CN115526483A - 一种盾构隧道结构抗震韧性的快速评价方法以及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种盾构隧道结构抗震韧性的快速评价方法以及系统，涉及盾构隧道性能测试技术的领域，其包括获取隧道基础信息、外界因素信息和评价标准信息；形成模型信息并执行有限元程序；获取当前状态信息；获取监测点坐标信息以及应力信息；判断应力信息是否达到峰值应力信息；若否，则形成方程组信息；计算椭圆系数信息；计算椭圆参数信息；计算弹性椭圆度信息；若是，则获取塑性单元信息；计算塑性区域体积信息；计算塑性椭圆度信息；计算抗震韧性信息；确定抗震韧性评价结果信息并输出。本申请具有通过设置多种参数输入到有限元程序中形成评价模型，考虑因素更加全面，评价流程简洁快速，评价结果更加准确的效果。
Description
技术领域
本申请涉及盾构隧道性能测试技术的领域，尤其是涉及一种盾构隧道结构抗震韧性的快速评价方法以及系统。
背景技术
盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。
目前我国开展的大规模的盾构隧道建设，盾构隧道作为城市生命线的重要构成部分，其抗震韧性的表现将对城市的稳定运行产生重大影响。
针对上述中的相关技术，发明人认为，目前对于盾构隧道抗震性能的研究集中于震中的表现，对于盾构隧道抗震性能的评价存在着评价粗糙、准确度低的问题，尚有改进的空间。
发明内容
为了改善对于盾构隧道抗震性能的评价存在着评价粗糙、准确度低的问题，本申请提供一种盾构隧道结构抗震韧性的快速评价方法、系统、存储介质及智能终端。
第一方面，本申请提供一种盾构隧道结构抗震韧性的快速评价方法，采用如下的技术方案：
一种盾构隧道结构抗震韧性的快速评价方法，包括：
获取隧道基础信息、外界因素信息和评价标准信息；
将隧道基础信息、外界因素信息和预设的模型参数信息输入到有限元程序中形成模型信息并执行有限元程序；
获取当前状态信息；
从执行的有限元程序中获取当前状态信息时的监测点坐标信息以及对应的应力信息；
判断应力信息是否达到预设的峰值应力信息；
若否，则通过监测点坐标信息形成方程组信息；
根据方程组信息计算出椭圆系数信息；
根据椭圆系数信息计算出椭圆参数信息；
根据椭圆参数信息和模型参数信息计算出弹性椭圆度信息；
若是，则获取塑性单元信息；
根据塑性单元信息计算出塑性区域体积信息；
根据塑性区域体积信息、模型参数信息和弹性椭圆度信息计算出塑性椭圆度信息；
根据弹性椭圆度信息或者塑性椭圆度信息和初始椭圆度信息分别计算抗震韧性信息；
将抗震韧性信息和评价标准信息进行匹配分析以确定抗震韧性评价结果信息并输出。
通过采用上述技术方案，通过设置多种参数输入到有限元程序中形成各个因素影响下的盾构隧道抗震韧性的评价模型，然后根据对应的监测点坐标变化计算不同阶段的椭圆度，从而计算出抗震韧性并进行评价，考虑因素更加全面，评价流程简洁快速，评价结果更加准确。
可选的，将抗震韧性信息和评价标准信息进行匹配的方法包括：
获取当前状态信息对应的螺栓应力信息；
判断螺栓应力信息是否达到预设的最大屈服应力信息；
若是，则将该螺栓标记为屈服螺栓信息；
若否，则将该螺栓标记为未屈服螺栓信息；
统计屈服螺栓信息和未屈服螺栓信息的数量，将屈服螺栓信息的数量定义为屈服螺栓数量信息，将未屈服螺栓信息的数量定义为未屈服螺栓数量信息；
判断屈服螺栓数量信息是否为0；
若是，则将抗震韧性信息和评价标准信息进行匹配；
若否，则根据屈服螺栓数量信息和未屈服螺栓数量信息计算出屈服占比信息；
根据预设的折减数据库中所存储的折减系数信息和当前状态信息以及屈服占比信息进行匹配分析以确定当前状态信息以及屈服占比信息所对应的折减系数，将该折减系数定义为当前折减系数信息；
将抗震韧性信息按照当前折减系数信息进行折减后得到折减抗震韧性信息；
将折减抗震韧性信息和评价标准信息进行匹配分析以确定抗震韧性评价结果信息并输出。
通过采用上述技术方案，考虑螺栓是否达到屈服应力从而形成屈服螺栓占比，根据屈服螺栓占比对最终计算的结果进行折减，使得抗震韧性评价结果考虑更加全面，结果进一步地更加准确。
可选的，外界因素信息包括地震烈度信息，地震烈度信息的确定方法包括：
获取最高设防烈度信息；
根据预设的加速度数据库中所存储的加速度信息和最高设防烈度信息进行匹配分析以确定最高设防烈度信息所对应的加速度，将该加速度定义为地震波加速度信息；
任意选取预设的地震波波形信息中的波形区间信息，将该选取的波形区间信息定义为当前波形区间信息；
根据当前波形区间信息和地震波加速度信息进行计算得到当前目标波形信息；
将当前目标波形信息输入后计算不同的当前状态信息下的弹性椭圆度信息之间的差值，将该差值定义为椭圆度增加量信息；
判断椭圆度增加量信息是否大于预设的效果阈值信息；
若大于，则将当前波形区间信息定义为最终波形区间信息并输出；
若小于，则重新选取当前波形区间信息并重新进行模拟试验。
通过采用上述技术方案，通过不断调整不同地震波形来得到适合的地震波，使得可以得到想要的破坏效果从而对模型进行地震破坏，充分考虑最差的情况，从而使得模拟结果更加严峻，之后采取的措施更加安全，提高了评价结果的可靠性。
可选的，模型参数信息的确定方法包括：
获取实际隧道外径信息和盾构管片宽度信息；
