[发明专利]一种地下工程约束混凝土支护体系设计方法

摘要

本发明公开了一种地下工程约束混凝土支护体系设计方法，该方法通过建立外荷载模型，建立约束混凝土拱架结构力学模型，进行“外荷载—拱架支护”相互作用力学计算，确定拱架截面，设计节点、核心混凝土、纵向连接筋以及混凝土喷层等相关参数，以此来确立约束混凝土拱架支护设计方法。本发明在建立外荷载模型时，根据现场隧道开挖断面、埋深、围岩强度等级、侧压力系数，将围岩简化为外荷载模型。本发明在建立约束混凝土拱架结构力学模型时，根据隧道断面，预留初支变形量，设计拱架形状尺寸，建立约束混凝土拱架结构力学模型。对隧道围岩变形及控制机理研究具有重要意义。

主权项

1.一种地下工程约束混凝土支护体系设计方法，其特征是：包括以下步骤：(1)根据现场地下隧洞开挖断面、埋深、围岩强度等级和侧压力系数，将围岩简化为外荷载模型；(2)根据隧道断面，预留初支变形量，确定拱架形状和尺寸，建立约束混凝土拱架结构力学模型；(3)根据建立的外荷载模型和拱架结构力学模型，进行外荷载和拱架支护相互作用力学计算，得到约束混凝土拱架内力大小及分布形态；(4)建立不同截面的约束混凝土压弯强度破坏力学判据，根据约束混凝土拱架内力大小及分布形态情况选择符合安全系数的拱架截面形式；(5)利用静力平衡法对多圆心不同刚度的约束混凝土拱架的稳定性进行分析，确定约束混凝土拱架的稳定临界荷载；(6)根据约束混凝土拱架的轴压承载力、稳定临界荷载，确定约束混凝土拱架的节点形式、填充混凝土的强度以及两榀相邻拱架之间的纵向连接筋的设置方式；(7)根据前述确定的方案，对选定拱架进行全比尺或缩尺室内试验，对拱架承载能力和破坏模式的理论计算进行室内试验验证，校核设计方案；所述步骤(5)中，拱架稳定性分析的具体方法为，根据曲杆的平衡微分方程、几何方程推知稳定微分方程，再带入边界条件，得到用径向位移表达的第i段稳定方程，根据拱架整体失稳时各段拱架径向位移不全为零，即各段稳定方程组成的方程组系数行列式等于零，得到拱架稳定临界荷载。