[发明专利]落石冲击下无回填土拱形明洞结构概率可靠度设计方法

说明书

本发明公开了一种落石冲击下无回填土拱形明洞结构概率可靠度设计方法，其包括构建拱形明洞结构极限承载力模型、落石对拱形明洞的冲击荷载模型和落石冲击下无回填土拱形明洞结构的极限状态方程；根据极限状态方程，采用一次二阶矩方法中的JC法计算拱形明洞的结构可靠指标；当结构可靠指标等于目标可靠指标及结构可靠指标大于目标可靠指标且超出目标可靠指标的值小于或等于设定阈值时，则所选结构设计参数设计的拱形明洞结构概率可靠度满足设计要求；当结构可靠指标小于目标可靠指标及结构可靠指标大于目标可靠指标且超出目标可靠指标的值大于设定阈值时，则调整结构设计参数，直至所选结构设计参数设计的拱形明洞结构概率可靠度满足设计要求。

技术领域

本发明涉及拱形明洞结构设计技术领域，具体涉及一种落石冲击下无回填土拱形明洞结构概率可靠度设计方法。

背景技术

无回填土拱形明洞主要用于高速铁路隧道洞口段突出式洞门，作为解决高速列车运行产生的空气动力学效应的缓冲结构，当其处在艰险山区高陡边坡处时，也需要具有一定防危岩落石的功能，材料一般使用钢筋混凝土。为保证行车驾驶安全，作为光线过渡段，无回填土拱形明洞也用于公路隧道洞口段，一般为削竹式或喇叭口形状，有时也作为景观设计和满足环境需求而设。

对于位于艰险山区高陡边坡处的拱形明洞，偶尔会遭受落石的冲击，由于现在拱形明洞设计时没有考虑不确定性因素的落石，无法进行相应结构可靠度设计，使得位于艰险山区高陡边坡处的拱形明洞在受到落石冲击时，顶部会出现受损，甚至出现钢筋混凝土结构被砸穿的现象，而使交通运输存在安全隐患。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的落石冲击下无回填土拱形明洞结构概率可靠度设计方法解决了现有技术中不能对落石冲击下无回填土拱形明洞结构的失效概率进行计算的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种落石冲击下无回填土拱形明洞结构概率可靠度设计方法，其包括：

根据拱形明洞的结构设计参数，构建拱形明洞结构极限承载力模型；

根据拱形明洞所在工程环境特点及历史落石规模，构建落石对拱形明洞的冲击荷载模型：

S＝82347(WH)^0.4994

其中，W为落石重量；H为落石高度，W和H在设定范围内服从均匀分布；S为落石对拱形明洞的冲击荷载；

根据拱形明洞极限承载力与落石对拱形明洞的冲击荷载，构建落石冲击下无回填土拱形明洞结构的极限状态方程；

根据极限状态方程，采用一次二阶矩方法中的JC法计算拱形明洞的结构可靠指标；

当结构可靠指标等于目标可靠指标及结构可靠指标大于目标可靠指标且超出目标可靠指标的值小于或等于设定阈值时，则所选结构设计参数设计的拱形明洞结构概率可靠度满足设计要求；以及

当结构可靠指标小于目标可靠指标及结构可靠指标大于目标可靠指标且超出目标可靠指标的值大于设定阈值时，则调整修建拱形明洞的结构设计参数，直至所选结构设计参数设计的拱形明洞结构概率可靠度满足设计要求。

本发明的有益效果为：本方案构建的极限状态方程在拱形明洞设计过程中充分考虑了拱形明洞在无回填土情况下，落石对其造成的冲击；在拱形明洞设计过程中，能够通过计算得到的结构可靠指标快速地判断所选取结构参数构建的拱形明洞结构是否可靠，并根据结构可靠指标偏大或偏小的情况对拱形明洞的结构设计参数进行调整，从而做出准确的优化策略。

附图说明

图1为落石冲击下无回填土拱形明洞结构概率可靠度设计方法的流程图。

图2为落石冲击下无回填土拱形明洞荷载-结构计算模型简化示意图。