(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 202211149028.2 (22)申请日 2022.09.21 (71)申请人 大连海事大学 地址 116026 辽宁省大连市甘井 子区凌水 街道1号 (72)发明人 刘翔　张瑞　姜谙男　王东池　 虢新平　黄炫茜　路通　 (74)专利代理 机构 北京高沃 律师事务所 1 1569 专利代理师 万慧华 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于大变形理论的既有管线力学响应分析 方法及系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于大变形理论的既有 管线力学响应 分析方法及系统， 涉及土木工程领 域， 本发明通过比较既有管线的初始位移向量与 既有管线所处区域的下卧土沉降量的大小可以 得知既有管线与下卧土层的接触状态。 若所述既 有管线的初始位移向量小于对应的下卧土沉降 量， 则说明下卧土层与既有管线相分离， 通过土 ‑ 结构分离模型分析既有管线的力学响应； 否则， 说明下卧土层与既有管线相接触， 通过土 ‑结构 接触模型分析既有管线的力学响应。 与现有技术 相比， 本发 明可以明确下卧土层和既有管线处于 接触状态还 是分离状态， 进而能够准确计算既有 管线的力学响应 。 权利要求书5页 说明书17页 附图5页 CN 115495818 A 2022.12.20 CN 115495818 A 1.一种基于大变形理论的既有管线力学响应分析 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 获取工程参数， 所述工程参数包括： 目标管线的几何参数和所述目标管线所在区域的 岩土参数； 根据所述工程参数计算管线变形相关参数， 所述管线变形相关参数包括管线自身相关 参数和管线环境相关参数， 所述管线自身相关参数包括既有 管线端部力矩的刚度 矩阵和既 有管线轴向力的刚度矩阵， 所述管线环境相关参数包括路基反应系 数的刚度矩阵、 既有管 线上方由于上覆土沉降引起的应力向量和既有管线下 方土体的位移向量； 将所述管线变形相关参数代入土 ‑结构接触模型计算既有管线的初始位移向量， 所述 土‑结构接触模型为关于管线变形相关参数与既有管线的位移向量的函数； 根据所述工程 参数计算所述既有管线所在区域的下卧土沉降量； 判断所述既有管线的初始位移向量是否小于所述既有管线所在区域的下卧土沉降量， 得到第一判断结果； 若所述第一判断结果为否， 则根据 所述既有管线的初始位移向量更新所述管线自身相 关参数， 得到更新后的第一管线自身相关参数； 将所述更新后的第 一管线自身相关参数和所述管线环境相关参数代入所述土 ‑结构接 触模型计算第一既有管线的位移向量； 判断所述第一既有管线的位移向量和所述既有管线的初始位移向量的差值是否小于 第一预设阈值， 得到第二判断结果； 若所述第二判断结果为否， 则将所述第 一既有管线的位移向量作为既有管线的初始位 移向量， 并返回步骤 “根据所述既有 管线的初始 位移向量更新所述管线自身相关参数， 得到 更新后的第一管线自身相关参数 ”； 若所述第二判断结果 为是， 则输出 所述第一既有管线的位移向量； 若所述第一判断结果为是， 则设定判据矩阵， 所述判据矩阵中的判据项对应既有管线 的位移向量和所述既有管线所在区域的下卧土沉降量的大小关系， 将所述既有管线的位移 向量小于所述既有管线所在区域的下卧土沉降量的判据项记为0； 根据所述既有管线的初始位移向量更新所述管线自身相关参数， 得到更新后的第 二管 线自身相关参数； 将所述更新后的第 二管线自身相关参数、 所述管线环境相关参数和所述判据矩阵代入 土‑结构分离模型计算第二既有 管线的位移向量， 所述土 ‑结构分离模型为关于管线变形相 关参数、 判据矩阵与既有管线的位移向量的函数； 判断所述第 二既有管线的位移向量是否小于所述既有管线所在区域的下卧土沉降量， 得到第三判断结果； 若所述第三判断结果为否， 则将所述判据项记为1， 并返回步骤 “根据所述既有管线的 初始位移向量更新所述管线自身相关参数， 得到更新后的第一管线自身相关参数 ”； 若所述第三判断结果为是， 则判断所述第 二既有管线的位移向量和所述既有管线的初 始位移向量的差值是否小于第二预设阈值， 得到第四判断结果； 若所述第四判断结果为否， 则将所述第 二既有管线的位移向量作为既有管线的初始位 移向量， 并返回步骤 “根据所述既有 管线的初始 位移向量更新所述管线自身相关参数， 得到 更新后的第二管线自身相关参数 ”；权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 115495818 A 2若所述第四判断结果 为是， 则输出 所述第二既有管线的位移向量。 2.根据权利要求1所述的基于大变形理论的既有管线力学响应分析方法， 其特征在于， 所述基于大变形理论的既有管线力学响应分析 方法还包括： 当所述第二判断结果为是时， 根据所述第一既有管线的位移向量计算内力， 并输出内 力。 3.根据权利要求2所述的基于大变形理论的既有管线力学响应分析方法， 其特征在于， 所述内力的计算公式为： p＝k(w(x)‑s2(x))H 其中， p为内力， k为路基反应系数， w(x)为每个管线单元对应的位移向量， s2(x)为每个 管线单元所处区域对应的下卧土沉降 量 ， H为每个管线单元对应的 判据项 ， 4.根据权利要求1所述的基于大变形理论的既有管线力学响应分析方法， 其特征在于， 所述基于大变形理论的既有管线力学响应分析 方法还包括： 当所述第一判断结果为是时， 将所述既有管线的位移向量小于所述既有管线所在区域 的下卧土沉降量的管线单元记为分离节点， 所述管线 单元为将所述既有 管线等长度划分得 到的单元； 根据所述分离节点的数量确定 土壤间隙的长度； 根据每一所述分离节点对应的位移向量和下卧土沉降量的差值， 确定每一所述分离节 点对应的土壤间隙的高度； 输出所述土壤间隙的长度和所述土壤间隙的高度。 5.根据权利要求1所述的基于大变形理论的既有管线力学响应分析方法， 其特征在于， 所述土‑结构接触模型为： ([M]‑[N]+[K]){w}＝{q1}+{K}{S2} 其中， [M]为既有管线端部力矩的刚度矩阵， [N]为既有管线轴向力的刚度矩阵， [K]为 路基反应系数的刚度矩阵， {w}为既有管线的位移向量， {q1}为既有管线上方由于上覆土沉 降引起的应力向量， {S2}为既有管线下 方土体的位移向量。 6.根据权利要求1所述的基于大变形理论的既有管线力学响应分析方法， 其特征在于， 采用以下公式更新所述管线自身相关参数： 权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 115495818 A 3