[发明专利]一种朝上盾构法施工中特殊段管片结构的内力计算方法

权利要求书

1.一种朝上盾构法施工中特殊段管片结构的内力计算方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：

步骤1：确定特殊段管片结构的竖向荷载和侧向荷载；

步骤2：基于特殊段管片环结构为二次超静定结构，建立弹性中心处的位移协调方程，采用弹性中心法对特殊段管片环的内力进行分析；

步骤3：将特殊段管片环结构的开口处管片近似为曲形薄板，分析特殊段管片结构的受力情况，计算三角分布侧向水土压力、均布侧向水土压力和地层抗力，对侧向荷载的内力计算进行修正；

步骤4：计算特殊段管片结构在竖向荷载作用下的内力；所述竖向荷载主要包括竖向开挖土体卸载及地基反力、顶升反力及地基反力；

步骤5：将侧向荷载和竖向荷载作用下的管片环内力进行叠加，即可得到最终特殊段管片的内力。

2.根据权利要求1所述的朝上盾构法施工中特殊段管片结构的内力计算方法，其特征在于，所述特殊段管片为水平盾构隧道掘进中，朝上盾构法施工形成的带有圆形开口的环状管片。

3.根据权利要求1所述的朝上盾构法施工中特殊段管片结构的内力计算方法，其特征在于，特殊段管片结构的竖向荷载包括自重g及地基反力p_g、竖向水土压力q₁及地基反力p₁、竖向开挖引起的土体卸载q₂及地基反力p₂、顶升反力P及地基反力p_p。

4.根据权利要求1所述的朝上盾构法施工中特殊段管片结构的内力计算方法，其特征在于，所述顶升反力由竖向盾构机重量、千斤顶重量、竖向盾构管片重量、正面推力及摩擦力组成。

5.根据权利要求3所述的朝上盾构法施工中特殊段管片结构的内力计算方法，其特征在于，(1)假定地层抗力分布在环顶向左右π/4～3π/4区间内，大小按照局部变形理论，即地层抗力与地层被动位移成正比；(2)假定侧向水土压力分布在自环顶向左右0～π之间；(3)竖向荷载对沿环水平投影为均匀分布；(4)竖向开挖引起的土体卸载简化为线荷载。

6.根据权利要求1所述的朝上盾构法施工中特殊段管片结构的内力计算方法，其特征在于，所述弹性中心处的位移协调方程为：

式中：δ₁₁，δ₂₁指基本结构在单位力X₁＝1单独作用下沿X₁和X₂方向的位移；δ₂₁，δ₂₂指基本结构在单位力X₂＝1单独作用下沿X₁和X₂方向的位移；Δ_1p、Δ_2p为基本结构在荷载单独作用时，分别沿X₁和X₂方向的位移；

计算特殊段截面管片环与竖轴成θ角处的M_θ、N_θ，公式如下：

M_θ＝M_P+X₁-X₂R cosθ (2)

N_θ＝X₂cosθ+N_P (3)

式中：M_P、N_P分别为外荷载对管片环产生的弯矩和轴力；M_θ、N_θ分别为截面管片环与竖轴成θ角处的弯矩和轴力；θ为截面管片环与竖轴的夹角；其中，弯矩以内侧受拉为正、轴力以压力为正。