[发明专利]基于模拟接头模型的盾构隧道内力计算方法

说明书

本文公开了一种基于模拟接头模型的盾构隧道内力计算方法，涉及工程建筑技术领。该方法利用MATLAB和ANSYS软件的进行联合调用：利用MATLAB进行地层重新划分、管片分块以及管片计算单元划分等前处理工作；利用ANSYS实现结构内力的计算和输出；该计算方法采用模拟接头模型进行盾构隧道内力计算，只需在MATLAB软件中输入初始的工程参数即可得到最后的计算书，实现了盾构隧道内力计算的自动化，大幅提升了结构内力计算的效率，为盾构隧道以及其他地下结构内力的自动化计算提供了一种途径和思路。

技术领域

本发明涉及工程建筑技术领域，具体而言，涉及一种基于模拟接头模型的盾构隧道内力计算方法。

背景技术

盾构法是目前地铁建设的主要工法，如何利用高效的计算手段设计出符合要求的隧道结构成为了地铁建设的重中之重。

目前国内主要的设计方法是按照太沙基松动土压力公式计算围岩压力，并将围岩压力施加在有限元软件中的结构模型上，最后使用软件计算得出的结构内力和变形量来指导隧道结构设计。在计算围岩压力时需要按照地层情况分层进行计算，并计算其转化为等效节点荷载才能施加到有限元软件中，整个过程繁琐，费时费力。

利用ANSYS计算时采用的计算模型通常有均质圆环模型和模拟接头模型。均质圆环模型的有限元结构建立过程相对简单，但是模型与实际情况有较大的出入，计算结果误差较大。模拟接头模型考虑了管片分块和接头刚度的影响，计算结果更为精确，但是在进行结构内力计算时，管片分块以及接头的处理大大提高了建立模型的复杂性。

因此，在进行盾构隧道内力计算的生产实际中，需要一种能够实现减少计算时间、提高生产效率的计算方法。

发明内容

本发明在于提供一种基于模拟接头模型的盾构隧道内力计算方法，其能够缓解上述问题。

为了缓解上述的问题，本发明采取的技术方案如下：

本发明提供一种基于模拟接头模型的盾构隧道内力计算方法，包括以下步骤：

S1、在MATLAB中输入盾构隧道结构参数以及隧道所在地层参数；所述盾构隧道结构参数包括管片标准块数量n、封顶块对应的圆心角度数α、邻接块对应的圆心角度数β、标准块对应的圆心角度数γ、隧道外径D、管片厚度d、幅宽l、混凝土重度γ_c和隧道埋深h₀；所述地层参数包括地下水位深度h_w、地层层数n_s、地层厚度h_i、地层自重γ_i和地层侧压力系数λ_i，地层自重指的是单位体积地层的重量；

S2、通过MATLAB，根据地层厚度h_i与地下水位深度h_w，确定位于地下水位的地层，将该地层划分为两层，分别为位于地下水位上方的地层和位于地下水位下方的地层，地层层数n_s增1并更新为n_s1，地层厚度h_i、地层侧压力系数λ_i和地层自重γ_i分别更新为地层厚度h_j、地层侧压力系数λ_j和地层自重γ_j，更新后的各地层中，与地下水位最接近的两层地层厚度之和等于被划分地层的原厚度，其它层地层的厚度分别等于各自对应的原厚度，与地下水位最接近的两层地层的侧压力系数均等于被划分地层的原侧压力系数，其它层地层的侧压力系数分别等于各自对应的原侧压力系数；

S3、通过MATLAB，根据地下水位深度h_w、地层自重γ_j和地层厚度h_j，确定重分层之后的各地层重度重分层后位于地下水位上方的各地层重度分别等于各自对应的原地层自重，位于地下水位下方的各地层重度分别等于各自对应的原地层自重减去水重度，水重度指的是单位体积水的重量；