根据预设的放大数据库中所存储的尺寸倍数信息和实际隧道外径信息进行匹配分析以确定实际隧道外径信息所对应的尺寸倍数，将该尺寸倍数定义为合理尺寸倍数信息；
根据放大数据库中所存储的深度倍数信息和盾构管片宽度信息进行匹配分析以确定盾构管片宽度信息所对应的深度倍数，将该深度倍数定义为合理深度倍数信息；
根据实际隧道外径信息和合理尺寸倍数信息进行计算得到模型尺寸信息；
根据盾构管片宽度信息和深度倍数信息进行计算得到模型深度信息；
将模型参数信息中的模型尺寸设置为模型尺寸信息，模型深度设置为模型深度信息。
通过采用上述技术方案，通过将模型的尺寸较原先盾构隧道的形状和尺寸大上一定的比例，从而使得模型在受到地震时发生形变的监测的范围更加大而充分监测到盾构隧道变形后的位置，减少了模型的边界效应，提高了模型模拟的准确性。
可选的，塑性椭圆度信息的计算公式包括：
通过采用上述技术方案，通过设置系数K，从而使得盾构隧道在出现塑性区域时的椭圆度参考数值更加符合要求，而不同于弹性状态下的数据，提高了椭圆度以及抗震韧性计算的合理性。
可选的，塑性阶段椭圆度扩大系数信息的确定方法包括：
根据塑性区域体积信息和模型参数信息计算出塑性占比信息；
根据预设的调整数据库中所存储的扩大系数信息和塑性占比信息进行匹配分析以确定塑性占比信息所对应的扩大系数，将该扩大系数定义为理论扩大系数信息；
判断理论扩大系数信息是否落入预设的合理系数范围内；
若落入，则输出理论扩大系数信息；
若大于合理系数范围，则筛选出合理系数范围中的最大值，将该值定义为最大系数信息；
将塑性阶段椭圆度扩大系数信息更新为最大系数信息；
若小于合理系数范围，则筛选出合理系数范围中的最小值，将该值定义为最小系数信息；
将塑性阶段椭圆度扩大系数信息更新为最小系数信息。
通过采用上述技术方案，通过计算塑性阶段的体积变化比来调整系数k，使得系数k可以根据不同的环境进行调节，对盾构模型的塑性椭圆度计算数据进行调整，使得抗震韧性评价结果更加合理。
可选的，当前状态信息包括震中状态信息，根据弹性椭圆度信息或者塑性椭圆度信息和初始椭圆度信息计算震中状态信息的抗震韧性信息的方法包括：
获取进入时间节点信息并计算当前波形区间信息所对应的时间跨度信息；
根据时间跨度信息和预设的间隔时间信息计算出检测数量信息；
根据进入时间节点信息、间隔时间信息以及检测数量信息计算出检测节点信息；
分别获取检测节点信息对应的监测点坐标信息；
根据监测点坐标信息得到震中椭圆度信息；
根据震中椭圆度信息计算出震中椭圆度均值信息；
根据震中椭圆度均值信息和初始椭圆度信息计算震中抗震韧性信息并输出。
通过采用上述技术方案，通过将震中状态的所有监测数据计算后得到的椭圆度进行平均化使得震中抗震韧性的数据更加合理而并非存在异常点，从而使得数据参考价值更高，更加符合自然规律，评价结果更加合理且综合。
可选的，将折减抗震韧性信息和评价标准信息进行匹配分析以确定抗震韧性评价结果信息并输出的方法包括：
根据预设的表达数据库中所存储的表达数字信息和抗震韧性评价结果信息进行匹配分析确定抗震韧性评价结果信息所对应的表达数字，将该表达数字定义为表达数字信息；
根据预设的比例数据库中所存储的位数比例信息和当前状态信息进行匹配分析以确定当前状态信息所对应的位数比例，将该位数比例定义为当前位数比例信息；
将所有的当前状态信息对应的表达数字信息和当前位数比例信息之积相加后得到最终输出数字信息；
将抗震韧性评价结果信息以最终输出数字信息输出。
通过采用上述技术方案，将每个阶段的数据以数字排列的形式进行输出，使得最终的结果可以以较少的数据出现且一目了然，提高了结果输出的快速性和高效性。
可选的，将抗震韧性评价结果信息以最终输出数字信息输出的方法包括：
将当前状态信息进行排序，对应为震前状态的为最小状态信息；
判断最小状态信息所对应的抗震韧性评价结果信息是否大于位于最小状态信息之后的当前状态信息对应的抗震韧性评价结果信息；
若是，则将抗震韧性评价结果信息以最终输出数字信息输出；
若否，则将大于最小状态信息的抗震韧性评价结果信息的当前状态信息定义为异常状态信息；输出异常状态信息、预设的数据异常信息和数据核对信息；
于接收到用户输入的数据确认信息后更新最终输出数字信息并进行输出。
通过采用上述技术方案，当后续变化过程中的数据相较于最初状态下的数据更好时说明数据错误的情况发生，则需要用户进行确认，当仍然确定数据较好时则将对应的异常点的数据更新为最初状态下的数据而避免违背自然规律的情况发生，提高了模拟计算的合理性。
第二方面，本申请提供一种盾构隧道结构抗震韧性的快速评价系统，采用如下的技术方案：
一种盾构隧道结构抗震韧性的快速评价系统，包括：
获取模块，用于获取隧道基础信息、外界因素信息、评价标准信息、当前状态信息、塑性单元信息、螺栓应力信息、最高设防烈度信息、地震波波形信息、实际隧道外径信息、盾构管片宽度信息和监测点坐标信息；
存储器，用于存储上述任一种盾构隧道结构抗震韧性的快速评价方法的控制方法的程序；处理器，存储器中的程序能够被处理器加载执行且实现上述任一种盾构隧道结构抗震韧性的快速评价方法的控制方法。
通过采用上述技术方案，通过设置多种参数输入到有限元程序中形成各个因素影响下的盾构隧道抗震韧性的评价模型，然后根据对应的监测点坐标变化计算不同阶段的椭圆度，从而计算出抗震韧性并进行评价，考虑因素更加全面，评价流程简洁快速，评价结果更加准确。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.通过设置多种参数输入到有限元程序中形成评价模型，考虑因素更加全面，评价流程简洁快速，评价结果更加准确；
