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(diǎn)截面和接頭截面為分界線，劃分子系統(tǒng)，分別將彎矩零點(diǎn)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(gè)子系統(tǒng)的失效即表示整體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)失效；每個(gè)管片主截面子系統(tǒng)包含若干個(gè)管片主截面，各主截面之間為并聯(lián)關(guān)系。方法為對每個(gè)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(shí)，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(shí)，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(jì)規(guī)范》(TB10003-2005)、《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD70-2004)等，認(rèn)為一旦其中某一個(gè)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(shí)際工程實(shí)踐過程中，也表明，單一截面的破壞并不會導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的破壞。同時(shí)，至今仍沒有一個(gè)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(shí)，往往是一個(gè)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(gè)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(jì)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(diǎn)截面和接頭截面為分界線，劃分子系統(tǒng)，分別將彎矩零點(diǎn)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(gè)子系統(tǒng)的失效即表示整體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)失效；每個(gè)管片主截面子系統(tǒng)包含若干個(gè)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(shí)，該主截面子系統(tǒng)失效；當(dāng)接頭截面失效時(shí)，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(jì)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(diǎn)，并以彎矩零點(diǎn)和接頭截面為分界線，劃分子系統(tǒng)；
[0011](3)根據(jù)前述計(jì)算得到內(nèi)力值，以子系統(tǒng)為對象，分別計(jì)算各子系統(tǒng)所有截面的安全系數(shù)；
[0012](4)統(tǒng)計(jì)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(shí)，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(jì)算，直至出現(xiàn)任意一個(gè)子系統(tǒng)失效，終止計(jì)算，認(rèn)定整個(gè)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(jì)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(gè)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(jì)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(jì)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(jì)算流程圖。
【具體實(shí)施方式】:
[0019]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)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(gè)盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)被彎矩零點(diǎn)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(gè)子系統(tǒng)采用串聯(lián)關(guān)系連接，而每個(gè)管片主截面子系統(tǒng)又包含若干個(gè)主截面，每個(gè)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(diǎn)截面和接頭截面為分界線，劃分子系統(tǒng)，分別將彎矩零點(diǎn)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(gè)子系統(tǒng)的失效即表示整體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)失效；每個(gè)管片主截面子系統(tǒng)包含若干個(gè)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(shí)，該主截面子系統(tǒng)失效；當(dāng)接頭截面失效時(shí)，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(jì)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(diǎn)，并以彎矩零點(diǎn)和接頭截面為分界線，劃分子系統(tǒng)； (3)根據(jù)前述計(jì)算得到內(nèi)力值，以子系統(tǒng)為對象，分別計(jì)算各子系統(tǒng)所有截面的安全系數(shù)； (4)統(tǒng)計(jì)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(shí)，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(jì)算，直至出現(xiàn)任意一個(gè)子系統(tǒng)失效，終止計(jì)算，認(rèn)定整個(gè)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(jì)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(fèi)瑞振 申請人:中南大學(xué)