【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于隧道工程，具體涉及一種偏壓軟巖隧道二次襯砌邊墻斜彎曲破壞開裂荷載計算方法。
技術介紹
1、軟巖大變形問題屬于地下工程研究的熱點，中國從隧道建設進入運管養時期，軟巖地質條件鐵路、公路服役隧道病害現象日益凸顯，嚴重影響隧道結構安全及質量觀感，最為典型的是二次襯砌結構邊墻開裂。偏壓地形條件下，軟巖隧道二次襯砌結構邊墻表現縱向、環向、斜向三種開裂模式，縱向開裂是由于拱腳地基承載力不足所致，環向開裂由于混凝土溫度應力所致，兩者裂損成因已基本在學界達成了共識，而就斜向開裂力學機制仍不明確，困擾著處治對策的科學實施。究其深層次原因，是忽視軟巖隧道偏壓地形條件，未能量化斜裂縫破壞荷載，從而制約加固補強方案的設計施工。
2、現階段，偏壓軟巖隧道二次襯砌開裂研究主要集中于開裂成因及處治措施兩方面，研究方法以定性分析及數值模擬為主，對破壞荷載的理論計算尚未見相關報道，至于二次襯砌邊墻部位，其破壞荷載的研究仍處于空白。例如，“鐘冬雄，偏壓連拱隧道二襯混凝土產生裂縫的原因及治理方法，地下工程與隧道，2010.01”以泉州泉三高速公路偏壓連拱隧道為背景，歸納了二次襯砌裂縫開裂的原因，提出了加固治理對策，未能定量給出二次襯砌拱頂及拱肩縱向裂縫的破壞荷載；“李勇鋒，李濤，徐穎等，鐵道建筑，2013，11”就竹山偏壓軟巖隧道二次襯砌開裂為例，從隧址區巖性、圍巖結構組合、偏壓三個方面闡述了二次襯砌縱向開裂力學機理，并結合有限元揭示了開裂力學機理，未能定量計算二次襯砌縱向開裂破壞荷載；“徐成斌，基于三維可視化雙連拱隧道二襯開裂機理分析，煤炭
技術實現思路
1、鑒于上述
技術介紹
中存在的問題，本專利技術提供一種偏壓軟巖隧道二次襯砌邊墻斜裂縫破壞荷載計算方法。首先，將偏壓軟巖隧道荷載簡化為均布斜三角形，邊墻等效為固支梁，建立邊墻力學計算模型；其次，分解均布斜三角形荷載至y、z方向,借助結構力學力法分別求解y、z向危險截面彎曲應力；最后，基于應力疊加原理，合成為斜彎曲應力，并結合混凝土抗拉、抗壓強度反算破壞荷載。本專利技術形成了偏壓軟巖隧道二次襯砌邊墻斜裂縫破壞荷載計算方法，可為類似地形隧道二次襯砌邊墻加固設計施工提供穩定性驗算，不僅計算方法具有符合結構實際、簡便的特征，而且計算結果具有準確、科學合理的優點。
2、為實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：
3、一種偏壓軟巖隧道二次襯砌邊墻斜裂縫破壞荷載計算方法，包括以下步驟：
4、【s1】建立力學計算模型
5、將偏壓軟巖隧道荷載簡化為均布斜三角形，邊墻視為結構力學中的兩端固支梁，認為梁截面符合斜彎曲破壞模式，對橫截面作出計算假定，并定義梁橫截面物理力學參數。
6、【s2】力法求解彎曲應力
7、首先，將梁作用的均布斜三角形荷載分解至y、z方向；其次，采用結構力學方法，分別對y、z向分荷載列出力法基本方程，借助圖乘法解得桿端約束力，分別繪制y、z向分荷載的彎矩圖；最后，根據彎矩圖選取危險截面，分別計算y、z向彎矩圖中危險截面彎曲應力。
8、【s3】反算破壞荷載
9、基于應力疊加原理，將危險截面y、z方向彎曲應力合成為斜彎曲應力，并結合二次襯砌邊墻混凝土抗拉、抗壓強度計算破壞荷載。
10、上述一種偏壓軟巖隧道二次襯砌邊墻斜裂縫破壞荷載計算方法，所述步驟【s1】中橫截面滿足三點計算假定：認為邊墻較高，不考慮弧度，視為長方體；橫截面材料本構關系符合胡克定律；橫截面應力遵循疊加原理。
11、上述一種偏壓軟巖隧道二次襯砌邊墻斜裂縫破壞荷載計算方法，所述步驟【s2】中y、z向分荷載力法基本方程如下式：
12、
13、式中，y1為懸臂梁a端豎向力，n；y2為懸臂梁b端彎矩，n·m；y3為懸臂梁b端水平力，n；δij是由單位力yj＝1(j＝1,2,3)產生的沿yj方向的位移，稱為柔度系數；δjp(j＝1,2,3)是基本體系沿y1～y3的位移，稱為自由項，m。
14、