2.考虑屈服螺栓占比，根据屈服螺栓占比对最终计算的结果进行折减，使得抗震韧性评价结果考虑更加全面，结果进一步地更加准确；
3.将每个阶段的数据以数字排列的形式进行输出，使得最终的结果可以以较少的数据出现且一目了然，提高了结果输出的快速性和高效性。
附图说明
图1是本申请实施例中的一种盾构隧道结构抗震韧性的快速评价方法的流程图。
图2是本申请实施例中的将抗震韧性信息和评价标准信息进行匹配的方法的流程图。
图3是本申请实施例中的地震烈度信息的确定方法包括的流程图。
图4是本申请实施例中的模型参数信息的确定方法的流程图。
图5是本申请实施例中的塑性阶段椭圆度扩大系数信息的确定方法的流程图。
图6是本申请实施例中的根据弹性椭圆度信息或者塑性椭圆度信息和初始椭圆度信息计算震中状态信息的抗震韧性信息的流程图。
图7是本申请实施例中的将折减抗震韧性信息和评价标准信息进行匹配分析以确定抗震韧性评价结果信息并输出的方法的流程图。
图8是本申请实施例中的将抗震韧性评价结果信息以最终输出数字信息输出的方法的流程图。
图9是本申请实施例中的一种盾构隧道结构抗震韧性的快速评价方法的系统模块图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-9及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请实施例公开一种盾构隧道结构抗震韧性的快速评价方法。参照图1，盾构隧道结构抗震韧性的快速评价方法包括：
步骤100：获取隧道基础信息、外界因素信息和评价标准信息。
隧道基础信息为隧道的设计资料中的基础的各种参数、数量规格等信息，例如：盾构隧道尺寸、管片拼装形式、接头类型、管片材料、隧道长度、减震措施等。获取的方式为人为输入的方式。外界因素信息为盾构隧道所处的环境中存在的影响抗震韧性的因素的信息，例如：地层情况、地震烈度、注浆质量、施工质量、运营维护、初始应力场、地下水情况等。获取的方式也是人为输入的方式。在本申请中，对于一般的盾构隧道抗震韧性快速评价选取隧道结构、隧道长度、地层情况、接头类型、地震烈度、管片材料及注浆质量这七个因素作为主要的影响因素。隧道结构、隧道长度参照设计资料进行选取；地层情况的选取按照保障最低安全性的原则进行，选取存在重大不良地质体(如：滑坡、断层、溶洞、地震带)的区间段；接头类型的选取考虑盾构隧道常用螺栓接头类型，螺栓形状包括直螺栓接头与弯曲螺栓接头，通过降温法对螺栓施加预紧力；管片材料的选取参照盾构隧道设计方案，考虑管片材料的弹塑性性能。将盾构隧道管片考虑为钢筋混凝土材质，各级混凝土及钢筋材料参数按照《混凝土结构设计规范》选取，混凝土为混凝土损伤塑性本构，钢筋为双折线型本构，钢筋内置于混凝土内部；注浆质量主要影响盾构隧道与地层之间的相互作用。盾构隧道结构与地层的相互作用选取依据以下准则，地层为沙土层时选取理想摩擦本构摩擦系数为0.3，地层为粘性土层或土层进行注浆时选取粘结滑移本构。
评价标准信息为最终计算分析得到的数据不同而导致韧性判断的结果不同的准则的信息。为本领域工作人员根据实际的情况以及相关法规及技术规范要求进行确定得到的。
步骤101：将隧道基础信息、外界因素信息和预设的模型参数信息输入到有限元程序中形成模型信息并执行有限元程序。
模型参数信息为模型的尺寸以及深度的信息。此处是人为输入的。模型信息为输入不同的因素后发生变化的模型的信息。有限元程序为能够建立模型并根据输入的参数而发生模拟变化的程序，例如商用的有限元软件ABAQUS,输入的因素也可以是重大不良地质体、隧道结构、隧道长度、接头类型、地震烈度、管片材料、及注浆情况，主观因素也就是控制地震的烈度，持续时间，加速度，振幅等参数。此处一个因素对应一个模型，也可以是一个因素对应多个模型，比如不良地质这一情况，可以设置溶洞、断层、滑坡等，同时又可以有不同的尺寸、范围、深度，将这些因素进行充分的来考虑。
步骤102：获取当前状态信息。
当前状态信息为模型所处的状态的信息。例如：震前、震中和震后。获取的方式为判断地震波模拟是否输入以及输入完毕，如果未输入，则是震前，如果输入但未输入完毕，则是震中，如果输入完毕，则是震后。
步骤103：从执行的有限元程序中获取当前状态信息时的监测点坐标信息以及对应的应力信息。
监测点坐标信息为有限元程序的模型中的监测的边界点的坐标的信息。应力信息为对应点的混凝土单元内的应力强度的信息。两者获取的方式均可以有有限元程序模拟过程中分析出来得到的。
步骤104：判断应力信息是否达到预设的峰值应力信息。
峰值应力信息为混凝土材料弹性阶段的最大应力值。判断的目的是为了确定盾构隧道是否发生塑性损伤的情况。
步骤1041：若否，则通过监测点坐标信息形成方程组信息。
方程组信息为监测的坐标点均在一个椭圆上后形成的椭圆方程组的信息。椭圆方程组如下：
步骤1042：若是，则获取塑性单元信息。
塑性单元信息为其上应力达到过峰值应力后处于塑性阶段的单元的信息。如果是，则说明处于塑性阶段，则需要确定塑性单元信息。
步骤105：根据方程组信息计算出椭圆系数信息。
