[发明专利]地质力学模型试验大跨度隧道衬砌模型内加强筋布设方法

权利要求书

1.地质力学模型试验大跨度隧道衬砌模型内加强筋布设方法，其特征在于，包括以下步骤：

【1】二次衬砌模型内加强筋参数的计算：

【1.1】根据地质力学模型箱尺寸和试验要求，确定模型试验几何相似常数和容重相似常数；

【1.2】根据钢筋混凝土正截面承载能力，计算二次衬砌结构原型与模型的弯矩；

【1.3】将模型试验几何相似常数和容重相似常数代入原型与模型弯矩比值，得到弯矩的相似常数；

【1.4】根据弯矩的相似常数计算得到钢筋截面面积的相似常数；

【1.5】根据钢筋截面面积的相似常数和钢筋混凝土结构的配筋率，计算得到配筋率的相似常数；

【1.6】根据配筋率相似常数和模型的断面尺寸，计算得到模型钢筋的直径和模型钢筋的纵向间距；

【2】二次衬砌模型模具的预制：

【2.1】按照等效试验缩放尺寸制备隧道二次衬砌模型的预制装置；所述的预制装置包括内模(6)、外模(3)和泡沫缓冲层(5)，内模和外模之间构成二次衬砌模型浇筑空腔(11)；

【2.2】在内模(6)的外侧卷绕泡沫缓冲层(5)，将设定长度的定位支杆(10)的一端插入泡沫缓冲层(5)内；在二次衬砌模型浇筑空腔(11)内布外侧环向加强筋(8)和内侧环向加强筋(9)，所述的外侧环向加强筋(8)和内侧环向加强筋(9)固定在定位支杆(10)的外漏端；

【3】在浇筑空腔(11)进行混凝土等效材料的浇筑；

所述的外侧环向加强筋(8)、内侧环向加强筋(9)和定位支杆(10)为铁丝；

所述的内模(6)和外模(3)在垂直方向均为若干只平板层叠构成，每只板材在水平方向均剖分成两半；所述的内模(6)、外模(3)、底板(4)、顶板(1)上在对应的位置处设置有若干只通孔(7)，固定柱(2)贯穿通孔(7)将预制装置固定为一体；

所述板材为PVC板、亚克力板或木板经激光雕刻机切割而成。

2.根据权利要求1所述的地质力学模型试验大跨度隧道衬砌模型内加强筋布设方法，其特征在于：

步骤【1.2】中,结构原型与模型的弯矩计算如下：

式中：M^p为原型截面极限弯矩；M^m为模型截面极限弯矩；为原型钢筋屈服强度；为模型钢筋屈服强度；为原型钢筋截面面积；A_s^m为模型钢筋截面面积；h₀^p为原型截面有效高度；h₀^m为模型截面有效高度；γ为内力臂系数。

3.根据权利要求1所述的地质力学模型试验大跨度隧道衬砌模型内加强筋布设方法，其特征在于：

步骤【1.3】中模型结构弯矩的相似常数S_M计算如下

式中：S_l为长度相似常数；S_fy为钢筋屈服强度相似常数。

4.根据权利要求1所述的地质力学模型试验大跨度隧道衬砌模型内加强筋布设方法，其特征在于：

步骤【1.4】中钢筋截面面积的相似常数为：

式中：S_As为钢筋截面面积相似常数；S_M为弯矩相似常数；S_w为容重相似常数。

5.根据权利要求1所述的地质力学模型试验大跨度隧道衬砌模型内加强筋布设方法，其特征在于：

步骤【1.5】中根据钢筋混凝土结构的配筋率计算公式，得到配筋率的相似常数为：

式中：S_ρ为配筋率的相似常数。

6.根据权利要求1所述的地质力学模型试验大跨度隧道衬砌模型内加强筋布设方法，其特征在于：步骤【2】中所述的外侧环向加强筋(8)和内侧环向加强筋(9)通过锡线电焊或者环氧树脂粘贴固定在定位支杆(10)上。