本發(fā)明涉及一種應(yīng)用建筑物損傷鑒定標(biāo)準(zhǔn)、在隧道施工擾動地層造成地基應(yīng)力損失時進(jìn)行地表建筑物損傷分析的方法，屬于巖土施工與隧道工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、城市軌道交通作為現(xiàn)代城市化過程中最重要也是最基本的一項任務(wù)就顯得尤為重要。城市地下交通資源的開發(fā)和利用正在逐漸成為城市交通建設(shè)的中心和焦點。

2、隧道建設(shè)作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，其規(guī)模和數(shù)量都在不斷增長。隧道建設(shè)過程中，由于開挖作業(yè)破壞了地層中原有土體的結(jié)構(gòu)平衡，導(dǎo)致周邊土體發(fā)生變形，這種變形可能會傳遞到地基，引起地基的不均勻沉降，最終導(dǎo)致上部建筑物出現(xiàn)開裂、傾斜甚至破壞。

3、隨著建筑功能和建筑造型要求日趨多樣化，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計已經(jīng)引起人們的重視。建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計作為現(xiàn)行比較常用的模式，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各類建筑中。目前，我國多層建筑的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，逐步實現(xiàn)了與國外先進(jìn)理念的融合與接軌，建筑框架結(jié)構(gòu)的體系與模式也呈現(xiàn)出了多渠道發(fā)展的新態(tài)勢。建筑豎向體形和平面布置也越來越復(fù)雜，給建筑物損傷人員帶來了許多新的問題，給多層建筑損傷分析提出了更高的要求。多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計采用框架結(jié)構(gòu)形式，可形成內(nèi)部大空間，同時也能進(jìn)行靈活的建筑平面布置。由于框架結(jié)構(gòu)體系在結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用甚廣，對框架結(jié)構(gòu)建筑物損傷分析尤為重要。與此同時，多層建筑框架結(jié)構(gòu)分析過程中的一些現(xiàn)實問題卻往往被忽視，給建設(shè)工程質(zhì)量留下了安全隱患。

4、因此，需要進(jìn)一步研究和開發(fā)新型的隧道下穿地表建筑損傷分析技術(shù)，以提高工作效率、降低檢測成本、保證分析結(jié)果質(zhì)量。這可以包括優(yōu)化建筑物損傷鑒定方法，明確建筑物損傷標(biāo)準(zhǔn)，簡化建筑物損傷分析步驟，量化建筑物損傷情況等。

5、有鑒于此，特提出本專利申請。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)所述的基于地基應(yīng)力損失的隧道側(cè)穿框架結(jié)構(gòu)建筑物分析方法，在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題而提出解決盾構(gòu)隧道側(cè)穿地表既有建筑物時對鄰近的建筑物造成潛在損傷的分析手段，以期通過簡化建筑物損傷分析步驟、優(yōu)化建筑物損傷鑒定方法、明確建筑物損傷標(biāo)準(zhǔn)和量化建筑物損傷情況，從而達(dá)到實現(xiàn)隧道建設(shè)安全施工和確保地表建筑在受到擾動后的安全性與使用性的目的。

2、為實現(xiàn)上述設(shè)計目的，所述基于地基應(yīng)力損失的隧道側(cè)穿框架結(jié)構(gòu)建筑物分析方法包括以下實施步驟：

3、步驟1)、建筑物結(jié)構(gòu)簡化；

4、對框架結(jié)構(gòu)的建筑物進(jìn)行結(jié)構(gòu)簡化，包括桿件、支座和結(jié)點的簡化、以及載荷的簡化；

5、步驟2)、建筑物基礎(chǔ)沉降計算；

6、對建筑物基礎(chǔ)沉降狀態(tài)進(jìn)行計算，采用分層總和法進(jìn)行計算，計算同時由于隧道開挖造成地基應(yīng)力損失，表層土對基礎(chǔ)支撐作用下降，對基礎(chǔ)沉降計算公式引入修正系數(shù)α；