计算的方式为将所有的坐标点(xi,yi)输入到方程组中后得到五元四次方程组，然后计算其中的5个未知数即可。选择10个坐标点的目的是为了方便解出方程组的解。
步骤106：根据椭圆系数信息计算出椭圆参数信息。
椭圆参数信息为椭圆圆心的横坐标、纵坐标、椭圆的长半轴、短半轴的信息。当得知系数A、B、C、D、E的值后也就找到了椭圆的通用公式，通过转换可以得到长半轴和短半轴的数值。而
横坐标和纵坐标的计算公式如下：
步骤107：根据椭圆参数信息和模型参数信息计算出弹性椭圆度信息。
弹性椭圆度信息为盾构隧道在弹性阶段内的椭圆度的信息。计算的方式为
其中，Enormal为盾构隧道震前的椭圆度，a为椭圆的长半轴，b为椭圆的短半轴，d为盾构隧道的设计外径，为人为输入的数据。
步骤108：根据塑性单元信息计算出塑性区域体积信息。
塑性区域体积信息为塑性单元组合在一起的体积的信息。计算的公式为：
其中m为发生塑性损伤的基本单元数量，Splasticity为塑性损伤区的体积，xi、yi、zi为出现塑性损伤的基本单元中心点的坐标。
步骤109：根据塑性区域体积信息、模型参数信息和弹性椭圆度信息计算出塑性椭圆度信息。
塑性椭圆度信息为发生塑性损伤后的盾构隧道的椭圆度的信息。计算的方式：
其中，Eplasticity为发生塑性损伤的盾构隧道椭圆度，Snormal为盾构隧道模型的初始体积，k为盾构隧道塑性阶段椭圆度扩大系数，Enormal为盾构隧道未发生塑性损伤时震前、震中、震后的椭圆度。
步骤110：根据弹性椭圆度信息或者塑性椭圆度信息和初始椭圆度信息分别计算抗震韧性信息。
抗震韧性信息为盾构隧道的抗震韧性以数字形式表达的信息。
步骤111：将抗震韧性信息和评价标准信息进行匹配分析以确定抗震韧性评价结果信息并输出。
抗震韧性评价结果信息为抗震韧性所对应的数字所对应的结果的信息。匹配的方式可以参照如下表格所述的方式：
参照图2，将抗震韧性信息和评价标准信息进行匹配的方法包括：
步骤200：获取当前状态信息对应的螺栓应力信息。
螺栓应力信息为螺栓上在当前状态信息下的应力的信息。
步骤201：判断螺栓应力信息是否达到预设的最大屈服应力信息。
最大屈服应力信息为最大的屈服应力的信息。判断的方式为将所有的螺栓应力信息均和最大屈服应力信息进行比较，只要其中一个螺栓应力信息大于等于最大屈服应力信息即可判断为是。
步骤2011：若是，则将该螺栓标记为屈服螺栓信息。
屈服螺栓信息为已经发生屈服破坏的螺栓的信息。如果是，则说明此螺栓以及发生了屈服破坏，则标记为屈服螺栓信息。
步骤2012：若否，则将该螺栓标记为未屈服螺栓信息。
未屈服螺栓信息为还没有发生屈服破坏的螺栓的信息。如果不是，则说明从未达到过最大屈服应力信息的状态，则没有发生屈服破坏，标记为未屈服螺栓信息。
步骤202：统计屈服螺栓信息和未屈服螺栓信息的数量，将屈服螺栓信息的数量定义为屈服螺栓数量信息，将未屈服螺栓信息的数量定义为未屈服螺栓数量信息。
屈服螺栓数量信息为屈服螺栓信息的数量。未屈服螺栓数量信息为未屈服螺栓信息的数量。统计的方式为累加的方式，当选择的一个螺栓为屈服螺栓信息时则在屈服螺栓数量信息上增加1。
步骤203：判断屈服螺栓数量信息是否为0。
步骤2031：若是，则将抗震韧性信息和评价标准信息进行匹配。
如果是，则说明没有发生屈服破坏，则可以直接进行计算得到抗震韧性评价结果信息。
步骤2032：若否，则根据屈服螺栓数量信息和未屈服螺栓数量信息计算出屈服占比信息。
屈服占比信息为屈服螺栓占据所有螺栓的比例的信息。计算的方式为将屈服螺栓数量信息除以所有的螺栓总数。如果不是，则说明有部分已经发生屈服破坏，则需要考虑屈服破坏带来的影响。
步骤204：根据预设的折减数据库中所存储的折减系数信息和当前状态信息以及屈服占比信息进行匹配分析以确定当前状态信息以及屈服占比信息所对应的折减系数，将该折减系数定义为当前折减系数信息。
当前折减系数信息为在该屈服占比信息的情况下对抗震韧性的数值需要打上一定的折扣以保证安全性时对应的折扣的数值。数据库中存储有折减系数信息和当前状态信息以及屈服占比信息的映射关系，由本领域工作人员基于大量数值模拟结果以及工程实际测量数据总结的经验系数。如下表格所示：
当系统接收到对应的屈服螺栓占比信息和当前状态信息时自动从数据库中查找出对应的折减系数，以当前折减系数信息进行输出。
步骤205：将抗震韧性信息按照当前折减系数信息进行折减后得到折减抗震韧性信息。
折减抗震韧性信息为折减后的抗震韧性的评价数值。计算的方式为两者相乘。
步骤206：将折减抗震韧性信息和评价标准信息进行匹配分析以确定抗震韧性评价结果信息并输出。
参照图3，外界因素信息包括地震烈度信息，地震烈度信息的确定方法包括：
步骤300：获取最高设防烈度信息。
最高设防烈度信息为选取当地的地震波的最高烈度的信息。获取的方式可以是查找网络资料文献然后由认为输入得到的。
步骤301：根据预设的加速度数据库中所存储的加速度信息和最高设防烈度信息进行匹配分析以确定最高设防烈度信息所对应的加速度，将该加速度定义为地震波加速度信息。
地震波加速度信息为地震波的加速度的信息。数据库中存储有加速度信息和最高设防烈度信息的映射关系，由本领域工作人员根据大量的试验和经验以及理论计算得到的。当系统接收到对应的最高设防烈度信息时，自动从数据库中查找到对应的加速度，以地震波加速度信息进行输出。
步骤302：任意选取预设的地震波波形信息中的波形区间信息，将该选取的波形区间信息定义为当前波形区间信息。
