基于多目标优化的全预制装配化盾构隧道抗震设计方法技术

基于多目标优化的全预制装配化盾构隧道抗震设计方法，步骤：(1)确定影响全预制装配化盾构隧道抗震性能的衬砌设计参数D1,D2,D3,

【技术实现步骤摘要】
基于多目标优化的全预制装配化盾构隧道抗震设计方法


[0001]本专利技术涉及盾构隧道抗震设计领域，具体涉及一种考虑抗震鲁棒性与设计成本的多目标优化设计方法。

技术介绍

[0002]由于地震的随机性与高危性以及地下工程所处的复杂环境特征，地下工程抗震研究受到工程人员的广泛关注。特别的，随着城市地下交通建设的蓬勃发展，盾构隧道的抗震性能成为影响交通安全与城市抗震韧性的关键组成部分。现有的实地调研与实验研究表明，在地震作用下，盾构隧道会发生衬砌开裂脱落，不均匀收敛变形，螺栓断裂失效等损伤。
[0003]当前针对盾构隧道抗震性能的研究主要包括理论与数值研究、现场试验等。在理论研究方面，1899年日本学者大森房吉类比地上结构抗震分析方法，提出了用静力荷载代替地震作用的地震系数法；20世纪60年代，Newmark将地下结构在地震作用下的自由场变形直接施加在结构上提出了自由场变形法；Shukla考虑土—结构相互作用，采用弹性地基梁法建立结构计算模型；20世纪70年代，日本学者基于地震观测结果引入梁—弹簧模型提出反应位移法；此外，国内外学者还提出了反应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于多目标优化的全预制装配化盾构隧道抗震设计方法，其特征是按如下步骤实施：(1)确定影响全预制装配化盾构隧道抗震性能的衬砌设计参数D1,D2,D3,
……
D
n
及其取值范围；其中取管片厚度，配筋率，螺栓直径作为影响隧道抗震性能的设计参数，各参数范围应在工程初步设计参数取值基础上离散；(2)确定地层条件与地震作用不确定参数及其取值范围；其中，地层条件主要考虑盾构隧道穿越位置地层刚度E，地震作用不确定性考虑地震强度指标PGA；其中，不确定参数按照3
‑
σ法则寻找随机特征参数；(3)采用数值模拟方式遍历离散的工程设计参数与不确定参数，分别确定隧道在承载能力极限状态与正常使用极限状态下的结构安全系数F
s1
与F
s2
，并采用一次二阶矩法计算对应的隧道结构可靠度指标β1，β2；(4)根据盾构隧道抗震设计要求确定结构可靠度目标，筛选满足可靠度目标的抗震设计参数形成可行抗震设计参数组合D
s1
,D
s2
,D
s3
……
；(5)采用特定设计参数组合在不同不确定参数组合下结构安全系数的变异系数评价各可行抗震设计参数组合下的结构鲁棒性η1,η2,η3
……
；考虑不同设计参数组合下施工材料耗费情况计算成本指标C1,C2,C3……
；(6)基于提高盾构隧道设计鲁棒性、降低设计成本的目标，采用NSGA
‑
II多目标优化算法计算满足设计目标的帕累托最优设计集，获得隧道最优设计参数组合D1,D2,D3,
……
D
n
。2.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，(1)确定影响全预制装配化盾构隧道抗震性能的衬砌设计参数D1,D2,D3,
……
D
n
及其取值范围；考虑决定盾构隧道结构抗震整体力学性能参数与工程设计可操作性，取管片厚度，配筋率，螺栓直径作为影响隧道抗震性能的设计参数；其中，各参数范围在工程初步设计参数取值基础上离散；初步工程设计参数可根据相似工程经验、数值计算等得出，并在此基础上将设计参数取值范围进行合理扩大。3.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，(2)确定地层条件与地震作用不确定参数及其取值范围；其中，地层条件主要考虑盾构隧道穿越位置地层刚度E，地震作用不确定性考虑地震强度指标PGA；其中盾构隧道穿越位置地层刚度E的取值范围可根据地勘报告取盾构区间主要土层刚度的下界值与上界值；PGA的离散可采取与E相似的思路；不确定参数标准差的确定采取3
‑
σ法则；其中，σ为随机变量的标准差，HCV为随机量变量上界，LCV为随机变量下界。4.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，(3)采用数值模拟方式遍历离散的工程设计参数与不确定参数；分别计算隧道在承载能力极限状态与正常使用极限状态下的结构安全系数F
s1
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【专利技术属性】
技术研发人员：黄忠凯，张冬梅，朱锐，仝跃，周文鼎，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：