一种考虑风荷载的铁路明洞结构设计方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN201410306770.9	申请日：	2014.06.30
公开号：	CN104153788A	公开日：	2014.11.19
当前法律状态：	驳回	有效性：	无权
法律详情：	发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):E21D 9/14申请公布日:20141119\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):E21D 9/14申请日:20140630\|\|\|公开
IPC分类号：	E21D9/14	主分类号：	E21D9/14
申请人：	中铁第四勘察设计院集团有限公司
发明人：	苗德海; 谭忠盛; 赵文成; 李磊; 陈立保; 莫阳春
地址：	430063 湖北省武汉市武昌杨园和平大道745号
优先权：
专利代理机构：	武汉开元知识产权代理有限公司 42104	代理人：	黄行军
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内容摘要

本发明公开了一种考虑风荷载的铁路明洞结构设计方法，由于铁路明洞结构具有一些特定的因素，因此可将铁路明洞结构风荷载值的公式简化为wt＝(0.41-0.52)×w0，它可直接应用于铁路明洞结构的设计对风荷载的计算，在铁路明洞结构设计人员在对铁路明洞结构进行设计并考虑风荷载时，可运用此计算方法，由于此计算方法不包含未知参数，设计人员可直接根据施工区域确认W0，根据该区域的地表粗糙度类别，确定W0的系数，提高设计效率。

权利要求书

1. 一种考虑风荷载的铁路明洞结构设计方法，其特征在于，它包括以下步骤：
1)、确定需要设计的铁路明洞结构属于哪个区域，以确定铁路明洞结构所属区域的基本风压值W₀；
2)、将铁路明洞结构所属区域的基本风压值W₀代入式1中，以求得该铁路明洞结构风荷载值，
w_t＝(0.41-0.52)×w₀ 式1)；
式1中：
W_k—风荷载标准值(KN/m2)；
W₀—基本风压(KN/m2)；
3)、将所求得的铁路明洞结构风荷载值应用到铁路明洞结构设计中，对铁路明洞结构进行设计。

说明书

一种考虑风荷载的铁路明洞结构设计方法
技术领域
本发明涉及土木工程领域，具体地指一种考虑风荷载的铁路明洞结构设计方法。
背景技术
《建筑结构荷载规范》中指出，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下列规定确定：
计算主要受力结构的风荷载标准值时，应按下式计算：
w_k＝β_zμ_sμ_zw₀
式中：
W_k—风荷载标准值(KN/m²)；
W₀—基本风压(KN/m²)；
μ_z—风压高度变化系数；
μ_s—风荷载体型系数；
β_z—高度z处的风振系数。
《建筑结构荷载规范》通过大量数据统计给出了全国各城市重现期分别为10年、50年和100年的风压值，设计采用的基本风压值为50年重现期的风压。
《建筑结构荷载规范》对风荷载的影响因素考虑非常全面，适用于对桥梁及高耸建(构)筑物受风荷载的影响计算，但是铁路隧道明洞结构高度一般都低于20米，沿用《建筑结构荷载规范》中对风荷载的计算方法虽能准确计算作用在明洞结构上的风荷载大小，但过程复杂，因此，需设计一种简单的铁路明洞结构风荷载的计算方法，以方便应用。
发明内容
本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种计算简便、快捷的考虑风荷载的铁路明洞结构设计方法。
本发明的技术方案为：一种考虑风荷载的铁路明洞结构设计方法，其特征在于，它包括以下步骤：
1)、确定需要设计的铁路明洞结构属于哪个区域，以确定铁路明洞结构所属区域的基本风压值W₀；
2)、将铁路明洞结构所属区域的基本风压值W₀代入式1中，以求得该铁路明洞结构风荷载值，
w_t＝(0.41-0.52)×w₀ 式1)；
式1中：
W_k—风荷载标准值(KN/m2)；
W₀—基本风压(KN/m2)；
3)、将所求得的铁路明洞结构风荷载值应用到铁路明洞结构设计中，对铁路明洞结构进行设计。
本发明其中的铁路明洞结构风荷载的计算方法，可直接应用于铁路明洞结构的设计对风荷载的计算，在铁路明洞结构设计人员在对铁路明洞结构进行设计并考虑风荷载时，可运用此计算方法，提高设计效率。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明的一种考虑风荷载的铁路明洞结构设计方法，由于铁路明洞结构具有一些特定的因素，因此可以对背景技术中技术风荷载标准值的公式进行简化。
由于风荷载的基本计算公式为w_k＝β_zμ_sμ_zw₀，其中W_k为风荷载标准值(KN/m²)、W₀为基本风压(KN/m²)、μ_z为风压高度变化系数、μ_s为风荷载体型系数μ_s、β_z为高度z处的风振系数，因此，在对铁路明洞结构风荷载值进行计算时，主要考虑的风压高度变化系数μ_z、风荷载体型系数μ_s以及高度z处的风振系数β_z。
1、对于铁路明洞结构风荷载的风压高度变化系数μ_z，需先确定铁路明洞结构的高度和施工的地面粗糙程度，由于铁路明洞结构的高度在10m以下，且施工的地面粗糙度类别为C和D，因此可根据《建筑结构荷载规范》对铁路明洞结构的高度和地面粗糙程度类别的描述(参考表1)，确定该铁路明洞结构的风压高度变化系数μ_Z为0.51—0.65；

