深埋隧道素混凝土衬砌可靠度计算模型研究

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1、铁道建筑38RailwayEngineering文章编号：1003—1995(2014)07-0038—05深埋隧道素混凝土衬砌可靠度计算模型研究李奎，赵东平，路军富(中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都610031)摘要：采用拉丁超立方抽样技术，研究了围岩压力及结构自重作用下基于荷载一结构模型的素混凝土衬砌可靠度计算模型、作用效应及结构抗力的分布类型和统计特征。隧道衬砌的功能函数可归纳为作用效应和结构抗力两个综合随机变量。研究结果表明，作用效应和结构抗力的概率分布类型直接影响到衬砌可靠度指标计算方法和计算结果的合理性。根据经验

2、判断，隧道素混凝土衬砌的作用效应的概率分布类型为正态分布，结构抗力的概率分布类型可能是正态分布，也可能是对数正态分布。隧道衬砌可靠度指标计算时需要严格判断各截面的抗力分布类型。关键词：深埋隧道可靠度计算模型功能函数综合变量模拟法拉丁超立方抽样中图分类号：U451．4文献标识码：ADOI：10．3969／j．issn．1003-1995．2014．07．121998年国际标准组织(ISO)颁布了《IS02394：范，但其极限状态理论体系是完善的，欧洲普遍采用极1998结构可靠性总原则》，为各国规范编制起到引领限状态设计方法，在隧道设

3、计时参考建筑结构设计性作用。1992年我国颁布了《工程结构可靠度设计统规范。一标准》(GB50153)，此后国内逐步建立了国家、部门20世纪90年代以来，国内铁路隧道行业开展了和行业三个层次的标准。2008年，我国对可靠性设计铁路隧道设计规范的可靠性规改，相关研究结果为规的国标进行了全面修订，形成了《工程结构可靠性设范的修订起到了推动作用。计统一标准》(GB50153-2008)。目前，美国、欧盟、2002年景诗庭等全面总结了当时隧道结构可日本、俄罗斯等国家和地区的结构设计规范均采用了靠度计算的研究成果。2004年宋玉香等针对隧道

4、极限状态设计方法。世界各国采用基于概率论的极限结构可靠度计算的输入随机变量具有有限统计样本的状态设计方法是大势所趋。这也是本轮国内各部门、特点，将响应面法应用于隧道衬砌的可靠性分析。行业的结构设计规范转轨研究的大背景及动力源泉。2006年伍国军等基于连续介质力学模型，提出了多而建立正确的隧道结构可靠度计算模型是本次隧道设元线性或非线性回归拟合显式的功能函数，然后对圆计规范转轨的前提条件。形隧洞的衬砌结构进行敏感性和可靠性分析。2007年李志华开展了施工期盾构隧道开挖面稳定及初1隧道结构可靠度研究现状期支护结构可靠度、使用期隧道空间

5、结构体系可靠度2006年日本土木学会对《隧道设计规范(盾构)及和抗震可靠度、老化期隧道结构可靠度三方面的研究。解说》进行修订⋯，增补了概率极限状态设计方法，并2008年宋玉香等应用概率理论及工程结构系统可且与容许应力法一起，都可在管片结构设计时选用。靠度分析方法，对整个隧道结构系统可靠度进行了探2009年日本早稻田大学小泉淳教授领导的管片设计讨。2012年姚贝贝等开展了基于响应面和重要抽方法研究部主编了《盾构隧道管片设计——从容许应样法的隧道衬砌结构时变可靠度研究，发展了隧道结力设计法到极限状态设计法》，代表了日本盾构隧构可靠度计

6、算方法。道管片极限状态法设计的最新成果。日本明挖隧道设已有文献资料表明，隧道结构可靠性研究主要集计已经采用极限状态法，美国未见针对隧道的专业规中在隧道结构可靠度计算方法、隧道结构系统可靠度、时变可靠度等方面。由于隧道结构可靠度计算模型输入的随机变量缺少真实的概率分布类型和统计特征，收稿日期：2013-12-2O；修回日期：2014一Ol一25基金项目：铁道部科技研究开发计划项目(2012G014一A一4)；中铁二院院基础研究都很不充分，如作用效应和结构抗力是否符控项目[院计划13164174(12-14)]合计算的假定等。到目前为

7、止，相关科研课题仍然没作者简介：李奎(1979一)，男，四JII资阳人，工程师，博士。有很好地解决这些问题，因此，本文借助探讨深埋隧道2014年第7期李奎等：深埋隧道素混凝土衬砌可靠度计算模型研究39素混凝土衬砌可靠度计算模型，归纳总结当前隧道结抗力的分布类型，最后选用正确的可靠度指标的计算构可靠度计算存在的一些关键问题。方法，即中心点法和验算点法(H—L法和Jc法等)。本文研究深埋隧道素混凝土衬砌可靠度计算模型时采2素混凝土衬砌可靠度计算模型用功能函数综合变量模拟法。隧道二次衬砌的功能函数可以归纳为两个综合随ANSYS程序中的P

8、DS模块将有限元分析与概率机变量，即作用效应s和结构抗力。其中，作用效应设计相结合，可以采用蒙特卡罗法中的拉丁超立方抽5是指衬砌上的作用引起的各种内力(轴力和弯矩)、样技术。拉丁超立方抽样技术，能够避免抽取的数据变形、位移等；而衬砌抗力是指衬砌抵抗