地震波波形信息为选取的将要输入到有限元程序中的波形的信息。当前波形区间信息为选取的波形区间的信息。例如：5-20s的波形。
此处地震波形选取汶川地震典型波形，汶川地震波常被用来进行地下结构抗震的分析，同时汶川地震也是我国近二十年来经历的强度最大，破坏程度最严重的一次地震，选用这个波形是因为其数据较全面，具有代表性，同时他的加速度、幅值、震动时间也比较好调控，可以使得模型能够达到想要的破坏效果。
步骤303：根据当前波形区间信息和地震波加速度信息进行计算得到当前目标波形信息。
当前目标波形信息为将地震波形按照最强设防烈度信息进行转化后得到的适配当地地震情况的波形。计算的方式如下：
其中，N(t)目标地震波形，M(t)为四川汶川地震波典型波形，Ntarget为地震波加速度，Mmax为汶川地震典型地震波最大振幅，地震波输入频率为200Hz。
步骤304：将当前目标波形信息输入后计算不同的当前状态信息下的弹性椭圆度信息之间的差值，将该差值定义为椭圆度增加量信息。
椭圆度增加量信息为在当前目标波形信息输入后计算不同的当前状态信息下的弹性椭圆度信息之间的差值的信息。计算的方式为将后者的状态下的弹性椭圆度减去最初的状态下的弹性椭圆度。此处以震后或者震中状态下的弹性椭圆度减去震前的弹性椭圆度。
步骤305：判断椭圆度增加量信息是否大于预设的效果阈值信息。
效果阈值信息为工作人员预期想要达到的破坏效果所对应的数值的信息。
步骤3051：若大于，则将当前波形区间信息定义为最终波形区间信息并输出。
最终波形区间信息为最后确定要输入并模拟的波形的信息。此处测试的唯一条件为地震波波形，其余部分均为正常的数值。如果大于，则说明此时的波形已经达到想要的效果，所以可以确定为理想的波形。
步骤3052：若小于，则重新选取当前波形区间信息并重新进行模拟试验。
如果不是，则说明不符合测试人员的预想效果，所以需要调整对应的波形区间来进行模拟试验。
参照图4，模型参数信息的确定方法包括：
步骤400：获取实际隧道外径信息和盾构管片宽度信息。
实际隧道外径信息为实际将要安装于现实生活中的盾构隧道的外径的信息。盾构管片宽度信息为组成盾构隧道的管片的宽度的信息。获取的方式为人为输入的方式。
步骤401：根据预设的放大数据库中所存储的尺寸倍数信息和实际隧道外径信息进行匹配分析以确定实际隧道外径信息所对应的尺寸倍数，将该尺寸倍数定义为合理尺寸倍数信息。
合理尺寸倍数信息为模型的外径或者宽度等相较于盾构隧道的外径的合理倍数信息，此处以能够降低模型的边界效应为准。数据库中存储有尺寸倍数信息和实际隧道外径信息的范围值的映射关系。由本领域工作人员在无数次的有限元程序分析过程中不断调整倍数后得到的既不会存在大量的无效区域，也不会存在边界效应的情况的合理尺寸倍数。当系统接收到对应的实际隧道外径信息后，确定其落入的范围，然后查找到对应的合理尺寸倍数信息进行输出。
步骤402：根据放大数据库中所存储的深度倍数信息和盾构管片宽度信息进行匹配分析以确定盾构管片宽度信息所对应的深度倍数，将该深度倍数定义为合理深度倍数信息。
合理深度倍数信息为模型的深度相较于盾构管片宽度的合理倍数信息，此处以能够降低模型的边界效应为准。数据库中存储有深度倍数信息和盾构管片宽度信息的范围值的映射关系。由本领域工作人员在无数次的有限元程序分析过程中不断调整倍数后得到的既不会存在大量的无效区域，也不会存在边界效应的情况的合理深度倍数。当系统接收到对应的盾构管片宽度信息后，确定其落入的范围，然后查找到对应的合理深度倍数信息进行输出。
步骤403：根据实际隧道外径信息和合理尺寸倍数信息进行计算得到模型尺寸信息。
模型尺寸信息为模型的尺寸的信息。计算的方式为实际隧道外径信息和合理尺寸倍数信息相乘得到。
步骤404：根据盾构管片宽度信息和深度倍数信息进行计算得到模型深度信息。
模型深度信息为模型深度的信息。计算的方式为盾构管片宽度信息和深度倍数信息相乘得到。
步骤405：将模型参数信息中的模型尺寸设置为模型尺寸信息，模型深度设置为模型深度信息。
参照图5，塑性阶段椭圆度扩大系数信息的确定方法包括：
步骤500：根据塑性区域体积信息和模型参数信息计算出塑性占比信息。
塑性占比信息为塑性区域体积占据所有区域体积的百分比的信息。计算的方式在步骤106内已经公开，在此不做赘述。
步骤501：根据预设的调整数据库中所存储的扩大系数信息和塑性占比信息进行匹配分析以确定塑性占比信息所对应的扩大系数，将该扩大系数定义为理论扩大系数信息。
理论扩大系数信息为理论上在塑性占比信息的情况下的扩大系数的信息。数据库中储存有扩大系数信息和塑性占比信息的映射关系，在实际工作中，比值越大k值就越大。由本领域工作人员根据经验选取输入的。当系统接收到塑性占比信息后自动从数据库中查找到对应的扩大系数，以理论扩大系数信息进行输出。
步骤502：判断理论扩大系数信息是否落入预设的合理系数范围内。
合理系数范围为合理的系数的范围的信息。例如：1.05-1.35。
步骤5021：若落入，则输出理论扩大系数信息。
如果落入，则说明是合理的范围内则以理论扩大系数信息输出。
步骤5022：若大于合理系数范围，则筛选出合理系数范围中的最大值，将该值定义为最大系数信息。
