性信息技术。它融合了数字图像处理、 计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支，大大推进了计算机技术的 发展 。VR技术是把抽象、复杂的计算机数据空间转化为直观的、用户熟悉的事物。它的技术实质在于提供一种高级的人机接口。利用VR技术所产生的局部世界是人造和虚构的，并非是真实的，但当用户进入这一局部世界时，在感觉上与现实世界却是基本相同的。因此，虚拟现实技术改变了人与计算机之间枯燥、生硬和被动的现状，给用户提供了一个趋于人性化的虚拟信息空间。它以模拟方式为使用者创造了一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维图像世界，在视、听、触、嗅等感知行为的逼真体验中，使参与者可直接参与和探索虚拟对象所处 环境的作用和变化，仿佛置身于现实世界中。一个身临其境的虚拟环境系统是由包括计算机图形学、图象处理与模式识别、智能接口技术、人工智能技术、多传感器技术、语音处理与音像技术、 网络 技术、并行处理技术和高性能计算机系统等不同功能、不同层次的具有相当规模的子系统所构成的大型综合集成环境。所以，虚拟现实技术是综合性极强的高新信息技术。虚拟现实技术具备以下三个方面的特性。

1.沉浸性

虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理 心理特点，由计算机产生逼真的三维立体图像，使用者戴上头盔显示器和数据手套等交互设备，便可将自己置身于虚拟环境中，成为虚拟环境中的一员。使用者与虚拟环境中的各种对象的相互作用，就如同在现实世界中的一样，一切感觉都是那么逼真，有一种身临其境的感觉。

2.交互性

虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎 自然 的交互，使用者不仅可以利用电脑键盘、鼠标进行交互，而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。使用者通过自身的 语言、身体运动或动作等自然技能，就能对虚拟环境中的对象进行考察或操作。

3.多感知性

由于虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置，因此，使用者在虚拟环境中可获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知，从而达到身临其境的感受。

三、虚拟现实技术在土木工程中的应用

1.虚拟现实技术在土木工程中的应用前景

在土木工程中，长期以来人们不得不用抽象的概念表示非常丰富的 内容 ，如用平面图、剖面图、立面图等平面图形成一些规定的符号来表示三维的立体建筑，用比较抽象的图形和精练的语言来描述复杂的场景，以传递大量的信息。但这一种信息处理与传递方式受到信息接受者所从事的 职业、知识结构及理解能力的 影响 ，交流起来非常困难。

VR技术的发展为我们克服这一困难提供了极其有效的手段。用虚拟现实既能表示真实的世界，也可以表示虚拟的世界。表示真实世界时，可以突破物理空间和时间的约束，做到能“超越现实”;在表示虚拟世界时，又能使其中的虚拟物体表示出三维逼真感，以达到身临其境的感受，最后形成一种“人能沉浸其中、超越其上、进出自如、交互作用的三维信息空间”。VR技术为用户提供了一种新型的人机接口，它利用计算机生成交互式三维环境，不仅使参与者能够感受到景物或模型的逼真存在，并且对参与者的运动和操作做出实时准确的响应。

2.虚拟现实技术在土木工程中的 应用 领域

由于具有上述的优势特征，虚拟现实技术在土木工程中得到了广泛的应用，并且具有广阔的应用前景。现阶段，虚拟现实技术在土木工程中的应用主要有以下几个方面[2]。

(1)在虚拟施工过程和施工结构 计算 中的应用[3]

在实际工程施工中，复杂结构施工方案设计和施工结构计算是一个难度较大的 问题 ，前者难点关键就在于施工现场的结构构件及 机械设备间的空间关系的表达;后者在于施工结构在施工状态和荷载下的变形大于就位以后或结构成型以后。

基于虚拟现实的复杂结构施工方案设计是指利用虚拟现实技术，在虚拟的 环境中，建立周围场景、结构构件及机械设备等的三维CAD模型(虚拟模型)，形成基于 计算机的具有一定功能的仿真系统，让系统中的模型具有动态性能，并对系统中的模型进行虚拟装配，根据虚拟装配的结果，在人机交互的可视化环境中对施工方案进行修改。复杂结构施工涉及的因素较多，起重机的布置位置、高度，缆风绳着力点的选择，构件堆场的位置，起重机的开行路线，构件起吊路线等，都是施工方案设计必须考虑的问题。若对这些问题考虑得不够，则工程施工的进度、成本等都会受到 影响 ，甚至导致安全事故的发生。

