一种盾构隧道衬砌设计方法技术

本发明专利技术提出了一种新的盾构隧道衬砌设计方法，分别建立了壳单元、管片接头单元、环间节头单元的应力计算模型，并考虑了土弹簧单元，通过管片、载荷等信息，形成结点位移未知量编号，分开考虑壳单元和接头单元，形成结构刚度矩阵和结构载荷矩阵，在分解结构刚度矩阵后求出位移和壳单元结点力，最后检验是否满足上述迭代条件，若不满足要求，返回重新建立结构刚度矩阵和结构载荷矩阵；若满足要求，则根据上述计算结果，进行相关的构造设计。

【技术实现步骤摘要】

【技术保护点】
一种盾构隧道衬砌设计方法，其特征在于包括以下步骤，ａ．计算壳单元应力：建立壳体整体坐标系ｘ′、ｙ′、ｚ′与壳单元局部坐标系ｘ、ｙ、ｚ，壳单元采用矩形壳单元，每个壳单元有四个结点，每个结点具有六个自由度，分别为沿ｘ轴，ｙ轴，ｚ轴方向的线位移和绕ｘ轴，ｙ轴，ｚ轴的角位移。在确定的外荷载作用下，对于矩形单元ｉ　ｊ　ｍ　ｐ，取结点位移为：　δ↓［ｒ］｝＝［ｕ↓［ｒ］　ｖ↓［ｒ］　ｗ↓［ｒ］　θ↓［ｘｒ］　θ↓［ｙｒ］　θ↓［ｚｒ］］↑［Ｔ］　（１）　取相应的结 点力为：　｛Ｆ↓［ｒ］｝＝［Ｕ↓［ｒ］　Ｖ↓［ｒ］　Ｗ↓［ｒ］　Ｍ↓［θｘｒ］　Ｍ↓［θｙｒ］　Ｍ↓［θｚｒ］］↑［Ｔ］　（２）　令这些结点力与结点位移之间的关系为：　｛Ｆ↓［ｒ］｝＝［ｋ↓［ｒｓ］］｛δ↓［ｓ ］｝　（ｒ，ｓ＝ｉ，ｊ，ｍ，ｐ）　（３）　矩阵［ｋ↓［ｒｓ］］是局部坐标系下的壳单元刚度矩阵，为２４×２４阶方阵，在整体坐标系中，式（３）变换成为：　｛Ｆ′↓［ｒ］｝＝［ｋ′↓［ｒｓ］］｛δ′↓［ｓ］｝　（４）　 式（４）中　｛δ′↓［ｉ］｝＝［ｕ′↓［ｉ］　ｖ′↓［ｉ］　ｗ′↓［ｉ］　θ′↓［ｘｉ］　θ′↓［ｙｉ］　θ′↓［ｚｉ］］↑［Ｔ］　（５）　｛Ｆ′↓［ｉ］｝＝［Ｕ′↓［ｉ］　Ｖ′↓［ｉ］　Ｗ′↓［ｉ］　Ｍ′↓［ θｘｉ］　Ｍ′↓［θｙｉ］　Ｍ′↓［θｚｉ］］↑［Ｔ］　（６）　［ｋ′↓［ｒｓ］］＝［Ｌ］↑［Ｔ］［ｋ↓［ｒｓ］］［Ｌ］　（７）　式（７）中　＊＊＊　（８）　式（８）中　＊＊＊　（９）　上式中 ：ｕ↓［ｒ］、ｖ↓［ｒ］、ｗ↓［ｒ］为壳单元沿局部坐标系ｘ，ｙ，ｚ方向的力，θ↓［ｘｙ］为壳单元沿ｘ、ｙ方向的转角，其余类推，λ↓［ｘｘ′］为ｘ轴和ｘ′夹角的余弦，余类推，由此算出壳单元的结点力；　ｂ．计算管片接头单元的内力变形：盾构 隧道衬砌的每环管片由若干块管片组成，管片间的连接靠螺栓接头连接起来，用接头单元来模拟管片的接头效应。接头在局部坐标下的轴向、剪切和转动效应分别用轴向刚度ｋ↓［ｘ］、沿隧道横截面径向剪切刚度ｋ↓［ｙ］、沿隧道轴向剪切刚度ｋ↓［ｚ］和转动刚度ｋ↓［θｚ］来描述，管片接头单元由重合的双结点构成，则两相邻管片接头的不连续性由两结点在局部坐标系ｘ、ｙ、ｚ中的相对位移来表示，...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：秦道标，黄正荣，
申请(专利权)人：苏州市交通设计研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]