[發(fā)明專利]基于狀態(tài)空間法的圓形盾構(gòu)隧道內(nèi)力和相對(duì)變形計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811216222.1
• 申請(qǐng)日: 2018-10-18
• 公開（公告）號(hào): CN109508478B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐榮橋;黃偉明;王金昌;楊仲軒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/13
• 分類號(hào): G06F30/13;G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 陳升華

1.一種基于狀態(tài)空間法的圓形盾構(gòu)隧道內(nèi)力和相對(duì)變形計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、以圓形盾構(gòu)隧道的襯砌的中曲線建立曲線坐標(biāo)系，所述的曲線坐標(biāo)系以襯砌的中曲線的底部為坐標(biāo)原點(diǎn)；

(2)、圓形盾構(gòu)隧道的受到的荷載包括主動(dòng)荷載和被動(dòng)荷載，其中，主動(dòng)荷載為隧道頂部的豎向土體壓力和隧道兩側(cè)的水平土體壓力，被動(dòng)荷載即為土體反力，圓形盾構(gòu)隧道的土體反力包括與襯砌位移無關(guān)的土體反力和與襯砌位移相關(guān)的土體反力；

A、當(dāng)不考慮與襯砌位移相關(guān)的土體反力，采用公式(20)計(jì)算第一個(gè)盾構(gòu)管片起始端的內(nèi)力量

其中，

n為襯砌上的接頭總數(shù)，與盾構(gòu)管片數(shù)量一致；為矩陣，為矩陣的右上分塊矩陣，它的維度為3×3；為襯砌上的第n個(gè)接頭的剛度矩陣；為襯砌的荷載積分向量；為第n個(gè)盾構(gòu)管片的起始端和末端的狀態(tài)向量之間的傳遞矩陣；為第n個(gè)盾構(gòu)管片荷載積分向量；為襯砌上的第n-1個(gè)接頭的剛度矩陣；為第n-1個(gè)盾構(gòu)管片的起始端和末端的狀態(tài)向量之間的傳遞矩陣；為第n-1個(gè)盾構(gòu)管片荷載積分向量；為襯砌上的第1個(gè)接頭的剛度矩陣；為第1個(gè)盾構(gòu)管片的起始端和末端的狀態(tài)向量之間的傳遞矩陣；為第1個(gè)盾構(gòu)管片荷載積分向量；和為第n、n-1和1個(gè)盾構(gòu)管片的末端角度坐標(biāo)；和為第n、n-1和1個(gè)盾構(gòu)管片的起始端角度坐標(biāo)；為第1個(gè)盾構(gòu)管片的起始端三個(gè)位移量，即徑向位移、環(huán)向位移和轉(zhuǎn)角位移；

由公式(20)求得第一個(gè)盾構(gòu)管片起始端的內(nèi)力量后，根據(jù)剛體位移的定義，直接令第一個(gè)盾構(gòu)管片起始端的內(nèi)力量并與公式(20)求得第一個(gè)盾構(gòu)管片起始端的內(nèi)力量一起組成第一個(gè)盾構(gòu)管片的起始端狀態(tài)向量T表示向量轉(zhuǎn)置，j為盾構(gòu)管片編號(hào)，第一個(gè)盾構(gòu)管片j＝1，采用公式(6)計(jì)算第一個(gè)盾構(gòu)管片任意一點(diǎn)的狀態(tài)向量直至第一個(gè)盾構(gòu)管片的末端狀態(tài)向量

為第j個(gè)盾構(gòu)管片坐標(biāo)為θ^(j)一點(diǎn)的狀態(tài)向量，為第j個(gè)盾構(gòu)管片坐標(biāo)為θ^(j)一點(diǎn)與該盾構(gòu)管片坐標(biāo)為的起始端的狀態(tài)向量之間的傳遞矩陣，為第j個(gè)盾構(gòu)管片的起始端狀態(tài)向量，為到θ^(j)范圍內(nèi)的荷載積分向量；

當(dāng)j＝1，為第1個(gè)盾構(gòu)管片坐標(biāo)為θ⁽¹⁾一點(diǎn)的狀態(tài)向量，為第1個(gè)盾構(gòu)管片坐標(biāo)為θ⁽¹⁾一點(diǎn)與該盾構(gòu)管片坐標(biāo)為的起始端的狀態(tài)向量之間的傳遞矩陣，為第1個(gè)盾構(gòu)管片起始端的狀態(tài)向量，為到θ⁽¹⁾范圍內(nèi)的荷載積分向量；

再利用公式(15)求得第二個(gè)盾構(gòu)管片的起始端狀態(tài)向量

為第j+1個(gè)盾構(gòu)管片的起始端狀態(tài)向量，為第j個(gè)盾構(gòu)管片的末端狀態(tài)向量，為襯砌上的第j個(gè)接頭的剛度矩陣；

當(dāng)j＝1，其中，為第2個(gè)盾構(gòu)管片的起始端狀態(tài)向量，為第1個(gè)盾構(gòu)管片的末端狀態(tài)向量，為襯砌上的第1個(gè)接頭的剛度矩陣；

j依次取2、3、4...n，即可得到整個(gè)襯砌各個(gè)位置處的狀態(tài)向量，所述的狀態(tài)向量包括內(nèi)力和位移，通過位移計(jì)算得到相對(duì)變形。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于狀態(tài)空間法的圓形盾構(gòu)隧道內(nèi)力和相對(duì)變形計(jì)算方法，其特征在于，所述的襯砌的中曲線為圓形盾構(gòu)隧道的內(nèi)圓周和外圓周中間位置的圓周曲線，所述的圓形盾構(gòu)隧道由多個(gè)帶有弧度的盾構(gòu)管片組成。