【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及隧道工程，尤其涉及一种考虑管-涵间土体抗力的管幕结构变形计算方法、系统、设备及存储介质。
技术介绍
1、管幕箱涵法广泛应用于对地表控制较为严格的暗挖工程中，通过向待开挖土层中预先顶入一排钢管形成预支护体系，再在管幕结构下方顶进箱涵来减小箱涵顶进过程中对土体的扰动，控制地表沉降。考虑到钢管与土体的相互作用，采用winkler弹性地基梁和pasternak双参数弹性地基梁等模型。使用上述模型能够较为准确地计算出管幕结构的最终变形，但实际施工中管幕结构变形是一个渐进的过程，上述winkler弹性地基梁和pasternak双参数弹性地基梁等模型无法准确预测。将管幕结构简化为单根连续梁进行分析，与管幕结构双向受力的实际状态不符，忽略了钢管间的相互作用对支护效果的影响，分析结果偏向于保守。
2、管幕结构作为一个整体，其横纵向变形相互耦联，力学机理更偏向于板。在管幕-箱涵工法的实际应用中，管幕结构与箱涵间土体将产生抗力作用，势必影响管幕结构的支护效果及施工安全性。同时钢管直径壁厚、钢管间距选取等，极大依赖工程经验，加之管幕结构横纵向协同变形研究尚处于起步阶段，对土层-管幕结构体系联动互馈机理缺乏深入认识。
3、因此，亟待解决上述问题。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的第一目的是提供一种考虑管-涵间土体抗力的管幕结构变形计算方法，该计算方法充分考虑管-涵间土体抗力，可准确预测管幕结构的变形。
2、本专利技术的第二目的是提供一种考虑管-涵
3、本专利技术的第三目的是提供一种电子设备。
4、本专利技术的第四目的是提供一种计算机存储介质。
5、技术方案：为实现以上目的，本专利技术公开了一种考虑管-涵间土体抗力的管幕结构变形计算方法，包括如下步骤：
6、s1.将管幕结构简化为弹性薄板，同时根据边界条件将问题简化为于winkler弹性地基上受均布载荷的对边固定对边简支的弹性薄板的变形问题，得到winkler弹性地基上薄板弯曲面的微分方程式和薄板的边界条件表达式；
7、s2.确定管幕结构简化为弹性薄板时的弹性模量，计算管幕结构的抗弯刚度d；
8、s3.采用三角级数与力法的混合解法对winkler弹性地基上薄板弯曲面的微分方程式进行求解，得到置于弹性地基上受均布载荷的弹性薄板的挠度公式。
9、可选的，所述步骤s1中得到winkler弹性地基上薄板弯曲面的微分方程式为：
10、
11、式(4)中：d为薄板的抗弯刚度，w为板的挠度，k为地基系数，(x，y)为薄板上点在中面的坐标，q(x,y)为垂直于板面的荷重。
12、可选的，所述步骤s1中得到薄板的边界条件表达式的具体步骤包括：
13、假定管幕结构横向两侧为简支约束，管幕结构纵向上两侧边为固定约束，将管幕结构变形问题简化为置于winkler弹性地基上受均布载荷的对边固定对边简支的弹性薄板的变形问题，管幕结构的边界条件表达式，即薄板的边界条件表达式如下：
14、固定边方向与x轴方向平行，故在y＝0与y＝b上板的两边的挠度与斜度均为0：
15、(w)y＝0＝(w)y＝b＝0(5)
16、
17、简支边方向与y轴方向平行，故在x＝0与x＝b上板的两边的挠度与弯矩均为0：
18、(w)x＝0＝(w)x＝a＝0(7)
19、
20、式(8)中：w为薄板的挠度，μ为薄板的泊松比。
21、可选的，所述步骤s3的具体步骤包括：
22、简化后的薄板边界条件为：x方向对边固定，y方向对边简支；将薄板边界等效为四边为简支边的弹性薄板，同时在y＝0与y＝b，x＝0与x＝a上分别施加随x值变化而变化的弯矩m(x)及随y值变化而变化的弯矩m(y)，由式(8)可知，m(y)为0，根据winkler弹性地基上薄板弯曲面的微分方程式，即根据公式(4)将薄板的挠度w取双正弦级数解：
23、
24、式(12)中：a为薄板的横向长度，b为薄板的纵向长度，m和n等于1，2，3，……；amn为关于x和y的函数；对于弹性薄板与winkler弹性地基整个系统而言，受到荷载发生变形时，变形能由弹性薄板自身变形能u1及弹性地基变形能u2组成；
25、弹性薄板自身变形能u1计算公式如下：
26、
27、弹性地基变形能u2计算公式如下：
28、
29、总应变能u：
30、
31、弹性薄板在y＝0，y＝b与x＝0，x＝a四边上的斜度可表示为：
32、
33、当amn增加为amn+δamn时，应变能增量δu为：
34、
35、外力荷载q，弯矩m(x)，弯矩m(y)所做的功δt为：
36、
37、其中em和fn分别为m(x)和m(y)展开为富氏级数时的系数：
38、
39、式(20)与式(21)两式相等，结合虚位移原理，可得：