建筑结构施工前往往要对施工方案进行受力状态复核。如在大跨空间结构施工中，不仅要考虑施工过程的安全性、可行性，还要考虑结构本身在施工过程中安全性、可靠性。某展览中心，钢结构屋盖支承在钢桅杆上，桅杆两端为锥形，与下部混凝土结构铰结。为了减小钢桁架的变形，更为了维持结构的稳定，在钢屋盖桅杆和混凝土之间，采用了一系列的斜拉索(前索、背索、稳定索)和撑杆，形成一个稳定的结构体系。在钢结构的施工中，不同的支撑方案、不同的拼接方案，在结构的不同部位会引起不同的效应，而随着连接杆件的安装，这些施工阶段的应力将残余在结构部位上，并影响到最终的结构受力安全性;并在结构就位过程中，有可能失稳和变形。这就需要进行施工过程的精确 分析 。用虚拟现实技术可以对不同的方案，在短时间内做大量的分析，从而保证施工方案最优化。

(2)在工程项目招标投标中的应用

建筑业是我国的支柱产业，建筑市场的过度竞争已是长期的事实。 现代 建筑工程项目的运作，业主处于绝对有利的地位。在有限的时间内，如何使业主和评标的专家很好地了解招投标文件的编制和被认可的程度直接关系到承包商有没有中标的机会。因此，承包商在注重投标文件的技术可行、报价合理的同时，也非常注重投标文件的包装。尤其是大型工程、国家重点工程和国际工程的招标投标，往往在项目企划阶段就已经开始这方面的运作[4]。

借助虚拟仿真系统，把不能预演的施工过程和 方法 表现出来，不仅节省了时间和建设投资，而且不用项目经理的现场答辩，方案的优劣就一目了然。这无疑大大增加了承包商中标的几率。

(3)在可视化计算领域的应用

可视化计算将是今后一个重要的 发展 方向。在科研中，人们会遇到大量数据，为从中得出有价值的 规律 和结论，需要对庞大的数据量进行认真分析。对 科学 计算取得的数据进行可视化加工或三维图形显示，可通过交互改变参数来观察计算结果的全貌及其变化，实现参数化及可视化计算，虚拟现实技术产生了飞跃式的发展。

在运用有限元法进行结构分析时，利用虚拟现实技术则可以通过颜色的深浅给出三维物体中各点力的大小，用不同颜色表示出不同的等力面;也可以任意变换角度，从任何点去观察。还可以利用VR的交互性能，实时修改各种数据，以便对各种方案及结果进行比较。这样就使工程师的思维更加形象化，概念更易于理解。把可视化计算技术应用于超大型复杂结构的设计、工程控制和结构分析中，将增强计算 软件的前后置处理能力。例如，在桥梁工程控制和结构分析的可视化计算中，倒退(拆)分析结构倒拆动态演示、结构理想施工线型显示、施工阶段主梁形心线的设计曲线和实测拟合曲线的显示、前进分桥结构拼装动态演示、施工预告图形显示、主梁内力图显示、危险截面应力分布图显示等等。更重要的是能借助图形或图像来进行实时动态地控制结构的重分析和获取施工控制数据，同时能实时动态演示和控制设计和施工的过程。

四、结语

虚拟现实技术在不断发展，专用于计算机图形和多媒体信息处理的高性能DSP芯片可使处理能力提高上百倍，三维图形算法和参数化建模算法等可使虚拟现实技术更加成熟。 目前 ，虚拟现实技术还有很多不完善的地方，尤其在土木工程的 研究 方面，我们应努力建设虚拟现实技术实验室，开发有价值的虚拟现实工程系统，使其在工程设计、施工、 管理和可视化计算等方面得到更广泛的应用。

参考 文献

[1] 张跃.[N]. 科技 日报.1997年6月23日.

[2] 沈金良.虚拟现实技术在工程设计中的应用[J].科技交流，2004，(3).

[3] 谢行浩.建筑工程系统仿真[M].北京：科学出版社，2001. 25- 37.

