(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210957228.4 (22)申请日 2022.08.10 (71)申请人 中国建筑第五工程局有限公司 地址 410004 湖南省长 沙市雨花区中意 一 路158号中建大厦 (72)发明人 崔涛　黄志国　刘小明　蒋正华　 邹德强　王明明　孟江涛　黄勤伟　 孟相昆　邓俊　 (74)专利代理 机构 长沙智路知识产权代理事务 所(普通合伙) 4324 4 专利代理师 张毅 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 17/13(2006.01)G06F 119/02(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种隧道初支结构剪切破坏分级的计算方 法 (57)摘要 本发明公开了一种隧道初支结构剪切破坏 分级的计算方法， 包括： 基于薄壳理论建立隧道 初支结构力学模型， 以及挠度表达式， 得到内力 表达式， 分析初支结构强度参数和结构参数对内 力的影响， 分析初支结构在不同截面的内力分布 规律； 根据分析结果， 基于 莫尔‑库仑强度准则和 初支壳体结构任一点的静力平衡条件建立初支 结构的剪切破坏判据， 提出初支结构破坏分级的 概念， 根据破坏阈值进行支护参数选择的方法， 运用C语言编制壳体内部任一微元体破坏的剪切 程序， 实现初支结构的破坏区域及破坏比率的直 观显示， 揭示初支结构发生剪切破坏的机理。 本 发明解决了从力学角度定量分析隧道初支结构 的整体稳定性， 建立 合理客观的强度判据问题。 权利要求书4页 说明书12页 附图11页 CN 115270271 A 2022.11.01 CN 115270271 A 1.一种隧道初支结构剪切破坏分级的计算方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 基于薄壳理论建立隧道初支结构力学模型， 以及初支结构在均布载荷作用下任意 点的挠度 表达式， 得到内力表达式， 分析初支结构强度参数和结构参数对内力的影响， 分析 初支结构在不同截面的内力分布规 律； S2、 根据分析结果， 基于莫尔 ‑库仑强度准则和初支壳体结构任一点的静力平衡条件建 立初支结构的剪切破坏判据， 提出初支结构破坏分级的概念， 根据破坏 阈值进行支护参数 选择的方法， 运用C语 言编制壳体内部任一微元体破坏的剪切程序， 实现初支结构的破坏区 域及破坏比率的直观显示， 揭示初支结构发生剪切破坏的机理。 2.根据权利要求1所述的隧道初支结构剪切破坏分级的计算方法， 其特征在于， 所述步 骤S1包括： S11、 将隧道初支结构简化为圆柱形扁壳体， 构建壳体力学平衡微分方程， 以及初支结 构在均布载荷作用下任意 点的挠度表达式； 设相邻钢拱架尺寸为L， 环向尺寸为S， 描述位置的无量纲坐标α, β， 初支结构正交曲线 坐标系下位移 表示的壳体力学平衡微分方程 为： 假设初支结构仅有作用于垂直于其表面的载荷Z(即X＝Y＝0)， 引入位移函数Φ( α, β )， 并令 假设初支结构表面不同位置处的径向压力为一定值， 即f( ξ, η )＝q， 在整个区域上进行 积分， 得到初支结构在均布载荷作用下任意 点的挠度表达式： 式中，权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115270271 A 2R,h分别为初支结构的半径和厚度； E, μ分别为初支结构的弹性模量(MPa)和泊松比； X, Y,Z分别为作用在 初支结构上外载荷的三个分量； S12、 根据 所述壳体力学平衡微分方程和挠度表达式确定初支结构的内力表达式， 反映 出初支结构内力与初支结构的钢架间距、 喷层厚度之间的关系； 所述初支结构的内力表达式如下： 化简为 式中， N1也为初支 结构的轴向内力， N2为初支结构的环向内力， S 为初支结构内部的切向 内力； 解得：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115270271 A 3