隧道衬砌可靠度分析的有限单元法

隧道衬砌可靠度分析的有限单元法

五邑大学学报(自然科学版)

JOURNALOFWUYIUNIVERSITY

第12卷　第3期　Vol.12No.31998

隧道衬砌可靠度分析的有限单元法

杨浩为

(江门市交通工程建设总公司　江门市　529020)

采用荷载-结构模式的隧道衬砌受力分析,摘要　　

推导出利用有限单元法求解结构可

靠指标的算法,并设计了通用、实用的微机程序,最后给出实际算例。隧道衬砌;关键词　　

荷载-结构模式;可靠度;极限状态

中图分类号　　U451

)做(以下简称《隧规》

前期的研究工作,《隧规》改革是一项艰难而巨大的任务。其最关键的问题有两个:一是必须通过大量的模型试验或现场量测,获得所有影响隧道结构可靠度的随机变量的统计特征;二是寻找适合隧道结构可靠度分析的方法,并开发实用计算机程序。在此基础上,通过对现有的标准定型结构的可靠度分析,并结合实际工程类比,定出最优可靠指标,作为新规范修订的基准。

现有《隧规》的设计模式是荷载-结构模式,因此,为了新旧规范的衔接,本文也采用该模式作为可靠度分析的基础,而且该模式也比较适用于浅埋隧道、偏压隧道以及采用矿山法施工的深埋隧道。另外,采用该模式所得的可靠指标便于与现有实际工程类比,使设计人员容易接受。

由于隧道衬砌多为多心圆的曲线结构,并且作用的荷载相当复杂,因此必须考虑用有限单元法等数值方法来求解。

1　随机变量的统计特征分析

影响隧道衬砌可靠度的随机因素非常多,主要有:荷载不定性、材料性能不定性、几何尺寸不定性和计算模式不定性等。它们的统计规律有的由模型试验求得,有的由现场量测求得,还有的只能靠经验假定,现分述如下:

　　111　荷载不定性的统计特征

隧道衬砌承受的荷载主要有:衬砌结构的自重,围岩竖向压力、围岩水平压力和围岩的弹性抗力。

衬砌结构自重等于结构的体积乘以材料的容重,因此,其变异性主要来自衬砌厚度的变异性和材料容重的变异性,而这两个变异性的统计特征分别在几何尺寸不定性和材料性能不定性的讨论

收稿日期:1997-10-25

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