表1
2、对于铁路明洞结构风荷载的风荷载体型系数μ_s的计算可以选取μ_s＝0.8，这是因为：铁路明洞结构体型属于封闭式拱形屋面体型，因此可根据《建筑结构荷载规范》对铁路明洞结构体型系数的表征，选取迎风面的最不利荷载位置，确定风荷载体型系数μ_s＝0.8；
3、对于铁路明洞结构风荷载的高度z处的风振系数β_z的计算可以选取β_z＝1，这是因为：
风荷载的高度z处的风振系数β_z计算公式为：
βz=1+2gIzBz1+R2,]]>
其中：
g—峰值因子；
I_z—z m高度名义湍流强度；
R—脉动风荷载的共振分量因子；
B_z—脉动风荷载的背景分量因子；
由于铁路明洞结构的高度一般为10m，因此，Iz可对应10m高度名义湍流强度，而对应铁路明洞结构所处地区的C和D类地区粗糙程度，可分别取0.23和0.39。另外，由于湍流是流体的一种流动状态，当流速很小时，流体分层流动，互不混合，称为层流，也称为稳流或片流；逐渐增加流速，流体的流线开始出现波浪状的摆动，摆动的频率及振幅随流速的增加而增加，此种流况称为过渡流；当流速增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，层流被破坏，相邻流层间不但有滑动，还有混合，这时的流体作不规则运动，有垂直于流管轴线方向的分速度产生，这种运动称为湍流，又称为乱流、扰流或紊流，但是对于作用在铁路明洞结构上的风荷载发生湍流的可能性很小，可不予以考虑，因此，可以确定铁路明洞结构其高度10m处的风振系数近视取1。
将上述确定的风压高度变化系数μ_z、风荷载体型系数μ_s以及高度z处的风振系数β_z值代入风荷载的基本计算公式中，可得到铁路明洞结构的风荷载计算公式为w_t＝(0.41-0.52)×w₀。
将上述计算方法运用到铁路明洞结构设计中，它包括以下步骤：
1)、确定需要设计的铁路明洞结构属于哪个区域，以确定铁路明洞结构所属区域的基本风压值W₀；
参照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)附录E中对全国50年重现期风压值的统计，并从设计人员使用方便的角度考虑，将我国的基本风压W₀(均值)进行如下划分：Ⅰ、云贵高原南部、青藏高原、新疆地区、内蒙古高原、东北三省以及长江以北的东部沿海地区取基本风压为0.7KN/m²；Ⅱ南岭——武夷山脉东南以及南部沿海地区取基本风压为1.3KN/m²；Ⅲ台湾、海南等岛屿取基本风压为1.8KN/m²；Ⅳ除此之外的内陆地区取基本风压为0.5KN/m²，但如果有大河山川(如泰山、黄山、黄河等)对风压有加强作用时应据实提高选取标准；
2)、将铁路明洞结构所属区域的基本风压值W₀代入w_t＝(0.41-0.52)×w₀中，即可求得该铁路明洞结构风荷载值；
3)、即可将所求得的铁路明洞结构风荷载值应用到铁路明洞结构设计中，对铁路明洞结构进行设计。
本发明的铁路明洞结构风荷载的计算方法，可直接应用于铁路明洞结构的设计对风荷载的计算，在铁路明洞结构设计人员在对铁路明洞结构进行设计并考虑风荷载时，可运用此计算方法，由于此计算方法不包含未知参数，设计人员可直接根据施工区域确认W₀，根据该区域的地表粗糙度类别，确定W₀的系数，提高设计效率。

