[发明专利]落石冲击下有回填土拱形明洞结构概率可靠度设计方法

说明书

本发明公开了一种落石冲击下有回填土拱形明洞结构概率可靠度设计方法，其包括构建拱形明洞结构极限承载力模型、落石对拱形明洞的冲击荷载模型和落石冲击下具有回填土拱形明洞结构的极限状态方程；根据极限状态方程，采用一次二阶矩方法中的JC法计算拱形明洞的结构可靠指标；判断结构可靠指标是否满足结构可靠指标等于目标可靠指标及结构可靠指标大于目标可靠指标且超出目标可靠指标的值小于或等于设定阈值，若满足，则所选结构设计参数和回填土厚度设计的拱形明洞结构概率可靠度满足设计要求；若不满足，则调整修建拱形明洞的结构设计参数和/或回填土厚度，直至所选结构设计参数和回填土厚度设计的拱形明洞结构概率可靠度满足设计要求。

技术领域

本发明涉及拱形明洞结构设计技术领域，具体涉及一种落石冲击下有回填土拱形明洞结构概率可靠度设计方法。

背景技术

拱形明洞是一种有效的防护工程，工程应用前景广阔。相对于拱形明洞的工程应用，明洞结构遭受落石冲击力的计算方法长期停留在半经验半理论水平，《铁路隧道设计规范》以及《铁路隧道极限状态法设计暂行规范》中，由于缺乏落石冲击荷载的统计特征及分布类型，并且对落石冲击下结构失效模式及极限承载力不明确，而无法进行结构可靠度分析与设计。对落石冲击下拱形明洞结构受力机理进行有效评判，进而采取合理的结构设计，是目前山区交通工程建设中亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的落石冲击下有回填土拱形明洞结构概率可靠度设计方法解决了现有技术中不能对落石冲击下具有回填土的拱形明洞结构失效概率进行计算的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种落石冲击下有回填土拱形明洞结构概率可靠度设计方法，其包括：

根据拱形明洞的结构设计参数，构建拱形明洞结构极限承载力模型；

根据拱形明洞所在工程环境特点及历史落石规模，构建落石对拱形明洞的冲击荷载模型：

S＝310470.138-3502.661H+333713.367W-116763.207hW-6193.939HW+21537.603HW/h(B≤10m)

S＝-280752.598+583400.032W+853871.363h-2928.235hH-205865.871hW-5591.065HW+24907.165HW/h(B＞10m)

其中，W为落石重量；H为落石高度，W和H在设定范围内服从均匀分布；S为落石对拱形明洞的冲击荷载；h为回填土厚度；B为拱形明洞最大净跨度；

根据拱形明洞极限承载力与落石对拱形明洞的冲击荷载，构建落石冲击下具有回填土拱形明洞结构的极限状态方程；

根据极限状态方程，采用一次二阶矩方法中的JC法计算拱形明洞的结构可靠指标；

当结构可靠指标等于目标可靠指标或者结构可靠指标大于目标可靠指标且超出目标可靠指标的值小于或等于设定阈值时，则所选结构设计参数和回填土厚度设计的拱形明洞结构概率可靠度满足设计要求；以及

当结构可靠指标小于目标可靠指标或者结构可靠指标大于目标可靠指标且超出目标可靠指标的值大于设定阈值时，则调整修建拱形明洞的结构设计参数和/或回填土厚度，直至所选结构设计参数和回填土厚度设计的拱形明洞结构概率可靠度满足设计要求。

本发明的有益效果为：本方案构建的极限状态方程在拱形明洞设计过程中充分考虑了拱形明洞在具有回填土情况下，落石对其造成的冲击；在拱形明洞设计过程中，能够通过计算得到的结构可靠指标快速地判断所选取结构参数和回填土厚度设计的拱形明洞结构是否可靠，并根据结构可靠指标偏大或偏小的情况对拱形明洞的结构设计参数和/或回填土厚度进行调整，从而做出准确的优化策略。

附图说明