[发明专利]一种考虑列车长期作用的重载铁路隧道底部结构设计方法

权利要求书

1.一种考虑列车长期作用的重载铁路隧道底部结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先确定隧道底部结构设计参数的初始值，再计算该设计参数条件下隧道底部结构的应力分布及应变比值，并采用基于弹塑性损伤模型的数值计算方法得到单次列车作用引起的隧道底部结构的动力损伤，进而采用非线性累积损伤模型计算隧道底部结构关键位置的累积损伤值，将计算得到的累积损伤值和隧道底部结构的临界损伤指标进行比较，当累积损伤值计算结果小于临界损伤指标时，即为隧道底部结构的设计参数，当累积损伤值计算结果大于等于临界损伤指标时，增大仰拱的厚度或仰拱的矢跨比，按以上步骤重新进行计算，直到得到最终的设计参数。

2.根据权利要求1所述的一种考虑列车长期作用的重载铁路隧道底部结构设计方法，其特征在于：计算隧道底部结构应力分布及应变比值的具体步骤为：将列车、轨道、隧道底部轨下结构、隧道支护结构体系及周边围岩离散化为有限个单元组成的等价体系，根据列车、轨道、隧道结构、不同支护措施及围岩不同的受力特点，选取不同类型的单元进行模拟，并根据各不同结构物相互之间的接触关系，建立各单元节点力位移与节点力关系即单元刚度方程，进而根据静力平衡原则，建立结构体系的总刚度方程，通过解方程得到各单元的应力和位移，最终求得隧道底部结构体系的应力分布及应变比值。

3.根据权利要求2所述的一种考虑列车长期作用的重载铁路隧道底部结构设计方法，其特征在于：采用基于弹塑性损伤模型的数值计算得到隧道底部结构在单次列车作用引起的动力损伤的数值，进而采用非线性累积损伤模型计算隧道底部结构关键位置的累积损伤值D的计算过程为：

式中ε₀、ε₁分别为隧道底部结构的初始应变及单次列车作用下的应变，f_max为列车运行过程中隧道底部结构承受的最大动应力，N为设计年限内通过重载列车的总次数，N_f为组成隧道底部结构材料的疲劳寿命，f_c为组成隧道底部结构材料的极限抗压强度，k为隧道底部围岩的抗力系数。

4.根据权利要求1所述的一种考虑列车长期作用的重载铁路隧道底部结构设计方法，其特征在于：隧道底部结构控制部位的临界损伤指标为0.85。

5.根据权利要求1所述的一种考虑列车长期作用的重载铁路隧道底部结构设计方法，其特征在于，隧道底部结构设计参数为仰拱厚度和矢跨比，是根据围岩条件和工程规范得到参考范围，并从参考范围中直接选择具体的设计参数。

6.根据权利要求5所述的一种考虑列车长期作用的重载铁路隧道底部结构设计方法，其特征在于：当累积损伤值的计算结果大于等于临界损伤指标时，则增大仰拱的厚度或仰拱的矢跨比，并重新计算累积损伤值。