【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及隧道施工地面建筑物风险评估，特别是一种基于结构节点角变量的隧道下穿建筑物破坏预测及加固方法。
技术介绍
1、目前，我国大中城市地铁规模越来越大，且地铁上方建筑物密集。地铁隧道下穿必然会对周边建筑物产生影响。如果地铁隧道下穿对周边建筑物产生了破坏性的影响，不仅会产生重大的经济损失，而且还会带来社会不稳定的问题，其噪声的损失是难以挽回的。为此，隧道施工队上方既有建筑物的影响越来越引起相关专业的工程师、以及专家学者的重视。
2、目前，国内外大多采用试验或者模拟的方法计算隧道下穿所引起的建筑物破坏程度。其试验或者模拟过程投入的时间和成本相对较高，且误差难以避免，数值法误差和不确定性的积累会导致其试验或者模拟的结果精度降低，从而不能准确地得到隧道下穿所引起的建筑物破坏程度。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种基于结构节点角变量的隧道下穿建筑物破坏预测及加固方法，其能够更加准确地预测隧道在穿越建筑物时可能对建筑物造成的破坏，并提出了针对性的加固措施，保护了地面建筑物的安全。
2、本专利技术的技术方案是：一种基于结构节点角变量的隧道下穿建筑物破坏预测及加固方法，其中，包括以下步骤：
3、s1、根据土层数据得到自由地面沉降曲线，修正后得到建筑物沉降曲线；
4、s2、计算建筑物沉降曲线坡度，根据该坡度值判断建筑物是否出现损伤；
5、s3、计算建筑结构节点角变量：利用转角与刚体转动量的差
6、s4、基于节点角变量划分建筑结构的破坏等级，并根据不同破坏等级对建筑物进行加固。
7、本专利技术的步骤s1中，进行地质勘探，确定土层数据得到自由地面沉降曲线，
8、
9、其中，a为隧道开挖面积；vl为底层损失率；k为沉降槽宽度参数；zo为隧道埋深；x为隧道中心线到计算点的水平距离；
10、引入修正系数λn，n＝1、2、3……，对沉降槽宽度参数k进行修正，从而得到建筑物沉降曲线，修正系数λn包括但不限于：门窗开洞率对沉降槽宽度的修正系数λ1，建筑折旧率对沉降槽宽度的修正系数λ2，建筑物自重对沉降槽宽度的修正系数λ3，
11、
12、其中，kb＝λ1λ2λ3…λnk。
13、步骤s2中，坡度为建筑物沉降曲线的一阶导数，
14、
15、对应的坡度为：
16、
17、其中，smax为隧道中心线的地表沉降；t为建筑物沉降曲线最低点到曲线拐点的距离；
18、当计算得到的坡度ω超过1/500时，说明建筑物出现损伤，此时通过步骤s3和步骤s4，对建筑物的损伤程度进行具体的判断，并根据建筑物的损伤程度，采取相应的加固措施。
19、步骤s3中，建筑结构一层节点角变量β的计算公式为：
20、
21、其中，βij为节点角变量，即转角θ与刚体转动量的差值；i、j分别为节点位置；θij为沉降曲线坡度的转角，δi、δj为节点相对沉降值；lij为i节点与j节点之间的距离。
22、步骤s3中，对于建筑结构二层及以上的节点角变量计算时，将每一层的横梁简化，简化后的横梁模型包括隧道下穿前建筑物未受到损伤的横梁a1d1、隧道下穿受到损伤后的横梁a2b2c2d2、以及梁柱交点b2、c2；
23、运用矩阵位移法建立总体刚度矩阵k,
24、
25、其中，e为梁的弹性模量，单位是n/m2；i为梁的截面惯性矩，单位是m4；l为相邻节点间的距离，单位是m。
26、根据方程kδ＝p，可求出节点位移δ，其中，p为等效节点荷载，δ为节点位移，
27、p＝(-f1,0,-f2,0)t，
28、其中，f1、f2为上方建筑的自重以及传递下来的活荷载，因此，
29、即通过上述矩阵方程得到，
30、
31、通过上式求解得到的x1、x2为隧道下穿建筑物引起上层横梁的相对位移，β1、β2为隧道下穿建筑物造成的节点角变量；
32、根据建筑物各层的受力f1、f2可逐层计算得到建筑物各层的节点角变量β。
33、步骤s4中，根据步骤s3中计算得到的节点角变量对建筑结构的破坏等级进行划分：
34、当节点角变量β大于等于1/750时，此时沉降敏感的机器操作可能会发生困难；
35、当节点角变量β大于等于1/600时，此时具有斜撑的框架结构可能会发生危险：
36、当节点角变量β大于等于1/500时，此时可能对不容许裂缝发生的建筑安全不利：
37、当节点角变量β大于等于1/400时，此时间隔墙可能开始产生裂缝；
