[發明專利]一種車輛荷載下沉管隧道管節豎向位移的計算方法

有效

• 申請號: 201710164319.1
• 申請日: 2017-03-20
• 公開（公告）號: CN106909755B
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 魏綱;陸世杰;朱田宇;宋宥整;姜婉青;蔡詩淇;洪子涵;許訊;黃絮;洪文強
• 申請（專利權）人: 浙江大學城市學院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 杭州豐禾專利事務所有限公司 33214
• 代理人: 李杰

本發明提供一種車輛荷載下沉管隧道管節豎向位移的計算方法，采用Timoshenko梁來模擬管節，將地基等效為一系列并聯的彈簧元件和阻尼元件，建立管節?接頭模型，接頭模型中的抗剪單元和抗彎單元均由彈簧和阻尼并聯組成；簡化管節邊界條件，將其考慮為自由?自由；接頭作用通過在管節端部添加集中力和集中彎矩實現，相鄰端面所受集中力和集中彎矩大小相等、方向相反；本發明通過管節振型函數求解以及管節動力方程建立及求解，采用Newmark逐步積分法求解，得到第j段管節第n階時間系數，結合管節模態函數能夠得到管節縱向任意位置的豎向位移響應。

技術領域

本發明屬于地下工程技術領域，具體涉及一種車輛荷載下沉管隧道管節豎向位移的計算方法。

背景技術

沉管隧道建造于水底，需嚴格保證密封，因此對其管節端部位移控制有較高要求。然而，根據國內外工程案例，部分沉管隧道管節在運營期發生開裂并滲漏，對隧道正常使用帶來極大危害。目前，國內外已建和在建沉管隧道多為公路隧道，因此，車輛荷載對管節位移影響較大。為探究車輛荷載對管節及接頭位移響應的影響規律，保證隧道內行車的舒適性，同時預防管節接頭發生滲漏，本發明將建立車輛荷載下沉管隧道豎向位移計算模型及方法。

目前，在國內外沉管隧道結構設計中大多將車輛荷載進行擬靜力計算，有關車輛荷載對沉管隧道位移響應研究較少，且已有沉管隧道結構受力計算模型中，多將管節視為Euler梁，而未考慮其剪切變形。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中不足，提供一種車輛荷載下沉管隧道管節豎向位移的計算方法。

為了達到上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明考慮采用抗剪單元與抗彎單元并聯來模擬柔性接頭，具體地：本發明提供一種車輛荷載下沉管隧道管節豎向位移的計算方法，其特征在于，采用Timoshenko梁來模擬管節，將地基等效為一系列并聯的彈簧元件和阻尼元件，建立管節-接頭模型，接頭模型中的抗剪單元和抗彎單元均由彈簧和阻尼并聯組成；

簡化管節邊界條件，將其考慮為自由-自由；接頭作用通過在管節端部添加集中力和集中彎矩實現，相鄰端面所受集中力和集中彎矩大小相等、方向相反；具體包括如下步驟：

步驟1)：管節振型函數求解

建立管節自由振動控制方程：

式中：κ為管節剪切系數，無量綱；

A為管節截面面積，單位為m²；

G為管節剪切模量，單位為Pa；

v為管節豎向位移，單位為m；

φ為管節轉角，單位為rad；

ρ為管節密度，單位為kg/m³；

E為管節彈性模量，單位為Pa；

I為管節慣性矩，單位為m⁴；

x為距離管節端部的長度，單位為m；

t為時間，單位為s；

采用模態疊加法，假定管節豎向位移及轉角表達式為：

式中：n為管節振動模態，無量綱；

ω_n為管節第n階振動固有頻率，單位為rad/s；

i為虛數單位；

me為所取最高管節模態數，無量綱；

將(2)代入(1)，并進行正交化解耦，令