7、步驟3)、地表沉降計算；

8、使用盾構(gòu)隧道地表沉降公式計算地表沉降線，對地表最大沉降s_max和地表沉降槽寬度i進(jìn)行修正，引入修正系數(shù)β、γ；

9、步驟4)、建筑物內(nèi)力求解；

10、對地表框架結(jié)構(gòu)建筑物進(jìn)行位移或變形條件下的內(nèi)力分析；

11、對建筑物進(jìn)行內(nèi)力求解，包括結(jié)構(gòu)的軸力、剪力和彎矩，只考慮主要受力結(jié)構(gòu)，保證結(jié)構(gòu)的安全性；

12、設(shè)最大變形為豎向沉降s，由于框架結(jié)構(gòu)建筑物在建華時成剛性結(jié)構(gòu)，改沉降量s包括基礎(chǔ)在盾構(gòu)隧道影響下的沉降量及地表沉降量，即s＝s′(x)+s′；其中，x為建筑物靠近隧道一側(cè)柱與隧道中心線的水平距離；

13、步驟5)、建筑物抗力-應(yīng)力對比；

14、依據(jù)所檢測分析出來的建筑物應(yīng)力和建筑物自身抗力比較，并按照規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理；

15、采用結(jié)構(gòu)安全系數(shù)η進(jìn)行評級，將分為四級，不同等級對應(yīng)不同工作。

16、進(jìn)一步地，所述的步驟1)，對于桿件的簡化，包括對梁和柱進(jìn)行簡化，簡化后用一條軸線代替；對于節(jié)點的簡化，是對梁和柱之間的連接處進(jìn)行簡化，將其簡化成剛性連接；對于荷載的簡化包括集中力、均布荷載、彎矩的簡化。

17、進(jìn)一步地，所述的步驟2)，分層總和法的計算公式如下，

18、

19、式中，s為基礎(chǔ)沉降量，單位為mm；

20、e1i為根據(jù)第i層的自重應(yīng)力平均值(σci+σc(i-1))/2，從e-p曲線上得到相應(yīng)的孔隙比；

21、e2i為根據(jù)第i層的自重應(yīng)力平均值(σci+σc(i-1))/2與附加應(yīng)力平均值(σz\i+σz(i-1))/2)之和，從e-p曲線上得到相應(yīng)的孔隙比；

22、ai、esi、mvi分別為第i分層土的壓縮系數(shù)、壓縮模量和體積壓縮系數(shù)；

23、添加修正系數(shù)α后，得到針對地基應(yīng)力損失后的基礎(chǔ)沉降量s′，即s′＝αs；

24、其中，α來源于在正常基礎(chǔ)沉降公式使用條件下外加盾構(gòu)隧道擾動導(dǎo)致地基應(yīng)力損失效應(yīng)，取值為1+vl，vl為盾構(gòu)隧道開挖地層損失率，s′＝(1+vl)s。

25、進(jìn)一步地，所述的步驟3)，首先，根據(jù)下述peck計算地面任一點的沉降值：

26、

27、式中，s(x)為地面任一點的沉降值，單位為mm；

28、smax為地面沉降的最大值，位于沉降曲線的對稱中心上(對應(yīng)于隧洞軸線位置)，單位為mm；

29、x為從沉降曲線中心到所計算點的距離，單位為m；

30、i為從沉降曲線對稱中心到曲線拐點(反彎點)的距離，一般稱為“沉降槽寬度”，單位為m；

31、然后，引入系數(shù)α、β對最大沉降量及沉降槽寬度進(jìn)行修正以得到準(zhǔn)確計算結(jié)構(gòu)，計算得到下式公式：

32、

33、進(jìn)一步地，所引入系數(shù)α、β的計算過程如下：

34、首先，對傳統(tǒng)peck公式取對數(shù)后進(jìn)行回歸分析，為回歸后的常數(shù)項，為回歸后的線性系數(shù)，得出：

35、

36、然后，選取與盾構(gòu)隧道施工地質(zhì)條件相似的地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)行回歸模擬即可得到的取值，即：