38、当节点角变量β大于等于1/300时，此时可能产生吊车操作困难；
39、当节点角变量β大于等于1/250时，此时刚性高层建筑可能会产生明显倾斜；
40、当节点角变量β大于等于1/150时，此时裂缝数量可能会增多，建筑物产生结构性破坏。
41、当计算得到建筑结构某层的节点角变量β大于等于1/750、且小于1/600时，可在节点周围采用碳纤维加固法，对该层建筑结构进行加固；
42、当计算得到建筑结构某层的节点角变量β≥1/600时，可提前采用外包钢加固法，对该层建筑结构进行加固；
43、当计算得到建筑结构某层的节点角变量β≥1/400时，可通过增设支点，对该层建筑结构进行加固；
44、当计算得到建筑结构的节点角变量β≥1/300时，可采用应力解除法、跟踪注浆法、或者桩基托换对建筑结构进行加固；
45、当计算得到建筑结构的节点角变量β≥1/250时，可提前采用隔断法对建筑结构进行加固。
46、本专利技术的有益效果是：
47、(1)本申请中，通过引入与建筑有关的参数对建筑物沉降曲线中的沉降槽宽度进行修正，得到更贴合建筑物的沉降曲线；
48、(2)通过计算建筑结构的节点角变量来评估建筑损伤程度：由于一层建筑与地面协同变形，因此本申请中建筑结构一层的节点角变量利用转角与刚体转动量的差值来计算；由于二层及以上楼层角变量的产生是由于柱子的相对错动变形、以及上部的建筑自重和活荷载不同，因此本申请中建筑结构其余层数的节点角变量通过矩阵位移法计算得到；
49、(3)同时，本申请将建筑物破坏等级根据节点角变量划分为七个损伤等级，并提出了基于节点角变量的加固措施。与现有的试验预测或者模拟预测方法相比，本申请在隧道下穿引起建筑物破坏的预测时能够省去大量的建造时间、以及建造成本，通过节点角变量的计算能够实现建筑物损坏的精确预测，并针对预测到的建筑物损坏情况对建筑物开展有针对性的加固措施，避免过度加固或者加固不足，更加安全有效地保护地面建筑物。
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1.一种基于结构节点角变量的隧道下穿建筑物破坏预测及加固方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于结构节点角变量的隧道下穿建筑物破坏预测及加固方法，其特征在于，步骤S1中，进行地质勘探，确定土层数据得到自由地面沉降曲线，
3.根据权利要求1所述的基于结构节点角变量的隧道下穿建筑物破坏预测及加固方法，其特征在于，步骤S2中，坡度为建筑物沉降曲线的一阶导数，
4.根据权利要求1所述的基于结构节点角变量的隧道下穿建筑物破坏预测及加固方法，其特征在于，步骤S3中，建筑结构一层节点角变量β的计算公式为：
5.根据权利要求1所述的基于结构节点角变量的隧道下穿建筑物破坏预测及加固方法，其特征在于，步骤S3中，对于建筑结构二层及以上的节点角变量计算时，将每一层的横梁简化，简化后的横梁模型包括隧道下穿前建筑物未受到损伤的横梁A1D1、隧道下穿受到损伤后的横梁A2B2C2D2、以及梁柱交点B2、C2；
6.根据权利要求1所述的基于结构节点角变量的隧道下穿建筑物破坏预测及加固方法，其特征在于，步骤S4中，根据步骤S3中计算
7.根据权利要求6所述的基于结构节点角变量的隧道下穿建筑物破坏预测及加固方法，其特征在于，
...【技术特征摘要】
1.一种基于结构节点角变量的隧道下穿建筑物破坏预测及加固方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于结构节点角变量的隧道下穿建筑物破坏预测及加固方法，其特征在于，步骤s1中，进行地质勘探，确定土层数据得到自由地面沉降曲线，
3.根据权利要求1所述的基于结构节点角变量的隧道下穿建筑物破坏预测及加固方法，其特征在于，步骤s2中，坡度为建筑物沉降曲线的一阶导数，
4.根据权利要求1所述的基于结构节点角变量的隧道下穿建筑物破坏预测及加固方法，其特征在于，步骤s3中，建筑结构一层节点角变量β的计算公式为：
5....
【专利技术属性】
技术研发人员：曹伟杨，于典，于洪彪，于广明，包坤，陈熙，柴伟，张文龙，宋思文，王永倩，王超，王栋栋，王玉东，
申请(专利权)人：中交隧道工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：
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