一種考慮風荷載的鐵路明洞結構設計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種考慮風荷載的鐵路明洞結構設計方法，由于鐵路明洞結構具有一些特定的因素，因此可將鐵路明洞結構風荷載值的公式簡化為wt＝(0.41-0.52)×w0，它可直接應用于鐵路明洞結構的設計對風荷載的計算，在鐵路明洞結構設計人員在對鐵路明洞結構進行設計并考慮風荷載時，可運用此計算方法，由于此計算方法不包含未知參數(shù)，設計人員可直接根據(jù)施工區(qū)域確認W0，根據(jù)該區(qū)域的地表粗糙度類別，確定W0的系數(shù)，提高設計效率。
【專利說明】一種考慮風荷載的鐵路明洞結構設計方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及土木工程領域，具體地指一種考慮風荷載的鐵路明洞結構設計方法。

【背景技術】
[0002]《建筑結構荷載規(guī)范》中指出，垂直于建筑物表面上的風荷載標準值，應按下列規(guī)定確定:
[0003]計算主要受力結構的風荷載標準值時，應按下式計算:
[0004]Wk = β ζ μ s μ zw0
[0005]式中:
[0006]Wk—風荷載標準值(KN/m2)；
[0007]W0-基本風壓(KN/m2)；
[0008]μ ζ—風壓高度變化系數(shù)；
[0009]μ s—風荷載體型系數(shù)；
[0010]β ζ—高度ζ處的風振系數(shù)。
[0011]《建筑結構荷載規(guī)范》通過大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計給出了全國各城市重現(xiàn)期分別為10年、50年和100年的風壓值，設計采用的基本風壓值為50年重現(xiàn)期的風壓。
[0012]《建筑結構荷載規(guī)范》對風荷載的影響因素考慮非常全面，適用于對橋梁及高聳建(構)筑物受風荷載的影響計算，但是鐵路隧道明洞結構高度一般都低于20米，沿用《建筑結構荷載規(guī)范》中對風荷載的計算方法雖能準確計算作用在明洞結構上的風荷載大小，但過程復雜，因此，需設計一種簡單的鐵路明洞結構風荷載的計算方法，以方便應用。


【發(fā)明內容】

[0013]本發(fā)明的目的就是要解決上述【背景技術】的不足，提供一種計算簡便、快捷的考慮風荷載的鐵路明洞結構設計方法。
[0014]本發(fā)明的技術方案為:一種考慮風荷載的鐵路明洞結構設計方法，其特征在于，它包括以下步驟:
[0015]I)、確定需要設計的鐵路明洞結構屬于哪個區(qū)域，以確定鐵路明洞結構所屬區(qū)域的基本風壓值Wtl ；
[0016]2)、將鐵路明洞結構所屬區(qū)域的基本風壓值Wtl代入式I中，以求得該鐵路明洞結構風荷載值，
[0017]wt = (0.41-0.52) Xw0 式 I);
[0018]式I 中:
[0019]Wk—風荷載標準值(KN/m2)；
[0020]W。一基本風壓(KN/m2)；
[0021]3)、將所求得的鐵路明洞結構風荷載值應用到鐵路明洞結構設計中，對鐵路明洞結構進行設計。
[0022]本發(fā)明其中的鐵路明洞結構風荷載的計算方法，可直接應用于鐵路明洞結構的設計對風荷載的計算，在鐵路明洞結構設計人員在對鐵路明洞結構進行設計并考慮風荷載時，可運用此計算方法，提高設計效率。

