申请/专利权人：中铁十二局集团有限公司;中铁十二局集团第四工程有限公司

申请日：2020-06-29

公开（公告）日：2024-02-09

公开（公告）号：CN111767599B

主分类号：G06F30/13

分类号：G06F30/13;G06F17/13;G06F17/15;G06Q50/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.02.09#授权;2020.10.30#实质审查的生效;2020.10.13#公开

摘要：一种应用于隧道初期结构设计的直接弹性抗力方法，隧道初期支护结构在垂直和水平荷载作用下，拱部会产生不受围岩约束的负位移脱离区（向着隧道断面轮廓圆心），侧部产生受到围岩约束的正位移，两部结构因地基弹性抗力有无的差别，拱部结构的内力及位移用普通拱函数来表示，侧部结构的内力及位移用弹性地基拱函数来表示。隧道支护结构的弹性抗力与结构位移是同步计算的，更加真实地反映了支护结构的应力状态；支护结构内力（弯矩和轴力）、位移函数中的未知参数（两段函数共六个参数）仅需三个边界条件即可一次确定弯矩、轴力、位移函数，计算简便。

主权项：1.一种应用于隧道初期结构设计的直接弹性抗力方法，特征在于，包括以下步骤：步骤1、将直角坐标系中的荷载的型式转化为极坐标型式，荷载转化后的函数式为： 式中：q为垂直荷载，λ为侧压力系数，qr为法向荷载，qs为切向荷载，为计算点位与隧道中心线的夹角；步骤2、确定拱与弹性地基拱的分界点：先按照不考虑弹性抗力计算结构的弯矩及位移，见以下公式： 式中：M为结构弯矩，u为结构位移，R为拱结构半径，拱弯曲前后计算半径认为不变，E为结构弹性模量，I为结构截面惯性矩，其余符号意义同上；直接弹性抗力法计算模型为两铰拱，由于弯矩和位移的0点位置不受荷载及材料影响，因此可以推断在施加弹性抗力后，弯矩及位移0点位置仍然不变，而拱与弹性地基拱的分界点即为两铰拱位移0点，公式4中，令u＝0时，得： 步骤3、拱的弯矩、轴力、位移微分方程及其函数表达式为： 式中参数C0、C1、C2由拱两端的力和位移条件确定；步骤4、弹性地基拱的弯矩、轴力、位移微分方程及其函数表达式为： 求解式12，并令式中K为围岩弹性抗力系数， 并考虑对称性，可得： 式中参数A0、A1、A2由拱两端的力和位移条件确定；步骤5、拱与弹性地基拱的弯矩、位移函数参数的求解：设拱的弯矩和位移分别为M1、u1，弹性地基拱的弯矩和位移分别为M2、u2；将u2＝0；u2＝0、M2＝0，带入公式13、14，得到参数A0、A1、A2，得M2、u2；由u1＝0、M1＝M2、求得参数C0、C1、C2，得M1、u1，即得到支护结构的全部弯矩、位移，并有相应的应力平衡条件得到结构的轴力，因此可得出结构的截面应力，进行结构的设计。

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