| （中铁十二局集团建筑安装工程有限公司 山西 030024） 【摘要】本文主要分析了预应力钢结构 施工的虚拟张拉技术问题，探讨了虚拟张 拉技术的要点和难点，以期可以为今后的 预应力钢结构施工的虚拟张拉施工提供参 考。 【关键词】预应力；钢结构；虚拟张拉 技术 一、前言 目前，预应力钢结构施工必须要明确 施工的要点，其中，虚拟张拉技术就是其 中的一个重点，在施工中，必须要重视虚 拟张拉技术的运用，并做好技术应用的质 量控制工作。 二、虚拟张拉技术概念的提出 随着我国经济的迅速发展以及科学技 术水平的不断提高，我国的工业取得了巨 大的发展与进步。而在相应的工业生产之 中，预应力钢结构施工的虚拟张拉技术有 着十分重要的地位与作用。 虚拟张拉技术按照虚拟现实技术的内 涵可表述为：虚拟张拉是借助于计算机及 网络，结合虚拟现实技术，对现实预应力 拉索张拉行为中的诸要素（如：与拉索张 拉施工相关人员、机械设备、施工现场条件、 张拉施工的全过程信息以及结构本身特点 等）进行全面的、动态的虚拟仿真，即为 现实中的预应力钢结构拉索张拉在计算机 中的逼真模拟，以便于工程技术人员或专 家提前生动形象地了解整个张拉施工过程， 并发现张拉过程中可能发生的问题及隐患 等，在拉索正式张拉实施前采取有效措施， 进行事前控制，确保拉索张拉的顺利实施， 且做到技术先进、功效显著、成本低廉、 确保工期。 三、虚拟张拉技术基本原理及关键技 术问题 1、虚拟张拉技术的组成核心 对于虚拟张拉技术来说，它主要是将 相应的虚拟现实技术引入到预应力钢结构 拉索张拉施工当中去。所以，相应的虚拟 张拉技术也包含了多个方面的知识与内容， 而在这其中，主要存在着三个方面的核心 内容，具体如下： （一）可视化与交互技术。运用可视化 技术，在预应力拉索的张拉施工的操作中 融入计算机图形学知识以及相关的显示技 术，并将之映射到虚拟环境之中，对其过 程有一定程度上的了解。而对于交互技术 来说，它主要是进行一定程度上的信息交 换，而交换的主要对象是现实中的人（包 括工程技术人员以及专家）与虚拟环境之 中人的行为过程。 （二）建模技术。进行对于虚拟张拉技 术的实现首先要做的就是建立一个较为准 确的模型，并将之置于虚拟的环境之中。 不仅如此，对于这一虚拟模型，还需要做 出一定的要求。要求其能够对现实结构的 形态进行准确而真实的反映。同时进行对 于相关现实结构的几何方程、物理方程以 及平衡方程的参考，并运用CADPCAE 技 术实现控制方程的建立，最终形成与现实 结构一致的可视化虚拟张拉模型。 （三）仿真技术。进行虚拟张拉最终是 为了在相应的虚拟环境之中所生成的模型 进行一定程度上的仿真分析，并基于此实 现对其的验算与对比操作，最终优化选择 出最适合的拉索张拉方案来指导在实践中 的工作。所以一般情况下，也把仿真分析 看作为试验的技术或手段，但是与实验室 试验不相同的是，它主要是进行对于处于 虚拟环境中能够全真反应现实状况的仿真 模型的研究，而并非现实存在的相关内容。 2、虚拟张拉技术建模与仿真的关键问 题 （一）拉索单元模拟与分析方法 在相应的预应力钢结构之中，索单元 作为其中的一个单元形式，具有非常大的 活跃性。预应力钢结构本身存在着一些特 点，而非线性是其中较为突出的一个特点。 进行对于结构仿真的分析时，往往需要进 行对于初始几何态、预应力态以及相应的 荷载态的充分考虑。主要存在着两种分析 方法，分别是以连续化假定为基础的的分 析方法以及以离散化假定为基础的的数值 仿真。然而，运用以连续化假定为基础的 的分析方法在现场条件下具有一定程度上 的局限性，所以通常情况下对于急于离散 化假定的数值仿真做重点考虑。 （二）拉索预应力的仿真 拉索预应力的仿真模拟在虚拟张拉之 中发挥着十分重要的作用，甚至成为了进 行虚拟张拉的一项十分关键的技术。