[發明專利]一種基于結構內力監測值的管片荷載正交數值反演方法

有效

• 申請號: 202110708026.1
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113420482B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 張強;米保偉;呂培印
• 申請（專利權）人: 北京安捷工程咨詢有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 北京維正專利代理有限公司 11508
• 代理人: 張嶺;趙保迪

本發明公開了一種基于結構內力監測值的管片荷載正交數值反演方法，涉及管片外部荷載分析方法技術領域，解決現有管片結構荷載分析方法誤差大、分析結果準確性低的技術問題。本發明是通過以下技術方案實現的：該方法在確定盾構隧道地質信息及管片結構設計信息后，確定管片荷載計算公式，分析提取管片外部荷載正交試驗因素，設計正交試驗工況表，建立三維荷載?結構法有限元計算模型進行迭代計算，建立鋼筋應力、螺栓應力實測值和計算值的目標函數，通過目標函數均值、極差分析，確定不同試驗因素的最優目標函數，進一步反演得到管片結構外部荷載。

技術領域

本發明涉及管片外部荷載分析方法技術領域，尤其涉及一種基于結構內力監測值的管片荷載正交數值反演方法。

背景技術

盾構隧道管片外部荷載是管片結構設計的關鍵，但目前管片外部荷載確定尚未有一個統一的方法。現有管片結構荷載分析方法主要有現場測試方法和反演分析方法。現場測試方法是指通過在管片內部預埋土壓力盒、滲壓計等儀器，通過儀器應力值來分析管片外部的荷載情況。反演分析方法是指通過假定荷載初始值，借助荷載-結構反演分析模型正分析得到內力計算值，結合管片內力實測值，求解目標函數，反演得到結構荷載；該方法分析結果的準確性關鍵在于反演分析模型的合理性及精細化程度及目標函數的可靠性。

針對上述中的相關技術，發明人認為在實際使用過程中：現場測試方法受儀器安裝工藝、盾構壁后注漿、盾尾刷等擾動影響，監測元器件易受損傷、數據可獲取性、準確性難以保證，且誤差較大。反演分析方法以一維梁-彈簧或二維殼-彈簧模型為主，模型將管片簡化為梁/殼單元，管片接頭簡化為彈簧單元，引入了抗彎剛度、抗剪剛度等接頭力學參數，較好得評價了接頭對管片環剛度的局部影響以及襯砌環的錯縫拼裝效應，但該模型接頭剛度多依據經驗進行取值，且未考慮管片接縫的非線性受力特征，與實際不符；另外，該方法管片內力計算值為彎矩和軸力，而實測值容易得到的是管片混凝土應力、鋼筋應力和螺栓應力等參數，需要進行二次力學推導得到彎矩和軸力，過程中數據進一步失真，相應的目標函數可靠性隨之降低。

發明內容

為了解決現有管片結構荷載分析方法誤差大、分析結果準確性低的技術問題，本申請提供一種基于結構內力監測值的管片荷載正交數值反演方法。

一種基于結構內力監測值的管片荷載正交數值反演方法，依次包括如下步驟：

S1.確立管片外部荷載的計算公式，具體包括：

管片頂部豎向土壓力P₀，其中，α_P為豎向土壓力修正系數；h_i為第i層土的高度；γ_i為第i層土的容重，水土合算時采用飽和容重，水土分算時采用浮容重；

管片底部豎向土壓力P₁，P₁＝P₀+2G/A＝P₀+2γ_s·δ/A，其中，γ_s為管片容重，δ為管片厚度；A為管片表面積；

管片頂部側向土壓力P₂，P₂＝λP₀，其中，λ為隧道穿越地層的側壓力系數；

管片底部側向土壓力P₃，P₃＝P₂+λγ_DD，其中，γ_D為隧道穿越地層的容重，D為管片外徑；

管片頂部水壓力Q₀，Q₀＝α_wγ_wh_w，其中，α_w為水壓力修正系數，γ_w為水的容重，h_w為水頭高度；

管片底部水壓力Q₁，Q₁＝Q₀+γ_wD；