[发明专利]一种隧道钢架辅助支撑体系的设计分析方法

摘要

本发明涉及隧道工程领域，具体涉及一种隧道钢架辅助支撑体系的设计分析方法。根据钢架辅助支撑体系的作用机制，建立了钢架辅助支撑体系的力学分析模型，经力法求解可得到钢架辅助支撑体系支护作用下不同工况时钢架各拱脚的地基荷载、拱脚沉降量、连接纵梁各截面的内力、各锁脚构件及其下伏地基的受力和变形情况。隧道设计人员可利用所得钢架各拱脚的地基荷载、各拱脚沉降量、连接纵梁各截面内力、锁脚构件及其下伏地基的受力和变形，对不同工况时钢架各拱脚地基的承载力、各拱脚沉降量、连接纵梁和各锁脚构件的强度以及锁脚构件下伏地基的承载力进行验算，最终完成钢架辅助支撑体系的设计。

主权项

1.一种隧道钢架辅助支撑体系的设计分析方法，其特征在于：所述方法步骤为：步骤1)：建立钢架辅助支撑体系的力学分析模型，所述的钢架辅助支撑体系由连接纵梁和锁脚构件构成；步骤2)：根据步骤1)建立的力学分析模型，确定钢架辅助支撑体系中连接纵梁上方各钢架传递的竖向作用荷载；步骤3)：根据步骤1)建立的力学分析模型和步骤2)确定的竖向作用荷载，采用力法确定钢架辅助支撑体系中连接纵梁各处的多余未知力；步骤4)：根据步骤3)所得的多余未知力，确定不同工况时钢架各拱脚的地基荷载、各拱脚沉降量、连接纵梁各截面的内力、锁脚构件及其下伏地基的受力情况；步骤5)：根据步骤4)确定的钢架各拱脚的地基荷载、各拱脚沉降量、连接纵梁各截面的内力、锁脚构件及其下伏地基的受力情况，对不同工况时各拱脚的地基承载力、各拱脚沉降量、连接纵梁的强度、锁脚构件的强度及其下伏地基的承载力进行验算；若不满足验算要求，则须调整钢架辅助支撑体系的设计参数，重新验算直至满足验算要求；所述步骤1)建立的钢架辅助支撑体系的力学分析模型满足以下条件：A：将连接纵梁在钢架落底接长处视为固定端，钢架未接长段的连接纵梁视为悬臂梁结构；B：钢架未接长段自上而下传递的竖向作用荷载由连接纵梁、锁脚构件和拱脚地基共同支承，对于连接纵梁而言，受到纵梁上方各钢架传递的竖向作用荷载，同时还受到各锁脚构件提供的竖向支承反力，以及纵梁下方钢架各拱脚传递的竖向地基反力；所述锁脚构件和钢架拱脚地基提供的支承均视为弹性支承，所受的地基反力均服从温克尔假定，其中钢架各拱脚地基的弹性支承刚度分别为K₁、K₂、K₃、K₄和K₅，各锁脚构件提供的弹性支承刚度分别为K_s1、K_s2、K_s3、K_s4、K_s5和K_s6；C：通过令钢架拱脚地基的弹性支承刚度K₁＝0，以考虑台阶下部开挖至悬空引起的地基支承力损失；所述步骤2)确定钢架辅助支撑体系中连接纵梁上方各钢架传递的竖向作用荷载，所述竖向荷载取两种极端情况进行包络取值，所述的两种极端情况为a、围岩荷载沿纵向均匀分布；b、围岩荷载沿纵向呈现三角形分布；所述步骤3)中多余未知力包括钢架各拱脚的竖向地基反力以及各锁脚构件对连接纵梁的支承反力；根据所述步骤5)的验算要求为：A、各拱脚地基荷载小于地基允许荷载；B、各拱脚沉降量小于允许值；C、连接纵梁的应力小于纵梁材料的屈服强度；D、锁脚构件的应力小于构件材料的屈服强度；E、锁脚构件下伏地基受力小于地基允许荷载。