(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 202211068619.7 (22)申请日 2022.09.01 (71)申请人 中山大学 地址 510275 广东省广州市海珠区新港西 路135号 (72)发明人 黄林冲　蒋凯　梁禹　张燕丽　 (74)专利代理 机构 广州三环 专利商标代理有限 公司 44202 专利代理师 吴松滨 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 17/11(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 装配式车站结构拱顶沉降预测方法、 系统、 设备和介质 (57)摘要 本发明提供了装配式车站结构拱顶沉降预 测方法、 系统、 设备和介质， 通过根据装配式车站 对称结构和荷载分布情况构建拱顶沉降预测分 析模型， 对 管片环截面进行外力分析得到接头弯 矩数学模型和接头轴力数学模型， 以及对管片环 截面进行内力分析得到接头刚度数学模型， 再根 据接头弯矩数学模型、 接头轴力数学模型和接头 刚度数学模型， 得到接头刚度迭代数学模型， 并 根据获取的管片环截面参数信息， 求解接头刚度 迭代数学模 型得到接头刚度值， 以及结合单位荷 载法计算得到装配式车站的拱顶沉降预测值的 技术方案， 能够对装配式车站的拱顶 沉降进行简 单、 高效、 合理且可靠的预测， 可有效防范施工风 险， 为地铁装配式车站管片结构安全风险评估提 供可靠保障。 权利要求书3页 说明书18页 附图5页 CN 115392041 A 2022.11.25 CN 115392041 A 1.一种装配式车站结构拱顶沉降预测方法， 其特 征在于， 所述方法包括以下步骤： 根据装配式车站对称结构和荷载分布情况， 构建拱顶沉降预测分析模型； 所述装配式 车站对称结构包括拱顶 块、 侧墙块、 底板块、 中立柱、 中板块、 位于拱顶块与侧墙块连接处的 第一接头、 以及位于底板块与侧墙块连接处的第二接 头； 根据所述拱顶沉降预测分析模型， 对管片环截面进行外力分析， 得到接头弯矩数学模 型和接头轴力数 学模型； 所述管片环截面包括拱顶块截面、 侧墙块截面和底板块截面； 根据所述拱顶沉降预测分析模型， 对管片环截面进行内力分析， 得到接头刚度数学模 型； 根据所述接头弯矩数学模型、 接头轴力数学模型和接头刚度数学模型， 得到接头刚度 迭代数学模型， 并根据获取的管片环截面参数信息， 求解所述接头刚度迭代数学模型， 得到 接头刚度值； 所述管片环截面 参数信息包括截面外荷载参数和截面尺寸 参数； 根据所述接 头刚度值， 得到所述装配式车站的拱顶沉降预测值。 2.如权利要求1所述的装配式车站结构拱顶沉降预测方法， 其特征在于， 所述方法还包 括： 将所述拱顶沉降预测值与对应的施工安全限定值进行对比验证， 判断是否存在施工风 险。 3.如权利要求1所述的装配式车站结构拱顶沉降预测方法， 其特征在于， 所述根据 所述 拱顶沉降预测分析模型， 对管片环截面进行外力 分析， 得到接头弯矩数学模型和接头轴力 数学模型的步骤 包括： 基于所述拱顶沉降预测分析模型的几何不变条件， 将所述拱顶沉降预测分析模型对应 静不定结构问题转换为承受广义弯 矩、 广义轴力、 自重和基底反力的静定结构问题； 根据所述静定结构问题， 进行受力分析， 并建立以广义弯矩、 广义轴力为未知量的力法 方程； 所述力法方程表示 为： 其中， x1表示拱顶块中心点O处所受的广义轴力； x2表示拱顶块中心点O处所受的广义弯 矩； δ11表示在x1方向单位力作用下， 圆点处x1方向产生的位移； δ12表示在x2方向单位力作用 下， 圆点处x1方向产生的位移； δ21表示在x1方向单位力作用下， 