[發明專利]一種隧道襯砌局部拆除的附加荷載計算方法

有效

• 申請號: 202110403059.5
• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN113111417B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 李磊;雷可
• 申請（專利權）人: 交通運輸部公路科學研究所
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13
• 代理公司: 山東濟南齊魯科技專利事務所有限公司 37108
• 代理人: 張娟

1.一種隧道襯砌局部拆除的附加荷載計算方法，其特征在于，所述計算方法的實施步驟包括：

(1)概化隧道襯砌局部拆除的彈性地基梁計算模型；

(2)確定所述彈性地基梁計算模型控制方程的待定參數；

(3)計算襯砌局部拆除導致的臨近結構承受的附加荷載及范圍；

所述隧道襯砌拆除的彈性地基梁計算模型的概化方法如下：

(1)將襯砌結構層、圍巖承載層假定為同形心的無限長筒狀結構，并沿形心劃分為若干個扇形帶狀計算微元；

(2)將計算微元中的圍巖承載層和襯砌結構非拆除層共同假定為彈性均質直梁；

(3)將襯砌結構拆除層假定為均質彈性地基，以地基彈簧代替，襯砌局部拆除相當于對應地基彈簧的移除；

所述彈性地基梁計算模型控制方程為彈性地基梁控制方程，其表述如下：

其中，E_bI_b為均質直梁的抗彎剛度；K為地基彈簧的基床系數；B為均質直梁的寬度；q_b(x)為均質直梁上的均布荷載集度；W(x)為彈性地基梁的撓度；

需要確定的彈性地基梁計算模型控制方程的待定參數為均質直梁抗彎剛度E_bI_b、地基彈簧的基床系數K和均質直梁上的均布荷載集度q_b；

所述彈性地基梁計算模型控制方程的待定參數確定方法如下：

(1)均質直梁抗彎剛度E_bI_b按照疊合梁抗彎剛度等效原則計算；

(2)地基彈簧的基床系數K按照結構力學的力法和疊合梁抗彎剛度等效原則計算；

(3)均質直梁上的均布荷載集度q_b按照隧道襯砌局部拆除工況取值計算；

所述均質直梁抗彎剛度E_bI_b的計算如下：

隧道包含有圍巖承載層、初次襯砌層和二次襯砌層，當僅拆除二次襯砌層時，將圍巖承載層和初次襯砌層等效為疊合梁，當拆除初次襯砌層和二次襯砌層時，則相當于圍巖承載層與厚度為零的層等效為疊合梁；

襯砌局部拆除的對象僅為二次襯砌層，直梁抗彎剛度計算公式如下：

其中，E_r為圍巖承載層中圍巖的彈性模量；h為彈性均質直梁的截面高度；t_p為初次襯砌層厚度；t_l為二次襯砌層厚度；

襯砌局部拆除的對象為二次襯砌層和初次襯砌層時，直梁抗彎剛度計算公式如下：

E_bI_b＝E_r·Bh³/12

所述地基彈簧的基床系數K的計算如下：

二次襯砌層為均質彈性地基，以地基彈簧代替，基床系數為：

其中，p為隧道拱頂荷載；Δ_p為隧道拱頂位移；E_sI_s為均質彈性地基的抗彎剛度；R為均質彈性地基截面的等效半徑；

所述均質直梁上的均布荷載集度q_b的計算如下：

均質直梁所受荷載集度按照隧道襯砌局部拆除的范圍取值計算，因其與計算圓心角θ相關，故確定計算微元中的均質直梁受到的法向荷載為：

q_b(θ)＝γ_rh(cosθ+λsinθ)+γ_pt_pcosθ；

其中，γ_r為圍巖承載層的圍巖重度；γ_p為初次襯砌層的等效重度；

移除襯砌拆除部分對應的地基彈簧，并將該部分的地基反力作為新的均布荷載集度，反向加載至所述均質直梁上，計算此時的彈性地基梁撓度和地基反力，反復迭代計算至地基反力小于一給定的閾值，將所有迭代計算過程疊加，得到襯砌局部拆除后的臨近結構承受的最大荷載集度。

2.根據權利要求1所述的一種隧道襯砌局部拆除的附加荷載計算方法，其特征在于，所述襯砌局部拆除導致臨近結構承受的附加荷載及范圍計算方法如下：

(1)迭代計算得到拆除局部襯砌導致臨近結構承受的荷載集度；

(2)比較拆除襯砌兩側結構承受荷載的計算值與設計值，確定二者相等處為襯砌局部拆除卸載作用的影響邊界，即局部襯砌拆除前的既有結構預加固范圍。