它主 要存在着3 种模拟方法，下面我们进行 一一阐述： ①等效荷载法。这一模拟方法主要是 首先将预应力作用等效为相应的外荷载， 然后将之作用于相应的结构之上。这一方 法具有很大的直接性以及简便性。但是它 仍然存在着一定的弊端，因为运用这种方 法的过程之中往往会忽略拉索的刚度。这 样一来，在对于虚拟张拉全过程仿真进行 一定程度上的分析时，各个拉索之间的索 力的影响就不能够被真是的反映。 ②初始应变法。为了实现对于等效荷 载法之中所存在弊端的避免，不能够仅仅 将预应力看作外荷载，还应该对于预应力 对刚度所造成的影响进行充分的考虑。对 于初始应变法来说，其实质主要是在相应 的索单元之中产生初始拉应力。 ③模拟环境降温法。通过进行对于拉 索单元的环境温度的降低，促使其发生一 定程度上的收缩并产生相应的预拉力，其 实质主要是施加温度荷载，从而间接的促 使拉索单元产生初始应变。 四、虚拟仿真技术在建筑施工中的应 用 1、虚拟建造技术的现实意义 使用虚拟现实技术对施工过程进行模 拟，在施工前了解各种构件在实际结构中 的相对位置及相互关系，实验多种施工方 法，计算相应工况应力，对方案进行优化 这对以下几方面将产生重大意义。建筑工 程施工方案的选择和优化建筑工程施工的 施工方法及施工组织的选择和优化主要是 建立在施工经验的基础上，存在一定局限 性。同时，现代建筑基本都具有鲜明的个性， 建筑工程施工成为不可完全重复的过程。 使用施工虚拟仿真技术将可以直观、科学 地展示不同施工方法和施工组织措施的效 果，可以定量地完成方案的对比，有助于 施工方案的选择和优化，真正实现最优施 工。施工技术革新和新技术引入施工虚拟 仿真技术一方面能使广大施工技术人员低 成本地试验施工新工艺和革新思路，有助 于创造性的充分发挥，同时能真切展示新 技术的成效，缩短建筑业新技术的引入期 和推广期，降低新技术、新工艺的实验风 险。施工管理施工虚拟仿真技术能事先模 拟施工全过程，能提前发现施工管理中质 量、安全等方面存在的隐患，因而可以采 取有效的预防和强化措施，提高工程施工 质量和施工现场管理效果。 2、三维动画技术在建筑施工领域的应 用 建筑施工全程虚拟是在现实建筑工程 施工之前技术对施工全过程的各环节进行 模拟真实展示和体验施工各阶段预期结果 并应用系统软件适时调整施工变更或偏差 # 实现施工方案决策优化施工全程，虚拟技 术的首要功能是虚拟预演即从待施工的建 筑造型设计结构施工方案施工场地及施工 组织设计施工关键技术，设计建筑施工各 阶段控制过程中有关信息的集成管理，直 至建筑工程竣工验收全过程进行虚拟预演 将虚拟施工过程真实呈现于施工方及管理 人员，虚拟施工环境下的全方位仿真可准 确预演实际施工过程及其结果，它与传统 实际建造施工过程相比，可提前发现施工 方案设计中的缺陷和施工过程中可能发生 的质量和安全问题，缩短施工工期更便于 施工方案的监控与调整技术的另一突出功 能是反演决策即在虚拟施工环境中，通过 时间反演改变参数设置使施工过程与结果 可根据业主要求及施工组织设计需要进行 适时调整由于参数选择的不同可建立多样 化施工比较方案根据实际情况选择最优方 案。 五、结束语 综上所述，预应力钢结构施工过程 中，虚拟张拉技术起着很关键的作用，所 以，分析预应力钢结构施工的虚拟张拉技 术，对于今后的施工可以有很好的参考效 果，值得深究。 参考文献 [1] 石开荣，郭正兴. 预应力钢结构 施工的虚拟张拉技术研究[J]. 施工技术， 2011，03 ：16-18 [2] 边广生，郭正兴，石开荣. 南京奥 体网球中心雨篷拉索虚拟张拉技术[J]. 建 筑技术，2012，04 ：261-262 |
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