[发明专利]一种寒区输水渠道抗冻胀变厚度衬砌结构的计算方法

权利要求书

1.一种寒区输水渠道抗冻胀变厚度衬砌结构的计算方法，包括以下步骤：

⑴根据材料力学方法，对整个渠道衬砌进行受力分析，并分别按下式计算得到渠底A点、渠顶B点垂直于衬砌板轴线方向的约束反力F_A、F_B；

；；

式中：q₀为渠底A点线性分布的法向冻胀力集度，l为衬砌板总长度；

⑵分别计算衬砌板任意截面处所对应的轴力N（x）、衬砌板上的最大的轴力N_max：

；；

式中：为衬砌与冻土接触面上线性分布的切向冻结力集度，x为衬砌板轴线方向坐标，其中A点为x轴原点，指向B点；

⑶计算切向冻结力产生的偏心弯矩M₁（x），并通过约束反力F_A、F_B计算由法向冻胀力产生的弯矩M₂（x），进而得到作用于整个衬砌板上的总弯矩M（x）：

；；M（x）= M₁（x）+M₂（x）；

式中：h（x）为衬砌板在x位置的厚度；

⑷计算法向冻胀力作用下衬砌板上的最大弯矩：

；

式中：x₀为最大弯矩所在位置，；

⑸计算切向冻结力在x₀位置处的弯矩以及x₀处总弯矩：

；；

式中：h（x₀）为x₀处衬砌厚度；

⑹通过法向冻胀力引起的最大正应力和在x₀位置轴力所对应的正应力，计算得到最大弯矩截面对应的最大正应力σ：

；

⑺根据衬砌材料的许用拉应力和安全系数，假设衬砌板能够承受的最大正应力为[σ]，则危险截面的极限强度准则为：[σ]= σ′；进而计算得到满足危险截面强度要求的最大衬砌厚度，即渠底衬砌厚度为h_A：

；式中：为x₀处轴力；

⑻衬砌顶部厚度h_B设计根据现有规范确定，并按衬砌板在渠底厚度最大、靠近渠顶的衬砌板厚度逐渐下降、渠道衬砌纵向截面呈梯形分布的原则进行设置即可。

2.如权利要求1所述的一种寒区输水渠道抗冻胀变厚度衬砌结构的计算方法，其特征在于：所述步骤⑹中法向冻胀力引起的最大正应力按下式计算：

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3.如权利要求1所述的一种寒区输水渠道抗冻胀变厚度衬砌结构的计算方法，其特征在于：所述步骤⑹中在x₀位置轴力所对应的正应力按下式计算：

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