【具體實施方式】
[0023]下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0024]本發(fā)明的一種考慮風荷載的鐵路明洞結構設計方法，由于鐵路明洞結構具有一些特定的因素，因此可以對【背景技術】中技術風荷載標準值的公式進行簡化。
[0025]由于風荷載的基本計算公式為Wk = β ζ μ s μ zwQ，其中Wk為風荷載標準值(KN/m2)、W0為基本風壓(KN/m2)、μ ζ為風壓高度變化系數(shù)、μ s為風荷載體型系數(shù)μ s、β z為高度z處的風振系數(shù)，因此，在對鐵路明洞結構風荷載值進行計算時，主要考慮的風壓高度變化系數(shù)μ ζ、風荷載體型系數(shù)μ s以及高度ζ處的風振系數(shù)β ζ。
[0026]1、對于鐵路明洞結構風荷載的風壓高度變化系數(shù)μ ζ，需先確定鐵路明洞結構的高度和施工的地面粗糙程度，由于鐵路明洞結構的高度在1m以下，且施工的地面粗糙度類別為C和D，因此可根據(jù)《建筑結構荷載規(guī)范》對鐵路明洞結構的高度和地面粗糙程度類別的描述(參考表I)，確定該鐵路明洞結構的風壓高度變化系數(shù)μ ζ為0.51—0.65 ；
[0027]
離地面高度__地面粗糙度類別 _
M__A__B__C__P
5__L09__LOO__065__0.51
10__]_28__LOO__065__0.51
151.421.130.650.5Ι
[0028]表I
[0029]2、對于鐵路明洞結構風荷載的風荷載體型系數(shù)μ s的計算可以選取μ s = 0.8，這是因為:鐵路明洞結構體型屬于封閉式拱形屋面體型，因此可根據(jù)《建筑結構荷載規(guī)范》對鐵路明洞結構體型系數(shù)的表征，選取迎風面的最不利荷載位置，確定風荷載體型系數(shù)μ s =
0.8 ；
[0030]3、對于鐵路明洞結構風荷載的高度ζ處的風振系數(shù)β ζ的計算可以選取β ζ = 1，這是因為:
[0031]風荷載的高度ζ處的風振系數(shù)β ζ計算公式為:
[0032]爲=I*2處馬徹Jl2，
[0033]其中:
[0034]g—峰值因子；
[0035]Iz—z m高度名義湍流強度；
[0036]R—脈動風荷載的共振分量因子；
[0037]Bz—脈動風荷載的背景分量因子；
[0038]由于鐵路明洞結構的聞度一般為10m，因此，Iz可對應1m聞度名乂i而流強度，而對應鐵路明洞結構所處地區(qū)的C和D類地區(qū)粗糙程度，可分別取0.23和0.39。另外，由于湍流是流體的一種流動狀態(tài)，當流速很小時，流體分層流動，互不混合，稱為層流，也稱為穩(wěn)流或片流；逐漸增加流速，流體的流線開始出現(xiàn)波浪狀的擺動，擺動的頻率及振幅隨流速的增加而增加，此種流況稱為過渡流；當流速增加到很大時，流線不再清楚可辨，流場中有許多小漩渦，層流被破壞，相鄰流層間不但有滑動，還有混合，這時的流體作不規(guī)則運動，有垂直于流管軸線方向的分速度產生，這種運動稱為湍流，又稱為亂流、擾流或紊流，但是對于作用在鐵路明洞結構上的風荷載發(fā)生湍流的可能性很小，可不予以考慮，因此，可以確定鐵路明洞結構其高度1m處的風振系數(shù)近視取I。
[0039]將上述確定的風壓高度變化系數(shù)μ ζ、風荷載體型系數(shù)μ s以及高度ζ處的風振系數(shù)βζ值代入風荷載的基本計算公式中，可得到鐵路明洞結構的風荷載計算公式為Wt =(0.41-0.52) Xw0。
[0040]將上述計算方法運用到鐵路明洞結構設計中，它包括以下步驟:
[0041]I)、確定需要設計的鐵路明洞結構屬于哪個區(qū)域，以確定鐵路明洞結構所屬區(qū)域的基本風壓值Wtl ；
[0042]參照《建筑結構荷載規(guī)范》(GB50009-2012)附錄E中對全國50年重現(xiàn)期風壓值的統(tǒng)計，并從設計人員使用方便的角度考慮，將我國的基本風壓Wtl(均值)進行如下劃分:1、云貴高原南部、青藏高原、新疆地區(qū)、內蒙古高原、東北三省以及長江以北的東部沿海地區(qū)取基本風壓為0.7KN/m2 ； II南嶺一武夷山脈東南以及南部沿海地區(qū)取基本風壓為
1.3KN/m2 JII臺灣、海南等島嶼取基本風壓為1.8KN/m2 ;IV除此之外的內陸地區(qū)取基本風壓為0.5KN/m2，但如果有大河山川(如泰山、黃山、黃河等)對風壓有加強作用時應據(jù)實提高選取標準；
[0043]2)、將鐵路明洞結構所屬區(qū)域的基本風壓值\代入Wt = (0.41-0.52) Xw0中，SP可求得該鐵路明洞結構風荷載值；
[0044]3)、即可將所求得的鐵路明洞結構風荷載值應用到鐵路明洞結構設計中，對鐵路明洞結構進行設計。
[0045]本發(fā)明的鐵路明洞結構風荷載的計算方法，可直接應用于鐵路明洞結構的設計對風荷載的計算，在鐵路明洞結構設計人員在對鐵路明洞結構進行設計并考慮風荷載時，可運用此計算方法，由于此計算方法不包含未知參數(shù)，設計人員可直接根據(jù)施工區(qū)域確認Wtl,根據(jù)該區(qū)域的地表粗糙度類別，確定Wtl的系數(shù)，提高設計效率。
【權利要求】
1.一種考慮風荷載的鐵路明洞結構設計方法，其特征在于，它包括以下步驟: 1)、確定需要設計的鐵路明洞結構屬于哪個區(qū)域，以確定鐵路明洞結構所屬區(qū)域的基本風壓值%; 2)、將鐵路明洞結構所屬區(qū)域的基本風壓值Wtl代入式I中，以求得該鐵路明洞結構風荷載值，
Wt = (0.41-0.52) Xw0 式 I)； 式I中: Wk—風荷載標準值(KN/m2)； Wtl—基本風壓(KN/m2)； 3)、將所求得的鐵路明洞結構風荷載值應用到鐵路明洞結構設計中，對鐵路明洞結構進行設計。
【文檔編號】E21D9/14GK104153788SQ201410306770
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年6月30日 優(yōu)先權日:2014年6月30日
【發(fā)明者】苗德海, 譚忠盛, 趙文成, 李磊, 陳立保, 莫陽春 申請人:中鐵第四勘察設計院集團有限公司