37、將上述公式(3)與公式(4)結(jié)合計算出系數(shù)α與β的具體數(shù)值。

38、進(jìn)一步地，所述的步驟4)，針對地基應(yīng)力造成的建筑物沉降內(nèi)力計算包括下述步驟：

39、4.1)、確定基本未知量；

40、將原結(jié)構(gòu)有角位移和線位移的結(jié)點分別加上阻止轉(zhuǎn)動的剛臂和阻止移動的支座鏈桿，附加剛臂和附加支座鏈桿數(shù)之和即為位移法的基本未知量；

41、4.2)、由附加約束上約束力之和為零的條件，建立位移法方程

42、4.3)、對建筑物繪制由各附加約束分別產(chǎn)生單位位移δj＝1下的彎矩圖及荷載作用下的彎矩圖mp，由平衡條件求出系數(shù)kij和自由項fip；

43、4.4)、求解方程求δj；

44、4.5)、按疊加原理計算桿端彎矩以計算得出框架結(jié)構(gòu)簡化后的內(nèi)力。

45、進(jìn)一步地，所述的步驟5)，采用安全系數(shù)η來分析建筑物損傷程度并采取加固措施；

46、安全系數(shù)η的計算公式為η＝r/(γ0s)；

47、式中，r為結(jié)構(gòu)抗力，指結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)部件抵抗外力作用而不發(fā)生破壞的能力包括彎曲抗力、剪切抗力、軸向抗力；

48、γ0為結(jié)構(gòu)的重要系數(shù)，為了提高穩(wěn)定分析，在框架結(jié)構(gòu)中取1.1；

49、s為作用效應(yīng)，指有地基應(yīng)力損失后造成的豎向位移引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力，包括彎矩m、剪力q和軸力n，由上述步驟4)計算得到；

50、評級內(nèi)容包括，當(dāng)η≥1.00時，表明建筑物未收到損傷或損傷極其不明顯，此時不需要進(jìn)行加固措施；

51、當(dāng)η≥0.95時，表明建筑物已出現(xiàn)損傷，但并未顯著影響結(jié)構(gòu)的承載能力，此時可選擇不進(jìn)行加固措施，但為了視覺效果可選擇進(jìn)行修補措施；

52、當(dāng)η≥0.90時，表明建筑物已出現(xiàn)損傷，且已經(jīng)顯著影響結(jié)構(gòu)的承載能力，此時應(yīng)當(dāng)選擇采取加固措施；

53、當(dāng)η＜0.90時，表明建筑物已出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p傷，且已經(jīng)嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的承載能力，此時必須及時采取加固措施。

54、綜上，上述基于地基應(yīng)力損失的隧道側(cè)穿框架結(jié)構(gòu)建筑物分析方法具有以下優(yōu)點與有益效果：

55、1、本技術(shù)能夠顯著地解決傳統(tǒng)民用建筑物損傷分析作業(yè)周期長、工期難以控制和分析結(jié)果存在偏差的問題，通過優(yōu)化損傷分析的評級和工序，改進(jìn)損傷處鑒定處理方式，提出整體上更加可靠的損傷分析步驟，從而滿足盾構(gòu)隧道施工擾動地層造成地基應(yīng)力損失時進(jìn)行地表建筑物損傷分析結(jié)果的計算穩(wěn)定性與可靠性。所依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)均為國家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果經(jīng)過嚴(yán)格的測試和分析，確保準(zhǔn)確性能達(dá)到要求。

56、2、本技術(shù)能夠有效地簡化作業(yè)過程、提高分析工作的效率和質(zhì)量，同時確保地下施工正常進(jìn)行和地表建筑物安全使用。

57、3、本技術(shù)提出了優(yōu)化后的分析工序過程，能夠有效地降低設(shè)備成本和減少施工過程中的人力和資源消耗。

58、4、本技術(shù)適用于建筑損害評估領(lǐng)域，具備向其他地下建設(shè)項目擴展的可能性，包括但不限于地下停車設(shè)施與地下商業(yè)中心等場合，從而具有廣泛的應(yīng)用前景和經(jīng)濟效益，在地鐵隧道建設(shè)和改造中具有重要的意義。