资源描述

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1、10申请公布号CN104153788A43申请公布日20141119CN104153788A21申请号201410306770922申请日20140630E21D9/1420060171申请人中铁第四勘察设计院集团有限公司地址430063湖北省武汉市武昌杨园和平大道745号72发明人苗德海谭忠盛赵文成李磊陈立保莫阳春74专利代理机构武汉开元知识产权代理有限公司42104代理人黄行军54发明名称一种考虑风荷载的铁路明洞结构设计方法57摘要本发明公开了一种考虑风荷载的铁路明洞结构设计方法，由于铁路明洞结构具有一些特定的因素，因此可将铁路明洞结构风荷载值的公式简化为WT041052W0，它可直接应用。

2、于铁路明洞结构的设计对风荷载的计算，在铁路明洞结构设计人员在对铁路明洞结构进行设计并考虑风荷载时，可运用此计算方法，由于此计算方法不包含未知参数，设计人员可直接根据施工区域确认W0，根据该区域的地表粗糙度类别，确定W0的系数，提高设计效率。51INTCL权利要求书1页说明书3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页10申请公布号CN104153788ACN104153788A1/1页21一种考虑风荷载的铁路明洞结构设计方法，其特征在于，它包括以下步骤1、确定需要设计的铁路明洞结构属于哪个区域，以确定铁路明洞结构所属区域的基本风压值W0；2、将铁路明洞结构所属区。

3、域的基本风压值W0代入式1中，以求得该铁路明洞结构风荷载值，WT041052W0式1；式1中WK风荷载标准值KN/M2；W0基本风压KN/M2；3、将所求得的铁路明洞结构风荷载值应用到铁路明洞结构设计中，对铁路明洞结构进行设计。权利要求书CN104153788A1/3页3一种考虑风荷载的铁路明洞结构设计方法技术领域0001本发明涉及土木工程领域，具体地指一种考虑风荷载的铁路明洞结构设计方法。背景技术0002建筑结构荷载规范中指出，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下列规定确定0003计算主要受力结构的风荷载标准值时，应按下式计算0004WKZSZW00005式中0006WK风荷载标准值KN。

4、/M2；0007W0基本风压KN/M2；0008Z风压高度变化系数；0009S风荷载体型系数；0010Z高度Z处的风振系数。0011建筑结构荷载规范通过大量数据统计给出了全国各城市重现期分别为10年、50年和100年的风压值，设计采用的基本风压值为50年重现期的风压。0012建筑结构荷载规范对风荷载的影响因素考虑非常全面，适用于对桥梁及高耸建构筑物受风荷载的影响计算，但是铁路隧道明洞结构高度一般都低于20米，沿用建筑结构荷载规范中对风荷载的计算方法虽能准确计算作用在明洞结构上的风荷载大小，但过程复杂，因此，需设计一种简单的铁路明洞结构风荷载的计算方法，以方便应用。发明内容0013本发明的目的就。

5、是要解决上述背景技术的不足，提供一种计算简便、快捷的考虑风荷载的铁路明洞结构设计方法。0014本发明的技术方案为一种考虑风荷载的铁路明洞结构设计方法，其特征在于，它包括以下步骤00151、确定需要设计的铁路明洞结构属于哪个区域，以确定铁路明洞结构所属区域的基本风压值W0；00162、将铁路明洞结构所属区域的基本风压值W0代入式1中，以求得该铁路明洞结构风荷载值，0017WT041052W0式1；0018式1中0019WK风荷载标准值KN/M2；0020W0基本风压KN/M2；00213、将所求得的铁路明洞结构风荷载值应用到铁路明洞结构设计中，对铁路明洞结构进行设计。说明书CN104153788。

6、A2/3页40022本发明其中的铁路明洞结构风荷载的计算方法，可直接应用于铁路明洞结构的设计对风荷载的计算，在铁路明洞结构设计人员在对铁路明洞结构进行设计并考虑风荷载时，可运用此计算方法，提高设计效率。具体实施方式0023下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。0024本发明的一种考虑风荷载的铁路明洞结构设计方法，由于铁路明洞结构具有一些特定的因素，因此可以对背景技术中技术风荷载标准值的公式进行简化。0025由于风荷载的基本计算公式为WKZSZW0，其中WK为风荷载标准值KN/M2、W0为基本风压KN/M2、Z为风压高度变化系数、S为风荷载体型系数S、Z为高度Z处的风振系数，因此，在对铁。