40、
41、将步骤s2中管幕结构的抗弯刚度d代入式(24)求得amn，将所求得的amn代入式(12)可得：
42、
43、与y轴平行的薄板两边为简支约束，因此m(y)＝0，即fn＝0；与x轴平行的薄板两边为固定约束，转角为0，由式(16)与式(17)可得：
44、
45、对式(26)进行级数求和：
46、
47、式中：
48、
49、由式(27)可得：
50、
51、将式(30)代入式(25)即可得到置于弹性地基上受均布载荷的弹性薄板的挠度公式。
52、基于相同的专利技术构思，本专利技术公开了一种考虑管-涵间土体抗力的管幕结构变形计算系统，包括：
53、简化模块，用于将管幕结构简化为弹性薄板，同时根据边界条件将问题简化为于winkler弹性地基上受均布载荷的对边固定对边简支的弹性薄板的变形问题，得到winkler弹性地基上薄板弯曲面的微分方程式和薄板的边界条件表达式；
54、计算模块，用于确定管幕结构简化为弹性薄板时的弹性模量，计算管幕结构的抗弯刚度d；
55、求解模块，用于采用三角级数与力法的混合解法对winkler弹性地基上薄板弯曲面的微分方程式进行求解，得到置于弹性地基上受均布载荷的弹性薄板的挠度公式。
56、可选的，所述简化模块中得到winkler弹性地基上薄板弯曲面的微分方程式为：
57、
58、式(4)中：d为薄板的抗弯刚度，w为板的挠度，k为地基系数，(x，y)为薄板上点在中面的坐标，q(x,y)为垂直于板面的荷重。
59、可选的，所述简化模块中得到薄板的边界条件表达式为：
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1.一种考虑管-涵间土体抗力的管幕结构变形计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种考虑管-涵间土体抗力的管幕结构变形计算方法，其特征在于：所述步骤S1中得到Winkler弹性地基上薄板弯曲面的微分方程式为：
3.根据权利要求2所述的一种考虑管-涵间土体抗力的管幕结构变形计算方法，其特征在于：所述步骤S1中得到薄板的边界条件表达式的具体步骤包括：
4.根据权利要求3所述的一种考虑管-涵间土体抗力的管幕结构变形计算方法，其特征在于：所述步骤S3的具体步骤包括：
5.一种考虑管-涵间土体抗力的管幕结构变形计算系统，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的一种考虑管-涵间土体抗力的管幕结构变形计算系统，其特征在于，所述简化模块中得到Winkler弹性地基上薄板弯曲面的微分方程式为：
7.根据权利要求6所述的一种考虑管-涵间土体抗力的管幕结构变形计算系统，其特征在于，所述简化模块中得到薄板的边界条件表达式为：
8.根据权利要求7所述的一种考虑管-涵间土体抗力的管幕结构变形计算系
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，
10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行，执行权利要求1-4任一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种考虑管-涵间土体抗力的管幕结构变形计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种考虑管-涵间土体抗力的管幕结构变形计算方法，其特征在于：所述步骤s1中得到winkler弹性地基上薄板弯曲面的微分方程式为：
3.根据权利要求2所述的一种考虑管-涵间土体抗力的管幕结构变形计算方法，其特征在于：所述步骤s1中得到薄板的边界条件表达式的具体步骤包括：
4.根据权利要求3所述的一种考虑管-涵间土体抗力的管幕结构变形计算方法，其特征在于：所述步骤s3的具体步骤包括：
5.一种考虑管-涵间土体抗力的管幕结构变形计算系统，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的一种考虑管-涵间土体抗力的管幕结构变形计算系统，其特征在于，所述简化模块中得到winkler弹性地基上薄板弯曲面的微分方程式为：
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【专利技术属性】
技术研发人员：贾鹏蛟，侯森，陈彬彬，李波，华针，付款峰，史培新，杨韶珺，邵晓明，柏谦，路博，程诚，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：
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