[4] 张金序.施工技术[J].多媒体技术在建筑工程投标中的应用.Vol. 31 No. 12. 24

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土木工程结构试验 论文 班级：XXXXXXX 姓名：XXXXXXX 学号：XXXXXXX 结构试验铰支座试验在建筑试验中，很多的数据、理论都是通过大量的实验得到的。在做试验的过程中，就不可避免的需要考虑试验的环境、装置的固定、现场环境的条件模拟等等一系列问题。在谈及到试验装置的固定时，人们通常会根据结构试验的目的的不同，根据不同的思路设计试验装置的支座。其中的一种思路就是结构试验的铰支座。结构试验中的支座是支承结构、正确传递作用力和模拟实际荷载图式的设备，通常还要承受操作时的振动与地震载荷。铰支座即为物体与所需固定位置连接方式为铰接的支座。在结构设计中，常见的支座或边界条件为简支边界条件采用铰支座实现，一般铰支座有如下的几种形式。1.活动铰支座活动铰支座容许架设在支座上的构件自由转动和在一个方向上移动。它提供一个竖向的支座反力，不能传递弯矩，也不能传递水平力，不能阻止物体沿支承面方向移动，也不能限制物体绕销钉转动，但能限制物体沿支承面负法线向运动。它比下面要介绍的固定铰支座更加精确，因为简单滚轴支座在水平方向滚动时，在与试件接触的位置时刻变化着，导致了试件的支承位置变化，即支座反力作用点发生变化。活动铰支座的支座反力是通过销钉中心，垂直于支撑面，但由于其上所受的力不能确定，所以具体指向还是不能确定，应具体问题具体分析。下图就是活动铰支座的简图。2.固定铰支座容许架设在支座上的构件自由转动但不能移动的支座叫做固定铰支座。从理论上来讲，固定铰支座应能承受水平力，但在梁类构件的试验中，只要一个支座为活动铰支座，另一个支座的水平力通常很小，小到可以忽略不计。但在实际情况中它提供一个竖向的支座反力，不能传递弯矩，也不能传递水平力。在连续梁的静载试验中，只有一个支座为固定铰支座，其余均为活动铰支座。为了避免试件制作误差和支座安装误差引起初始沉降，连续梁的铰支座高度应可调。固定铰支座的受力是通过销钉中心，但力的指向不能确定。所以，一般在计算中我们习惯用两个正交的力（通常都是水平方向和竖直方向的两个力）来代替这个力。3.梁柱试件的铰支座除了上面说的活动铰支座和固定铰支座这两种形式外铰支座还有一种形式，那就是柱式试件的铰支座。柱或墙的试验所采用的支座也属于固定铰支座。在柱受压实验中，对压力作用点有比较高的定位要求。在长柱试验机上进行偏心受压的静载试验，偏心距是试验中的一个主要控制因素。试验机的压板采用大曲率半径的圆弧支座，不能满足柱式试验机的压板上还要安装铰支座。铰支座的分类还很很多，不同的分类方法会得到不同的构造形式。例如作用方式不同有滚动铰支座、固定铰支座、球铰支座和刀口支座（固定铰支座的一种特定形式）几种。一般都用钢制。 4.简支构件和连续梁支座 这类构件一般一端为固定铰支座，其他为滚动支座。安装时各支座轴线应彼此平行并垂直于试验构件的纵轴线，各支座间的距离取为构件的计算跨度。为了减少滚动摩擦力，钢滚轴的直径宜按荷载大小根据下表选用。但在任何情况下滚轴直径不应小于50mm. 钢滚轮的上、下应设置垫板，这样不仅能防止试件和支域的局部受压破坏，并能减小滚动摩擦力。垫板的宽度一般不小于试件立承处的宽度，垫板的长度按构件挤压强度计算且不小于构件实际支承长度。垫板的厚度h可接受三角形分布荷载作用的悬壁梁计算且不小于6mm.当需要模拟梁的嵌固端支座时，在试验室内，可利用试验台座用拉杆锚固。只要保证支座与拉杆间的嵌固长度，即可满足试验要求。 5.四角支承板和四边支承板的支座 在配置四角支承板支座时应安放一个固定滚珠，对四边支承板，滚珠间距不宜过大，宜取板在支承处厚度的3-5倍。此外，对于四边简支板的支座应注意四个角部的处理，当四边支承板无边梁时，加载后四角会翘起，因此，角部应安置能受拉的支座。板、壳支座的布置方式如图所示。 6.受扭构件两端的支座 对于梁式受扭构件试验，为保证试件在受扭平面内自由转动，支座形式可如图所示，试件两端架设在两个能自由转动的支座上，支座转动中心应与试件转动中心重合，两支座的转动平面应相互平衡，并应与试件的扭轴相垂直。 7.受压构件两端的支座进行柱与压杆试验时，构件两端应分别设置球型支座或双层正交刀口支座。球铰中心应与加载点重合，双层刀口的交点应落在加载点上。目前试验柱的对中方法有两种：几何对中法和物理对中法。从理论上讲物理对中法比较好，但实际上不可能做到整个试验过程中永远处于物理对中状态。因此，较实用的办法是，以柱控制截面处（一般等截面往为柱高度的中点）的形心线作为对中线，或计算出试验时的偏心距，按偏心线对中。进行柱或压杆偏心受压试验时，对于刀口支座，可以通过调节螺丝来调整刀口与试件几何中线的距离，以满足不同偏心矩的要求。 在试验机中做短柱抗压承载力试验时，由于短柱破坏时不发生纵向挠曲，短拉两端面不发生相对转动；因此，当试验机上下压板之一已有球铰时，短往两端可不另加设刀口。这样处理是合理的，且能和混凝土棱柱强度试验方法一致。