最大系数信息为合理系数范围所对应的系数值中最大的数值。如果大于，则说明不落入合理范围内，故而为了能够在范围内最接近理论扩大系数信息，则以最大系数信息输出。在本实施例中，同时也会输出警报信息，此处警报信息以红点为例，以警示用户此处在有限元程序分析中是异常数据，需要用户确认。
步骤5023：若小于合理系数范围，则筛选出合理系数范围中的最小值，将该值定义为最小系数信息。
最小系数信息为合理系数范围所对应的系数值中最小的数值。如果小于，则说明不落入合理范围内，故而为了能够在范围内最接近理论扩大系数信息，则以最小系数信息输出。在本实施例中，同时也会输出警报信息，此处警报信息以红点为例，以警示用户此处在有限元程序分析中是异常数据，需要用户确认。
步骤503：将塑性阶段椭圆度扩大系数信息更新为最大系数信息。
步骤504：将塑性阶段椭圆度扩大系数信息更新为最小系数信息。
参照图6，当前状态信息包括震中状态信息，根据弹性椭圆度信息或者塑性椭圆度信息和初始椭圆度信息计算震中状态信息的抗震韧性信息的方法包括：
步骤600：获取进入时间节点信息并计算当前波形区间信息所对应的时间跨度信息。
进入时间节点信息为从有限元程序运行开始计时到地震波形输入到程序中并进行影响的时间节点的信息。时间跨度信息为当前波形区间信息的长度的信息。计算的方式为将当前波形区间信息的最大时间节点和最小时间节点相减得到。例如：15s。
步骤601：根据时间跨度信息和预设的间隔时间信息计算出检测数量信息。
间隔时间信息为人为设定的检测时间点之间的间隔时间的信息。例如：0.1s。检测数量信息为检测时间节点的数量的信息。计算的方式为时间跨度信息除以间隔时间信息得到。
步骤602：根据进入时间节点信息、间隔时间信息以及检测数量信息计算出检测节点信息。
检测节点信息为从进入时间节点信息开始间隔间隔时间信息的整数倍之后的时间节点的信息。计算的方式为将间隔时间信息乘以小于等于检测数量信息的整数后得到不同数量间隔时间信息的时间节点的信息。
步骤603：分别获取检测节点信息对应的监测点坐标信息。
监测点坐标信息为监测变化的有限元程序上的坐标点的信息。获取的方式为从有限元程序中获取。
步骤604：根据监测点坐标信息得到震中椭圆度信息。
震中椭圆度信息为在震动过程中某个检测节点信息时的椭圆度的信息。计算的方式和步骤104-109一致，在此不做赘述。
步骤605：根据震中椭圆度信息计算出震中椭圆度均值信息。
震中椭圆度均值信息为所有的检测节点信息对应的震中椭圆度信息的平均值。计算的公式如下所示：
其中，Ei为每个检测节点信息对应的震中椭圆度信息。
步骤606：根据震中椭圆度均值信息和初始椭圆度信息计算震中抗震韧性信息并输出。
参照图7，将折减抗震韧性信息和评价标准信息进行匹配分析以确定抗震韧性评价结果信息并输出的方法包括：
步骤700：根据预设的表达数据库中所存储的表达数字信息和抗震韧性评价结果信息进行匹配分析确定抗震韧性评价结果信息所对应的表达数字，将该表达数字定义为表达数字信息。
表达数字信息为对应不同韧性的数字的信息，数据库中存储有表达数字信息和抗震韧性评价结果信息的映射关系。例如：高韧性对应为1，中韧性对应为2，低韧性对应为3等。由本领域工作人员人为设定的数值。当系统接收到对应的抗震韧性评价结果信息时，则从数据库中查找出对应的表达数字，以表达数字信息进行输出。
步骤701：根据预设的比例数据库中所存储的位数比例信息和当前状态信息进行匹配分析以确定当前状态信息所对应的位数比例，将该位数比例定义为当前位数比例信息。
当前位数比例信息为不同状态信息对应的不同位数的信息。数据库中存储有位数比例信息和当前状态信息的映射关系。例如：震前状态对应的比例为100，震中状态对应的位数比例为10，震后状态对应的位数比例为1。由本领域工作人员人为设定的数值。当系统接收到对应的当前状态信息时，自动从数据库中查找到对应的位数比例，以当前位数比例信息进行输出。
步骤702：将所有的当前状态信息对应的表达数字信息和当前位数比例信息之积相加后得到最终输出数字信息。
最终输出数字信息为最终显示在大屏幕上的数字的信息。计算的方式为当前状态信息对应的表达数字信息和当前位数比例信息相乘，然后将所有的积相加得到。例如：震前为高韧性，震中为低韧性，而震后为中韧性的情况下，输出的为132。
步骤703：将抗震韧性评价结果信息以最终输出数字信息输出。
将每个阶段的数据以数字排列的形式进行输出，使得最终的结果可以以较少的数据出现且一目了然，提高了结果输出的快速性和高效性。
参照图8，将抗震韧性评价结果信息以最终输出数字信息输出的方法包括：
步骤800：将当前状态信息进行排序，对应为震前状态的为最小状态信息。
最小状态信息为震前状态信息，此处排序的方法为将其按照自然规律的发生时间的先后顺序进行排列，则震前状态信息为最小状态信息。
步骤801：判断最小状态信息所对应的抗震韧性评价结果信息是否大于位于最小状态信息之后的当前状态信息对应的抗震韧性评价结果信息。
判断的目的是为了确定理论上是否会存在比震前的抗震韧性要好的情况而使得有限元程序的分析结果存在疑问。
步骤8011：若是，则将抗震韧性评价结果信息以最终输出数字信息输出。
如果是，则说明至少在理论上是符合震前状态下的抗震韧性最优的情况的，所以可以正常将抗震韧性评价结果信息以最终输出数字信息输出。
步骤8012：若否，则将大于最小状态信息的抗震韧性评价结果信息的当前状态信息定义为异常状态信息。
