[发明专利]一种隧道钢架连接纵梁的设计分析方法

说明书

本发明涉及隧道工程领域，具体涉及一种隧道钢架连接纵梁的设计分析方法。根据钢架连接纵梁的作用机制，建立了连接纵梁的力学分析模型，经力法求解得到连接纵梁支护作用下不同工况时钢架各拱脚的地基荷载、各拱脚沉降量以及连接纵梁各截面的内力。隧道设计人员可利用所得钢架各拱脚的地基荷载、各拱脚沉降量以及连接纵梁各截面内力，对不同工况时钢架各拱脚的地基承载力、各拱脚沉降量以及连接纵梁的强度进行验算，最终完成连接纵梁的设计。本发明的连接纵梁设计分析方法可为连接纵梁的设计提供理论依据，避免了目前连接纵梁在设计和应用上仅凭经验而存在的盲目性。

一、技术领域：

本发明涉及隧道工程领域，具体涉及一种隧道钢架连接纵梁的设计分析方法。

二、背景技术：

软弱地层隧道施工过程中，常因拱脚地基承载力不足或拱脚悬空，导致钢架拱脚出现沉降，随之松弛区扩大，引起拱部围岩变形过大，稳定性显著降低，直接威胁施工安全。

钢架的连接纵梁是目前国内应用较为广泛的一种拱脚沉降控制措施，但目前钢架的连接纵梁仍缺乏一套可供隧道设计人员采用的设计分析和评价方法，致使应用上仅凭经验而存在较大的盲目性。

三、发明内容

本发明的提供一种隧道钢架连接纵梁的设计分析方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种隧道钢架连接纵梁的设计分析方法，其特征在于：所述的方法步骤为：

步骤1)：建立钢架连接纵梁的力学分析模型；

步骤2)：根据步骤1)建立的力学分析模型，首先确定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，采用力法确定连接纵梁各处的多余未知力；

步骤4)：根据步骤3)确定的多余未知力，即可确定不同工况时钢架各拱脚的地基荷载、各拱脚沉降量以及连接纵梁各截面的内力；

步骤5)：根据步骤4)确定的钢架各拱脚的地基荷载、各拱脚沉降量以及连接纵梁各截面的内力，对不同工况时各拱脚的地基承载力、各拱脚沉降量和连接纵梁的设计参数，重新验算直至满足验算要求。

所述的步骤1)建立的钢架连接纵梁的力学分析模型应该满足以下条件：

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，同时受到纵梁下方钢架拱脚传递的竖向地基反力，所述竖向地基反力服从温克尔假定，相应的地基弹簧刚度分别为K₁、K₂、K₃和K₄等；

C：通过令地基弹簧刚度K₁＝0，以考虑台阶下部开挖至悬空引起的拱脚地基支承力损失。

所述步骤2)确定连接纵梁上方各钢架传递的竖向作用荷载，所述竖向作用荷载取两种极端情况进行包络取值。

所述步骤3)中多余未知力为钢架各拱脚的竖向地基反力。

所述的步骤5)的验算要求为：

A、各拱脚地基荷载小于地基允许荷载或应力；

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。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和效果：