一種盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)安全評估模型與方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)安全評估模型與方法。該模型以結(jié)構(gòu)的彎矩零點截面和接頭截面為分界線，劃分子系統(tǒng)，分別將彎矩零點截面與接頭截面之間的主截面和接頭截面分別視為串聯(lián)的子系統(tǒng)，任意一個子系統(tǒng)的失效即表示整體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)失效；每個管片主截面子系統(tǒng)包含若干個管片主截面，各主截面之間為并聯(lián)關(guān)系。方法為對每個子系統(tǒng)中所有截面進(jìn)行安全性檢算，當(dāng)管片主截面子系統(tǒng)中達(dá)到破壞條件的主截面數(shù)超過總主截面數(shù)的2/3時，判定該管片主截面子系統(tǒng)破壞；當(dāng)接頭截面達(dá)到破壞條件時，該接頭截面子系統(tǒng)破壞，上述任意子系統(tǒng)破壞，均表示盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)系統(tǒng)破壞。本發(fā)明使得其極限狀態(tài)的判定更為科學(xué)合理，安全評估表達(dá)更為簡單明了。
【專利說明】一種盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)安全評估模型與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明公開了一種盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)安全評估模型與方法。
【背景技術(shù)】:
[0002]目前，關(guān)于盾構(gòu)隧道管片等類似的超靜定圓環(huán)結(jié)構(gòu)的安全評估，大多采用單一截面破損階段法，如我國的《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》(TB10003-2005)、《公路隧道設(shè)計規(guī)范》(JTGD70-2004)等，認(rèn)為一旦其中某一個截面不能滿足對應(yīng)的允許安全系數(shù)要求，則判定該結(jié)構(gòu)破壞。這種方法對于超靜定結(jié)構(gòu)而言顯然存在很大的不合理性，實際工程實踐過程中，也表明，單一截面的破壞并不會導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)體系的破壞。同時，至今仍沒有一個有效的針對隧道襯砌結(jié)構(gòu)本身的整體安全系數(shù)的表示方法，使得在該類結(jié)構(gòu)的安全評估時，往往是一個模糊的參考值，概念意義模糊。因此，迫切需要一種更為科學(xué)合理、簡單直觀的方法或指標(biāo)來表征該類結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，一種從整個結(jié)構(gòu)體系角度出發(fā)的盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)安全性評估模型與計算方法。
[0004]為了解決【背景技術(shù)】所存在的問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0005]一種盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)安全評估模型，其特征在于，以結(jié)構(gòu)的彎矩零點截面和接頭截面為分界線，劃分子系統(tǒng)，分別將彎矩零點截面與接頭截面之間的主截面和接頭截面分別視為串聯(lián)的子系統(tǒng)，任意一個子系統(tǒng)的失效即表示整體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)失效；每個管片主截面子系統(tǒng)包含若干個管片主截面，各主截面之間為并聯(lián)關(guān)系。
[0006]進(jìn)一步地，所述管片主截面子系統(tǒng)，當(dāng)失效主截面數(shù)超過該子系統(tǒng)中總主截面數(shù)的2/3時，該主截面子系統(tǒng)失效；當(dāng)接頭截面失效時，該接頭截面系統(tǒng)失效；各截面失效準(zhǔn)則采用常規(guī)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)截面失效判據(jù)；
[0007]進(jìn)一步地，將盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)的承載能力，統(tǒng)一采用豎向荷載表示。
[0008]采用這種安全評估模型的評估方法，步驟包括:
[0009](I)按常規(guī)方法建立盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算模型，求取各管片單元及接頭截面的內(nèi)力值及其分布形態(tài)；
[0010](2)確定彎矩零點，并以彎矩零點和接頭截面為分界線，劃分子系統(tǒng)；
[0011](3)根據(jù)前述計算得到內(nèi)力值，以子系統(tǒng)為對象，分別計算各子系統(tǒng)所有截面的安全系數(shù)；
