[發(fā)明專利]基于參數(shù)化建模的隧道快速安全評價方法及裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111053790.6
• 申請日: 2021-09-09
• 公開（公告）號: CN113868735A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李斌;魏中華
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23;G06Q10/06;G06Q50/08;G06Q50/26;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 俞琳娟

本發(fā)明提供基于參數(shù)化建模的隧道快速安全評價方法及裝置，能夠準(zhǔn)確、快速、全面地反映隧道單元安全性能，方法包括：步驟1.離散化；步驟2.確定基本參數(shù)；步驟3.確定用于參數(shù)化建模的n心圓隧道斷面包含圓弧半徑和角度的關(guān)鍵參數(shù)變量，并確定隧道斷面位置；步驟4.確定單元類型、材料參數(shù)、實常數(shù)；步驟5.繪制隧道斷面；步驟6.約束以及荷載施加；步驟7.結(jié)果提取以及安全系數(shù)云圖顯示：將所得安全系數(shù)結(jié)果記錄進已提前設(shè)好數(shù)組中，將記錄安全系數(shù)數(shù)值大小的數(shù)組對記錄彎矩大小數(shù)組進行替換，將各單元的安全系數(shù)按彎矩圖的形式展示出來。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域，具體涉及基于參數(shù)化建模的隧道快速安全評價方法及裝置。

背景技術(shù)

安全系數(shù)(factor of safety)是工程結(jié)構(gòu)設(shè)計方法中用以反映結(jié)構(gòu)安全程度的系數(shù)。鐵路隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)安全系數(shù)的大小決定了結(jié)構(gòu)的安全性，在不同狀態(tài)下的同一結(jié)構(gòu)，安全系數(shù)越大，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性越好越安全。因此為確定結(jié)構(gòu)安全能力，現(xiàn)有研究遵從了鐵路隧道襯砌單元安全系數(shù)運算的基本流程，即通過先利用有限元軟件建模，然后提取結(jié)構(gòu)內(nèi)力，最后利用計算軟件或人工運算的方式得到隧道襯砌單元安全系數(shù)。

現(xiàn)有的安全系數(shù)確定方法的不足包括以下幾個方面。

1.對于某一隧道，其建模過程不能用于其他隧道斷面，即命令流只能一對一，因此在對不同隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計時，只能手動調(diào)整隧道尺寸，分別編寫命令流，耗時較久容易出錯；

2.需要導(dǎo)出彎矩、軸力和剪力大小，人為判斷混凝土抗拉抗壓狀態(tài)以及鋼筋混凝土大小偏心狀態(tài)，再導(dǎo)入計算公式中得到結(jié)果，過程繁瑣，效率低；

3.對鋼筋混凝土襯砌單元，需要根據(jù)結(jié)果進行配筋驗算；

4.不能直觀反應(yīng)結(jié)構(gòu)安全性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種基于參數(shù)化建模的隧道快速安全評價方法及裝置，能夠準(zhǔn)確、快速得到全面反映隧道單元安全性能的安全系數(shù)云圖。

如圖1所示，為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用了以下方案：

方法

步驟1.離散化：

將襯砌與圍巖所組成的隧道結(jié)構(gòu)體系離散化為有限個襯砌單元和彈簧單元所組成；

步驟2.確定基本參數(shù)：

根據(jù)待評價的隧道的實測資料，確定基本參數(shù)數(shù)值，作為模型輸入?yún)?shù)；

步驟3.確定用于參數(shù)化建模的n心圓隧道斷面包含圓弧半徑和角度的關(guān)鍵參數(shù)變量，n≥1，并確定隧道斷面位置。例如，設(shè)n＝4，將四心圓隧道各個圓弧的半徑和角度作為基本參數(shù)，并按照實際鐵路隧道斷面尺寸對圓弧半徑和角度進行參數(shù)賦值，根據(jù)多心圓隧道圓弧中的三角關(guān)系，確定其他重要參數(shù)，在有限元軟件中建立圖2所示的四心圓鐵路隧道斷面模型。

步驟4.確定單元類型、材料參數(shù)、實常數(shù)：

確定反應(yīng)隧道斷面復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)的梁單元(Beam3)以及模擬周圍圍巖作用的桿單元(Link10)，并且根據(jù)實際尺寸的大小定義特定的實常數(shù)；

步驟5.繪制隧道斷面，包括如下子步驟：

步驟5-1.按照圖2所示圓心O₁～O₄順序，依次輸入各圓弧圓心位置，利用“k”命令將各圓弧圓心坐標(biāo)生成為第1類關(guān)鍵點，并在拱頂位置同樣生成關(guān)鍵點；