异常状态信息为大于最小状态信息的抗震韧性评价结果信息的当前状态信息。如果不是，则说明最小状态信息或者异常状态信息两者其中一个存在异常。
在本申请实施例中还存在以下方法来判断异常状态信息：
步骤80121：判断异常状态信息之后的当前状态信息所对应的抗震韧性评价结果信息是否均大于最小状态信息的抗震韧性评价结果信息。
步骤801211：若均大于，则将当前状态信息更新为异常状态信息。
如果均大于，则说明后续的分析是正确的，则说明异常出现了最小状态信息上，则可以将当前状态信息更新为异常状态信息。
步骤801212：若小于，则不进行改变。
如果小于，则说明仅存在该处为异常状态，则不改变异常状态信息。
步骤802：输出异常状态信息、预设的数据异常信息和数据核对信息。
数据异常信息为表达出该状态下的抗震韧性评价结果信息的数据是错误的情况的信息。数据核对信息为需要人为进行操作核对的信息。输出的方式可以为红灯指示的方式并提供是否确认数据异常的按钮。
步骤803：于接收到用户输入的数据确认信息后更新最终输出数字信息并进行输出。
数据确认信息为用户对数据进行过核对并修改后其中错误的数据的信息。当输入正确数据后则可以将其更新至最终输出数字信息并进行输出。
基于同一发明构思，本发明实施例提供一种盾构隧道结构抗震韧性的快速评价系统。
参照图9，一种盾构隧道结构抗震韧性的快速评价系统，包括：
获取模块，用于获取隧道基础信息、外界因素信息、评价标准信息、当前状态信息、塑性单元信息、螺栓应力信息、最高设防烈度信息、地震波波形信息、实际隧道外径信息、盾构管片宽度信息和监测点坐标信息；
存储器，用于存储盾构隧道结构抗震韧性的快速评价方法的控制方法的程序；
处理器，存储器中的程序能够被处理器加载执行且实现盾构隧道结构抗震韧性的快速评价方法的控制方法。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，本说明书(包括摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
Claims (10)
1.一种盾构隧道结构抗震韧性的快速评价方法，其特征在于，包括：
获取隧道基础信息、外界因素信息和评价标准信息；
将隧道基础信息、外界因素信息和预设的模型参数信息输入到有限元程序中形成模型信息并执行有限元程序；
获取当前状态信息；
从执行的有限元程序中获取当前状态信息时的监测点坐标信息以及对应的应力信息；
判断应力信息是否达到预设的峰值应力信息；
若否，则通过监测点坐标信息形成方程组信息；
根据方程组信息计算出椭圆系数信息；
根据椭圆系数信息计算出椭圆参数信息；
根据椭圆参数信息和模型参数信息计算出弹性椭圆度信息；
若是，则获取塑性单元信息；
根据塑性单元信息计算出塑性区域体积信息；
根据塑性区域体积信息、模型参数信息和弹性椭圆度信息计算出塑性椭圆度信息；
根据弹性椭圆度信息或者塑性椭圆度信息和初始椭圆度信息分别计算抗震韧性信息；
将抗震韧性信息和评价标准信息进行匹配分析以确定抗震韧性评价结果信息并输出。
2.根据权利要求1所述的一种盾构隧道结构抗震韧性的快速评价方法，其特征在于，将抗震韧性信息和评价标准信息进行匹配的方法包括：
获取当前状态信息对应的螺栓应力信息；
判断螺栓应力信息是否达到预设的最大屈服应力信息；
若是，则将该螺栓标记为屈服螺栓信息；
若否，则将该螺栓标记为未屈服螺栓信息；
统计屈服螺栓信息和未屈服螺栓信息的数量，将屈服螺栓信息的数量定义为屈服螺栓数量信息，将未屈服螺栓信息的数量定义为未屈服螺栓数量信息；
判断屈服螺栓数量信息是否为0；
若是，则将抗震韧性信息和评价标准信息进行匹配；
若否，则根据屈服螺栓数量信息和未屈服螺栓数量信息计算出屈服占比信息；
根据预设的折减数据库中所存储的折减系数信息和当前状态信息以及屈服占比信息进行匹配分析以确定当前状态信息以及屈服占比信息所对应的折减系数，将该折减系数定义为当前折减系数信息；
将抗震韧性信息按照当前折减系数信息进行折减后得到折减抗震韧性信息；
将折减抗震韧性信息和评价标准信息进行匹配分析以确定抗震韧性评价结果信息并输出。
3.根据权利要求1所述的一种盾构隧道结构抗震韧性的快速评价方法，其特征在于，外界因素信息包括地震烈度信息，地震烈度信息的确定方法包括：
获取最高设防烈度信息；
根据预设的加速度数据库中所存储的加速度信息和最高设防烈度信息进行匹配分析以确定最高设防烈度信息所对应的加速度，将该加速度定义为地震波加速度信息；
任意选取预设的地震波波形信息中的波形区间信息，将该选取的波形区间信息定义为当前波形区间信息；
根据当前波形区间信息和地震波加速度信息进行计算得到当前目标波形信息；
将当前目标波形信息输入后计算不同的当前状态信息下的弹性椭圆度信息之间的差值，将该差值定义为椭圆度增加量信息；
判断椭圆度增加量信息是否大于预设的效果阈值信息；
若大于，则将当前波形区间信息定义为最终波形区间信息并输出；
若小于，则重新选取当前波形区间信息并重新进行模拟试验。
4.根据权利要求1所述的一种盾构隧道结构抗震韧性的快速评价方法，其特征在于，模型参数信息的确定方法包括：
获取实际隧道外径信息和盾构管片宽度信息；
根据预设的放大数据库中所存储的尺寸倍数信息和实际隧道外径信息进行匹配分析以确定实际隧道外径信息所对应的尺寸倍数，将该尺寸倍数定义为合理尺寸倍数信息；