圆点处x2方向产生的位移， 单 位； δ22表示在x2方向单位力作用下， 圆点处x2方向产生的位移； Δ1q表示外荷载作用下， 圆点 处x1方向产生的位移； Δ2q表示外荷载作用下， 圆点处x1方向产生的转角； 在各个管片环截面上， 分别基于广义弯矩、 广义轴力、 自重和基底反力对所述拱顶沉降 预测分析模型进行 结构受力分析， 确定所述力法方程的常数项模型和各个系数模型； 根据所述力法方程的常数项模型和各个系数模型， 求解所述力法方程， 得到广义弯矩 数学模型和广义轴力数 学模型； 基于结构力学原理， 根据所述广义弯矩数学模型和广义轴力数学模型， 得到所述接头 弯矩数学模型和接 头轴力数 学模型； 所述接 头弯矩数学模型表示 为： 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115392041 A 2其中， M1和M2分别表示第一接头和第二接头的接头弯矩数学模型； K1和K2分别表示第一 接头和第二接 头的抗弯刚度； 所述接头轴力数 学模型表示 为： 其中， N1和N2分别表示第一接头和第二接头的接头轴力数学模型； K1和K2分别表示第一 接头和第二接 头的抗弯刚度。 4.如权利要求1所述的装配式车站结构拱顶沉降预测方法， 其特征在于， 所述根据 所述 拱顶沉降预测分析模型， 对管片环截面进行内力分析， 得到 接头刚度数 学模型的步骤 包括： 分别在各个接头受负弯矩和正弯矩作用下， 对各个接头进行受力平衡和变形协调分 析， 得到对应的接头刚度数学模型； 所述接头刚度数学模型包括正弯矩刚度数学模型和负 弯矩刚度数 学模型， 表示 为： 其中， Ki表示第i个接头的抗弯刚度， i＝1， 2； Mi和Ni分别表示第i个接头的弯矩和轴力； fi1(Mi,Ni)和fi2(Mi,Ni)分别表示第i个接 头的负弯 矩刚度数 学模型和正弯 矩刚度数 学模型。 5.如权利要求4所述的装配式车站结构拱顶沉降预测方法， 其特征在于， 所述根据 所述 接头弯矩数学模型、 接头轴力数学模型和接头刚度数学模型， 得到接头刚度迭代数学模型 的步骤包括： 将各个接头的接头弯矩数学模型和接头轴力数学模型， 分别代入对应的正弯矩刚度 数 学模型和负弯矩刚度数学模型， 得到所述接头刚度迭代数学模型； 所述接头刚度迭代数学 模型包括 正弯矩刚度迭代数 学模型和负弯 矩刚度迭代数 学模型， 表示 为： 其中， Ki表示第i个接头的抗弯刚度， i＝1， 2； μi1(K1,K2)和 μi2(K1,K2)分别表示第i个接 头的负弯 矩刚度迭代数 学模型和正弯 矩刚度迭代数 学模型。 6.如权利要求5所述的装配式车站结构拱顶沉降预测方法， 其特征在于， 所述根据 所述 管片环截面 参数信息， 求 解所述接 头刚度迭代数 学模型， 得到 接头刚度值的步骤 包括： 根据各个接头的预设初始刚度值， 对所有接头的各个接头 刚度迭代数学模型进行组合 迭代验算， 得到所述接 头刚度值。 7.如权利要求1所述的装配式车站结构拱顶沉降预测方法， 其特征在于， 所述根据 所述 接头刚度值， 得到所述装配式车站的拱顶沉降预测值的步骤 包括： 在所述拱顶块中心点施加竖直向下的单位荷载， 并通过单位荷载法， 分别计算得到拱 顶块截面 位移、 侧墙块截面 位移、 底板块截面 位移和接 头位移； 根据所述拱顶块截面位移、 侧墙块截面位移、 底板块截面位移和接头位移， 计算得到拱 顶沉降预测值； 所述拱顶沉降预测值表示 为： Δ3q＝Δ3q1+Δ3q2+Δ3q3+Δ3q4 其中， Δ3q、 Δ3q1、 Δ3q2、 Δ3q3和Δ3q4分别表示拱顶沉降预测值、 拱顶块截面位移、 侧墙块权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115392041 A 3