7、路明洞结构风荷载值进行计算时，主要考虑的风压高度变化系数Z、风荷载体型系数S以及高度Z处的风振系数Z。00261、对于铁路明洞结构风荷载的风压高度变化系数Z，需先确定铁路明洞结构的高度和施工的地面粗糙程度，由于铁路明洞结构的高度在10M以下，且施工的地面粗糙度类别为C和D，因此可根据建筑结构荷载规范对铁路明洞结构的高度和地面粗糙程度类别的描述参考表1，确定该铁路明洞结构的风压高度变化系数Z为051065；00270028表100292、对于铁路明洞结构风荷载的风荷载体型系数S的计算可以选取S08，这是因为铁路明洞结构体型属于封闭式拱形屋面体型，因此可根据建筑结构荷载规范对铁路明洞结构体型系数的。

8、表征，选取迎风面的最不利荷载位置，确定风荷载体型系数S08；00303、对于铁路明洞结构风荷载的高度Z处的风振系数Z的计算可以选取Z1，这是因为0031风荷载的高度Z处的风振系数Z计算公式为00320033其中0034G峰值因子；0035IZZM高度名义湍流强度；0036R脉动风荷载的共振分量因子；0037BZ脉动风荷载的背景分量因子；说明书CN104153788A3/3页50038由于铁路明洞结构的高度一般为10M，因此，IZ可对应10M高度名义湍流强度，而对应铁路明洞结构所处地区的C和D类地区粗糙程度，可分别取023和039。另外，由于湍流是流体的一种流动状态，当流速很小时，流体分层流动，。

9、互不混合，称为层流，也称为稳流或片流；逐渐增加流速，流体的流线开始出现波浪状的摆动，摆动的频率及振幅随流速的增加而增加，此种流况称为过渡流；当流速增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，层流被破坏，相邻流层间不但有滑动，还有混合，这时的流体作不规则运动，有垂直于流管轴线方向的分速度产生，这种运动称为湍流，又称为乱流、扰流或紊流，但是对于作用在铁路明洞结构上的风荷载发生湍流的可能性很小，可不予以考虑，因此，可以确定铁路明洞结构其高度10M处的风振系数近视取1。0039将上述确定的风压高度变化系数Z、风荷载体型系数S以及高度Z处的风振系数Z值代入风荷载的基本计算公式中，可得到铁路明洞结。

10、构的风荷载计算公式为WT041052W0。0040将上述计算方法运用到铁路明洞结构设计中，它包括以下步骤00411、确定需要设计的铁路明洞结构属于哪个区域，以确定铁路明洞结构所属区域的基本风压值W0；0042参照建筑结构荷载规范GB500092012附录E中对全国50年重现期风压值的统计，并从设计人员使用方便的角度考虑，将我国的基本风压W0均值进行如下划分、云贵高原南部、青藏高原、新疆地区、内蒙古高原、东北三省以及长江以北的东部沿海地区取基本风压为07KN/M2；南岭武夷山脉东南以及南部沿海地区取基本风压为13KN/M2；台湾、海南等岛屿取基本风压为18KN/M2；除此之外的内陆地区取基本风压。

11、为05KN/M2，但如果有大河山川如泰山、黄山、黄河等对风压有加强作用时应据实提高选取标准；00432、将铁路明洞结构所属区域的基本风压值W0代入WT041052W0中，即可求得该铁路明洞结构风荷载值；00443、即可将所求得的铁路明洞结构风荷载值应用到铁路明洞结构设计中，对铁路明洞结构进行设计。0045本发明的铁路明洞结构风荷载的计算方法，可直接应用于铁路明洞结构的设计对风荷载的计算，在铁路明洞结构设计人员在对铁路明洞结构进行设计并考虑风荷载时，可运用此计算方法，由于此计算方法不包含未知参数，设计人员可直接根据施工区域确认W0，根据该区域的地表粗糙度类别，确定W0的系数，提高设计效率。说明书CN104153788A。

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