根据放大数据库中所存储的深度倍数信息和盾构管片宽度信息进行匹配分析以确定盾构管片宽度信息所对应的深度倍数，将该深度倍数定义为合理深度倍数信息；
根据实际隧道外径信息和合理尺寸倍数信息进行计算得到模型尺寸信息；
根据盾构管片宽度信息和深度倍数信息进行计算得到模型深度信息；
将模型参数信息中的模型尺寸设置为模型尺寸信息，模型深度设置为模型深度信息。
5.根据权利要求1所述的一种盾构隧道结构抗震韧性的快速评价方法，其特征在于，塑性椭圆度信息的计算公式包括：
6.根据权利要求5所述的一种盾构隧道结构抗震韧性的快速评价方法，其特征在于，塑性阶段椭圆度扩大系数信息的确定方法包括：
根据塑性区域体积信息和模型参数信息计算出塑性占比信息；
根据预设的调整数据库中所存储的扩大系数信息和塑性占比信息进行匹配分析以确定塑性占比信息所对应的扩大系数，将该扩大系数定义为理论扩大系数信息；
判断理论扩大系数信息是否落入预设的合理系数范围内；
若落入，则输出理论扩大系数信息；
若大于合理系数范围，则筛选出合理系数范围中的最大值，将该值定义为最大系数信息；
将塑性阶段椭圆度扩大系数信息更新为最大系数信息；
若小于合理系数范围，则筛选出合理系数范围中的最小值，将该值定义为最小系数信息；
将塑性阶段椭圆度扩大系数信息更新为最小系数信息。
7.根据权利要求3所述的一种盾构隧道结构抗震韧性的快速评价方法，其特征在于：当前状态信息包括震中状态信息，根据弹性椭圆度信息或者塑性椭圆度信息和初始椭圆度信息计算震中状态信息的抗震韧性信息的方法包括：
获取进入时间节点信息并计算当前波形区间信息所对应的时间跨度信息；
根据时间跨度信息和预设的间隔时间信息计算出检测数量信息；
根据进入时间节点信息、间隔时间信息以及检测数量信息计算出检测节点信息；
分别获取检测节点信息对应的监测点坐标信息；
根据监测点坐标信息得到震中椭圆度信息；
根据震中椭圆度信息计算出震中椭圆度均值信息；
根据震中椭圆度均值信息和初始椭圆度信息计算震中抗震韧性信息并输出。
8.根据权利要求1所述的一种盾构隧道结构抗震韧性的快速评价方法，其特征在于：将折减抗震韧性信息和评价标准信息进行匹配分析以确定抗震韧性评价结果信息并输出的方法包括：根据预设的表达数据库中所存储的表达数字信息和抗震韧性评价结果信息进行匹配分析确定抗震韧性评价结果信息所对应的表达数字，将该表达数字定义为表达数字信息；
根据预设的比例数据库中所存储的位数比例信息和当前状态信息进行匹配分析以确定当前状态信息所对应的位数比例，将该位数比例定义为当前位数比例信息；
将所有的当前状态信息对应的表达数字信息和当前位数比例信息之积相加后得到最终输出数字信息；
将抗震韧性评价结果信息以最终输出数字信息输出。
9.根据权利要求8所述的一种盾构隧道结构抗震韧性的快速评价方法，其特征在于：将抗震韧性评价结果信息以最终输出数字信息输出的方法包括：
将当前状态信息进行排序，对应为震前状态的为最小状态信息；
判断最小状态信息所对应的抗震韧性评价结果信息是否大于位于最小状态信息之后的当前状态信息对应的抗震韧性评价结果信息；
若是，则将抗震韧性评价结果信息以最终输出数字信息输出；
若否，则将大于最小状态信息的抗震韧性评价结果信息的当前状态信息定义为异常状态信息；输出异常状态信息、预设的数据异常信息和数据核对信息；
于接收到用户输入的数据确认信息后更新最终输出数字信息并进行输出。
10.一种盾构隧道结构抗震韧性的快速评价系统，其特征在于，包括
获取模块，用于获取隧道基础信息、外界因素信息、评价标准信息、当前状态信息、塑性单元信息、螺栓应力信息、最高设防烈度信息、地震波波形信息、实际隧道外径信息、盾构管片宽度信息和监测点坐标信息；
存储器，用于存储如权利要求1至9中任一项的一种盾构隧道结构抗震韧性的快速评价方法的控制方法的程序；
处理器，存储器中的程序能够被处理器加载执行且实现如权利要求1至9中任一项的一种盾构隧道结构抗震韧性的快速评价方法的控制方法。
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| CN202211165760.9A CN115526483A (zh) | 2022-09-23 | 2022-09-23 | 一种盾构隧道结构抗震韧性的快速评价方法以及系统 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116579220A (zh) * | 2023-06-21 | 2023-08-11 | 广州地铁设计研究院股份有限公司 | 一种地铁错缝盾构隧道的结构安全评估方法 |
| CN117172032A (zh) * | 2023-10-30 | 2023-12-05 | 深圳大学 | 一种基于隧道上浮的覆土压力分布计算方法及相关设备 |
-
2022
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN116579220B (zh) * | 2023-06-21 | 2024-02-09 | 广州地铁设计研究院股份有限公司 | 一种地铁错缝盾构隧道的结构安全评估方法 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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