[0012](4)統(tǒng)計各子系統(tǒng)所有截面的安全系數(shù)，當(dāng)任意管片主截面子系統(tǒng)中破壞截面數(shù)超過總主截面數(shù)的2/3或接頭截面系統(tǒng)破壞時，即認(rèn)定該子系統(tǒng)破壞，否則，增加一級荷載，返回至步驟(I )，再次計算，直至出現(xiàn)任意一個子系統(tǒng)失效，終止計算，認(rèn)定整個結(jié)構(gòu)體系失效，當(dāng)前荷載即為結(jié)構(gòu)的極限承載能力，該荷載與設(shè)計或?qū)嶋H承擔(dān)的荷載之比即為結(jié)構(gòu)體系的安全系數(shù)。[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供了從整個結(jié)構(gòu)體系角度出發(fā)的盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)安全性評估模型與計算方法，使得其極限狀態(tài)的判定更為科學(xué)合理，安全評估表達(dá)更為簡單明了。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0014]圖1為現(xiàn)有盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算圖式。
[0015]圖2為典型盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)彎矩分布形態(tài)圖。
[0016]圖3為本發(fā)明盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)體系子系統(tǒng)劃分示意圖。
[0017]圖4為本發(fā)明盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)體系統(tǒng)串并聯(lián)關(guān)系圖。
[0018]圖5為本發(fā)明盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)安全評估計算流程圖。
【具體實施方式】:
[0019]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0020]本發(fā)明根據(jù)典型盾構(gòu)隧道彎矩分布形態(tài)(圖2)，采用了一種更為合理的新的盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)體系失效模式，整個盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)被彎矩零點截面和管片接頭截面劃分為若干管片主截面和接頭截面子系統(tǒng)(圖3)，每個子系統(tǒng)采用串聯(lián)關(guān)系連接，而每個管片主截面子系統(tǒng)又包含若干個主截面，每個主截面采用并聯(lián)關(guān)系相連(圖4)，則可得到盾構(gòu)隧道接頭截面和管片主截面聯(lián)合失效模式下的結(jié)構(gòu)體系失效事件的表達(dá)式:
[0021]
【權(quán)利要求】
1.一種盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)安全評估模型，其特征在于，以結(jié)構(gòu)的彎矩零點截面和接頭截面為分界線，劃分子系統(tǒng)，分別將彎矩零點截面與接頭截面之間的主截面和接頭截面分別視為串聯(lián)的子系統(tǒng)，任意一個子系統(tǒng)的失效即表示整體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)失效；每個管片主截面子系統(tǒng)包含若干個管片主截面，各主截面之間為并聯(lián)關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)安全評估模型，其特征在于，所述管片主截面子系統(tǒng)，當(dāng)失效主截面數(shù)超過該子系統(tǒng)中總主截面數(shù)的2/3時，該主截面子系統(tǒng)失效；當(dāng)接頭截面失效時，該接頭截面系統(tǒng)失效；各截面失效準(zhǔn)則采用常規(guī)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)截面失效判據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)安全評估模型，其特征在于，將盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)的承載能力，統(tǒng)一采用豎向荷載表示。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述安全評估模型的評估方法，其特征在于包括如下步驟: (1)按常規(guī)方法建立盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算模型，求取各管片單元及接頭截面的內(nèi)力值及其分布形態(tài)； (2)確定彎矩零點，并以彎矩零點和接頭截面為分界線，劃分子系統(tǒng)； (3)根據(jù)前述計算得到內(nèi)力值，以子系統(tǒng)為對象，分別計算各子系統(tǒng)所有截面的安全系數(shù)； (4)統(tǒng)計各子系統(tǒng)所有截面的安全系數(shù)，當(dāng)任意管片主截面子系統(tǒng)中破壞截面數(shù)超過總主截面數(shù)的2/3或接頭截面系統(tǒng)破壞時，即認(rèn)定該子系統(tǒng)破壞，否則，增加一級荷載，返回至步驟(1)，再次計算，直至出現(xiàn)任意一個子系統(tǒng)失效，終止計算，認(rèn)定整個結(jié)構(gòu)體系失效，當(dāng)前荷載即為結(jié)構(gòu)的極限承載能力，該荷載與設(shè)計或?qū)嶋H承擔(dān)的荷載之比即為結(jié)構(gòu)體系的安全系數(shù)。
【文檔編號】G06F19/00GK103593558SQ201310535166
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月1日
【發(fā)明者】雷明鋒, 彭立敏, 施成華, 費瑞振 申請人:中南大學(xué)