[发明专利]一种基于结构内力监测值的管片荷载正交数值反演方法

说明书

本发明公开了一种基于结构内力监测值的管片荷载正交数值反演方法，涉及管片外部荷载分析方法技术领域，解决现有管片结构荷载分析方法误差大、分析结果准确性低的技术问题。本发明是通过以下技术方案实现的：该方法在确定盾构隧道地质信息及管片结构设计信息后，确定管片荷载计算公式，分析提取管片外部荷载正交试验因素，设计正交试验工况表，建立三维荷载‑结构法有限元计算模型进行迭代计算，建立钢筋应力、螺栓应力实测值和计算值的目标函数，通过目标函数均值、极差分析，确定不同试验因素的最优目标函数，进一步反演得到管片结构外部荷载。

技术领域

本发明涉及管片外部荷载分析方法技术领域，尤其涉及一种基于结构内力监测值的管片荷载正交数值反演方法。

背景技术

盾构隧道管片外部荷载是管片结构设计的关键，但目前管片外部荷载确定尚未有一个统一的方法。现有管片结构荷载分析方法主要有现场测试方法和反演分析方法。现场测试方法是指通过在管片内部预埋土压力盒、渗压计等仪器，通过仪器应力值来分析管片外部的荷载情况。反演分析方法是指通过假定荷载初始值，借助荷载-结构反演分析模型正分析得到内力计算值，结合管片内力实测值，求解目标函数，反演得到结构荷载；该方法分析结果的准确性关键在于反演分析模型的合理性及精细化程度及目标函数的可靠性。

针对上述中的相关技术，发明人认为在实际使用过程中：现场测试方法受仪器安装工艺、盾构壁后注浆、盾尾刷等扰动影响，监测元器件易受损伤、数据可获取性、准确性难以保证，且误差较大。反演分析方法以一维梁-弹簧或二维壳-弹簧模型为主，模型将管片简化为梁/壳单元，管片接头简化为弹簧单元，引入了抗弯刚度、抗剪刚度等接头力学参数，较好得评价了接头对管片环刚度的局部影响以及衬砌环的错缝拼装效应，但该模型接头刚度多依据经验进行取值，且未考虑管片接缝的非线性受力特征，与实际不符；另外，该方法管片内力计算值为弯矩和轴力，而实测值容易得到的是管片混凝土应力、钢筋应力和螺栓应力等参数，需要进行二次力学推导得到弯矩和轴力，过程中数据进一步失真，相应的目标函数可靠性随之降低。

发明内容

为了解决现有管片结构荷载分析方法误差大、分析结果准确性低的技术问题，本申请提供一种基于结构内力监测值的管片荷载正交数值反演方法。

一种基于结构内力监测值的管片荷载正交数值反演方法，依次包括如下步骤：

S1.确立管片外部荷载的计算公式，具体包括：

管片顶部竖向土压力P₀，其中，α_P为竖向土压力修正系数；h_i为第i层土的高度；γ_i为第i层土的容重，水土合算时采用饱和容重，水土分算时采用浮容重；

管片底部竖向土压力P₁，P₁＝P₀+2G/A＝P₀+2γ_s·δ/A，其中，γ_s为管片容重，δ为管片厚度；A为管片表面积；

管片顶部侧向土压力P₂，P₂＝λP₀，其中，λ为隧道穿越地层的侧压力系数；

管片底部侧向土压力P₃，P₃＝P₂+λγ_DD，其中，γ_D为隧道穿越地层的容重，D为管片外径；

管片顶部水压力Q₀，Q₀＝α_wγ_wh_w，其中，α_w为水压力修正系数，γ_w为水的容重，h_w为水头高度；

管片底部水压力Q₁，Q₁＝Q₀+γ_wD；