(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 202210363667.2 (22)申请日 2022.04.07 (71)申请人 合肥工业大 学 地址 230009 安徽省合肥市包河区屯溪路 193号 (72)发明人 杨帆　秦敢　黄铭　李孝宝　刘康　 (74)专利代理 机构 安徽省合肥新 安专利代理有 限责任公司 34101 专利代理师 陆丽莉　何梅生 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 119/14(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 113/14(2020.01) (54)发明名称 一种含弹性衬垫管片接头的抗弯刚度计算 方法 (57)摘要 本发明公开了一种含弹性衬垫管片接头的 抗弯刚度计算方法， 包括： 1)计算管片衬砌接头 部位轴力水平； 2)对管片接头各功能区域进行划 分； 3)采用弹簧或柱形材料模拟各功能区； 4)获 取各功能区域材料的应力 ‑应变关系； 5)将柱形 材料区划分为若干微元块； 6)初始化管片接头的 弯矩值； 7)建立管片接头位移协调方程、 轴力平 衡方程和弯矩平衡方程； 8)求解方程组， 计算管 片接头转角； 9)返回步骤7)按序重复执行， 获得 接头弯矩 ‑转角关系曲线， 以得到接头抗弯刚度。 本发明能够充分考虑管片接头中的弹性衬垫与 混凝土的联合传力作用， 能更加准确地计算出管 片接头的抗弯刚度， 从而能应用于辅助盾构隧洞 管片衬砌的结构设计 。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 114707382 A 2022.07.05 CN 114707382 A 1.一种含弹性衬垫管片接 头的抗弯刚度计算方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 第一步， 采用惯用法或有限元法初步估算整环管片所形成的衬砌在自身各个管片接头 的轴力水平N； 第二步， 根据弹性衬垫、 止水衬垫、 螺栓以及混凝土接触的位置， 对管片接头沿厚度方 向自上而下依次划分为分离区、 止水衬垫传力区、 弹性衬垫传力区、 螺 栓传力区、 分离区； 第三步， 令螺栓弹簧的高度为hb， 按照所述螺栓的位置， 采用所述螺栓弹簧模拟所述螺 栓传力区； 令“混凝土‑弹性衬垫 ‑混凝土”的复合材料柱的厚度为l， 宽度为lc， 且与管片的上、 下边 缘的距离分别为ha、 hc， 采用所述复合材 料柱模拟所述弹性衬垫传力区； 第四步， 根据螺栓的应力σb( εb)‑应变εb的关系、 混凝土的应力σc( εc)‑应变εc的关系、 弹 性衬垫材料的应力σe( ε )‑应变 εe的关系， 利用式(1)和式(2)计算螺栓弹簧的弹簧力Fb‑位移 Δb的关系： Fb＝F0+mAbσb     (1) 式(1)和式(2)中： Fb为螺栓的拉力； m为管片接头中含螺栓的数量； Ab为单根螺栓的截面 积； εb为螺栓材料的应变； Δb为螺栓的伸长量； Lb为螺栓的长度； 利用式(3)和式(4)计算所述复合材 料柱的等效应力σ( ε ) ‑应变 ε 的关系： σ( ε )＝σc( εc)＝σe( εe) (3) 式(3)和式(4)中： σ( ε )为所述复合材料柱在任一应变ε条件下的应力； σc( εc)为混凝土 在任一应变εc条件下的应力； σe( εe)为弹性衬垫在任一应变εe条件下的应力； t为弹性衬垫 的厚度； 第五步， 将所述复合材料柱沿管片厚度方向等分为n个微元块； 假设复合材料柱的上、 下边缘的应变分别为εe1和 εe2， 则利用式(5)和式(6)计算中间任意第i个微元块的中心位置 的应力σi和应变 εi： 式(5)和式(6)中： σ( εi)为第i个微元块在任一应 变 εi条件下的应力； 第六步， 定义并初始化管片接 头处所受的弯 矩为M； 第七步， 根据管片接头在张开变形过程中螺栓弹簧与复合材料柱的变形协调关系， 利 用式(7)得到管片接 头变形协调方程： 根据管片接 头轴力的平衡条件， 利用式(8)得到管片接 头的轴力平衡方程： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114707382 A 2式(8)中， B表示管片的宽度； 根据管片接 头弯矩的平衡条件， 利用式(9)得到管片接 头的弯矩平衡方程： 式(9)中： H为管片的厚度； 第八步， 求解式(8)和式(9)， 获得所述复合材料柱的上、 下边缘的应变εe1和 εe2， 从而利 用式(10)得到管片接 头的转角 θ： 第九步， 设置弯矩M为不同的取值后分别返回步骤七顺序执行， 获得管片接头在一定轴 力水平N下的接 头弯矩M‑转角 θ 关系曲线， 从而根据曲线斜 率得到管片接 头抗弯刚度。 2.如权利要求1所述的一种含弹性衬垫管片接头的抗弯刚度计算方法， 其特征在于： 所 述步骤二中忽略所述止水衬垫对管片 接头抗弯刚度的影响， 从而将止水衬垫传力区并入其 相邻的分离区。 3.如权利要求1所述的一种含弹性衬垫管片接头的抗弯刚度计算方法， 其特征在于： 所 述步骤三中， 所述螺 栓弹簧模拟螺 栓传力区时， 令 螺栓弹簧受压时的力为 “零”。 4.如权利要求1所述的一种含弹性衬垫管片接头的抗弯刚度计算方法， 其特征在于： 所 述步骤三中， 所述复合材 料柱宽度lc的取值是根据圣维南原理确定， 或者令lc等于l。 5.如权利要求1所述的一种含弹性衬垫管片接头的抗弯刚度计算方法， 其特征在于： 所 述步骤三中， 采用所述复合材料柱模拟所述弹性衬垫传力区时， 利用弹性衬垫厚度t＝0来 模拟不带弹性衬垫的管片接 头。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114707382 A 3