15、式中，z1為懸臂梁c端豎向力，n；z2為懸臂梁d端彎矩，n·m；z3為懸臂梁d端水平力，n；δij是由單位力zj＝1(j＝1,2,3)產生的沿zj方向的位移，稱為柔度系數；δju(j＝1,2,3)為是基本體系沿z1～z3的位移，稱為自由項，m。
16、上述一種偏壓軟巖隧道二次襯砌邊墻斜裂縫破壞荷載計算方法，所述步驟【s2】梁的桿端約束力同桿端彎矩滿足下式：
17、
18、式中，my為y向分荷載作用下固支梁任一截面所產生的彎矩，n·m；mz為z向分荷載作用下固支梁任一截面所產生的彎矩，n·m；為單位力y1＝1在基本結構中任一截面所產生的彎矩，n·m；單位彎矩y2＝1在基本結構中任一截面所產生的彎矩；n·m；myp為荷載在基本結構中產生的彎矩n·m；為單位力z1＝1在基本結構中任一截面所產生的彎矩，n·m；單位彎矩z2＝1在基本結構中任一截面所產生的彎矩；n·m；mzp為荷載在基本結構中產生的彎矩n·m。
19、上述一種偏壓軟巖隧道二次襯砌邊墻斜裂縫破壞荷載計算方法，所述步驟【s2】中y、z方向危險截面應力計算如下式：
20、
21、式中，σyt為y向危險截面拉應力，mpa；σyc為y向危險截面壓應力，mpa；mmaxyt為y向負彎矩最值，n·m；wy為y向截面抵抗矩，m3；σzt為z向危險截面拉應力，mpa；mmaxzt為σzc為z向危險截面壓應力，n·m；wz為z向截面抵抗矩，m3。
22、上述一種偏壓軟巖隧道二次襯砌邊墻斜裂縫破壞荷載計算方法，所述步驟【s3】中反算破壞荷載公式為：
23、
24、式中，qt是以拉應力主導反算的破壞荷載，kn/m；b為固支梁橫截面寬度，m；h為固支梁橫截面計算高度，取斜裂縫垂向投影長度，m；l為固支梁縱向長度，取3倍斜裂縫水平投影長度，m；θ為破壞荷載q作用角，根據邊墻圓弧度確定，°；σt為混凝土抗拉強度，mpa；qc是以壓應力主導反算的破壞荷載，kn/m；σc為混凝土抗壓強度，mpa。
25、本專利技術的有益效果為：
26、(1)本專利技術將偏壓軟巖隧道荷載簡化為均布斜三角形，邊墻視為結構力學中的兩端固支梁，從而建立了偏壓軟巖隧道二次本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種偏壓軟巖隧道二次襯砌邊墻斜裂縫破壞荷載計算方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種偏壓軟巖隧道二次襯砌邊墻斜裂縫破壞荷載計算方法，其特征在于，所述步驟【S1】中橫截面滿足三點計算假定：邊墻視為長方體；橫截面材料本構關系符合胡克定律；橫截面應力遵循疊加原理。
3.根據權利要求1所述的一種偏壓軟巖隧道二次襯砌邊墻斜裂縫破壞荷載計算方法，其特征在于，所述步驟【S2】中y、z向分荷載力法基本方程如下式：
4.根據權利要求1所述的一種偏壓軟巖隧道二次襯砌邊墻斜裂縫破壞荷載計算方法，其特征在于，所述步驟【S2】梁的桿端約束力同桿端彎矩滿足下式：
5.根據權利要求1所述的一種偏壓軟巖隧道二次襯砌邊墻斜裂縫破壞荷載計算方法，其特征在于，所述步驟【S2】中y、z方向危險截面應力計算如下式：
6.根據權利要求1所述的一種偏壓軟巖隧道二次襯砌邊墻斜裂縫破壞荷載計算方法，其特征在于，所述步驟【S3】中反算破壞荷載公式為：
【技術特征摘要】
1.一種偏壓軟巖隧道二次襯砌邊墻斜裂縫破壞荷載計算方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種偏壓軟巖隧道二次襯砌邊墻斜裂縫破壞荷載計算方法，其特征在于，所述步驟【s1】中橫截面滿足三點計算假定：邊墻視為長方體；橫截面材料本構關系符合胡克定律；橫截面應力遵循疊加原理。
3.根據權利要求1所述的一種偏壓軟巖隧道二次襯砌邊墻斜裂縫破壞荷載計算方法，其特征在于，所述步驟【s2】中y、z向分荷載力法基本方程如下式...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉偉偉，方騰飛，陳建勛，羅彥斌，陳麗俊，張立鑫，王傳武，羅華，蔣仕宇，顏泓旭，索飛宇，
申請(專利權)人：長安大學，
類型：發明
國別省市：
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