(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 202211502818.4 (22)申请日 2022.11.29 (71)申请人 中南大学 地址 410083 湖南省长 沙市岳麓区麓山 南 路932号 申请人 湖南路桥建 设集团有限责任公司 (72)发明人 谢启彬　王术飞　邹国庆　石柱　 钟文　项超群　周毅　胡进科　 谢志军　廖平若　周果良　陈嘉祺　 (74)专利代理 机构 长沙七源专利代理事务所 (普通合伙) 43214 专利代理师 周晓艳　李杰强 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 非均质封底混凝土与钢护筒的粘结力的分 析方法 (57)摘要 本发明提供了一种非均质封底混凝土与钢 护筒的粘结力的分析方法。 所述方法包括以下步 骤： 构建骨料数据库； 确定非均质封底混凝土中 骨料的目标含量范围， 根据设计级配从骨料数据 库中随机抽取三维骨料模型投放至虚拟样本空 间内构建得到非均质封底混凝土模 型； 根据钢护 筒的预设设计参数构建钢护筒模 型； 建立非均质 封底混凝土与钢护筒的粘结模型； 对 所建立的封 底混凝土和钢护筒的粘结模型划分网格， 并施加 边界条件和荷载进行计算分析， 输出钢护筒应变 分布以用于分析非均质封底混凝土与钢护筒的 粘结力。 本分析方法考虑了封底混凝土的非均质 性， 能够更真实的模拟封底混凝土与钢护筒的粘 结情况， 为工程数值模拟提供 可靠保障。 权利要求书3页 说明书12页 附图6页 CN 115525961 A 2022.12.27 CN 115525961 A 1.一种非均质封底混凝土与钢护筒的粘结力的分析方法， 其特征在于， 所述方法包括 以下步骤： 步骤 （1） 、 构建骨料 数据库， 所述骨料 数据库中包括多个三维骨料模型； 步骤 （2） 、 确定所述非均质封底混凝土中骨料的目标含量范围， 根据设计级配从所述骨 料数据库中随机抽取三维骨料模型投放至虚拟样本空间内构建得到非均质封底混凝土模 型， 所述三维骨料模型的含量 位于所述骨料的目标含量范围之内； 步骤 （3） 、 根据钢护筒的预设 设计参数构建钢护筒模型； 步骤 （4） 、 将步骤 （2） 构建的所述非均质封底混凝土模型和步骤 （3） 构建的钢护筒模型 导入有限元软件中， 装配所述非均质封底混凝土模型和所述钢护筒模型， 设置接触和相互 作用， 建立非均质封底混凝 土与钢护筒的粘结模型； 步骤 （5） 、 对步骤 （4） 所建立的所述封底混凝土与钢护筒 的粘结模型划分网格， 并施加 边界条件和荷载进行计算分析， 输出钢护筒应变分布以用于分析非均质封底混凝土与钢护 筒的粘结力。 2.根据权利要求1所述的非均质封底混凝土与钢护筒的粘结力的分析方法， 其特征在 于， 所述设计级配包括由小石组成的一级级配、 由小石和中石组成的二级级配、 由小石、 中 石和大石组成的三级 级配和由小 石、 中石、 大石和特 大石组成的四级 级配。 3.根据权利要求2所述的非均质封底混凝土与钢护筒的粘结力的分析方法， 其特征在 于， 所述小石的三维骨料的等效粒径为5~20mm、 所述中石的三维骨料的等效粒径为20～ 40mm、 所述大石的三维骨料的等效粒径为40～80mm、 所述特大石的三维骨料的等效粒径为 80～120m m。 4.根据权利要求2或3所述的非均质封底混凝土与钢护筒的粘结力的分析方法， 其特征 在于， 所述 步骤 （1） 包括： 步骤1.1、 按照第 一预设方法构建多个二维骨料模型， 将多个所述二维骨料模型的集合 作为二维骨料 数据库； 步骤1.2、 从所述二维骨料数据库中随机抽取属于相同级别的N个目标二维骨料模型按 照第二预设方法构建表面被划分为多个三角形网格的三 维骨料模型， N为大于等于3且小于 等于6的自然数， 构建所述小石的二维骨料模型、 构建所述中石的二维骨料模型、 构建所述 大石的二维骨料模型和构建所述特大石的二维骨料模型分别属于相同级别； 其中， 所述第 二预设方法包括： 步骤S1、 将所述N个目标二维骨 料模型依次置于xoy平面上， 且所述N个目标二维骨料的 形心与所述xoy平面的原点重合； 步骤S2、 使所述N个目标二维骨料模型沿Z轴方向间隔设置， 且所述N个目标二维骨料模 型的形心均位于Z轴 上， 其中， N个目标二维骨料模型中边数最多的第一 目标二维骨料模型 位于所述xoy平 面上， 其他N ‑1个目标二 维骨料模型分别位于所述第一目标二 维骨料模 型的 上方和下方； 步骤S3、 按照预设连接规则将相邻的二个目标二维骨料模型的顶点依次连接形成多条 直线， 所有的直线均不会相互交叉且将所述相邻的二个目标二维骨料之间的表面划分为三 角形； 步骤1.3、 重复步骤1.2多次并改变从所述二维骨料数据库中随机选取的目标二维骨料权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115525961 A 2模型以构建一系列不同形状的三维骨料模型， 直至所述小石的三维骨料模型、 所述中石的 三维骨料模型、 所述大石的三维骨料模型和所述特大石的三 维骨料模型的数量均大于第一 目标数量值； 步骤1.4、 将所有生成的三维骨料模型的集 合作为骨料 数据库。 5.根据权利要求4所述的非均质封底混凝土与钢护筒的粘结力的分析方法， 其特征在 于， 所述预设连接规则具体为， 当相 邻的两个所述目标二 维骨料模型的顶点数量相同时， 将 距离最近的两个顶点用直线连接， 且部分呈对角设置的两个顶点用直线连接； 当相邻的两 个所述目标二维骨料模型的顶点不同时， 顶点个数较少的所述目标二维骨料模型的顶点与 顶点个数较多的所述目标二维骨料模型的多个顶点连接 。 6.根据权利要求4所述的非均质封底混凝土与钢护筒的粘结力的分析方法， 其特征在 于， 所述步骤1.1中的第一预设方法包括以下步骤： 步骤A1、 在极坐标系中生成一个极径为预设半径值的初始圆， 所述预设半径值位于预 设区间内， 所述预设区间的范围基于所述小石、 中石、 大石和特大石的三 维骨料模型的等效 粒径确定； 步骤A2、 随机生成一组角度增量 ， 并分别以j个角度增量之和 为旋转角度， 按逆时针方向生成多条从原点出发的射线， 将多条所述 射线与所述初始圆相交的点设定为初始采样点 ， 其中： 式中， 均是0到1之间的随机数， n 为大于等于 6且小于等于12的整数； 步骤A3、 以原 点与初始采样点之间的距离为初始极径， 设置 极径的变化幅度 ， 对于每 一条初始极径， 按预设计算公式随机生 成一组新的极径 ， 并对应生成一组 新的采样点 ， 原点与新的采样点之间的距离与新的极径相 对应， 所述预设 计算公式为： 其中 是0到1之间的随机数， 是初始采样点对应的极径， 是新的采样点对应的极 径， 是极径的变化幅度； 步骤A4、 顺次连接采样点 得到二维骨料模型； 步骤A5、 重 复步骤A1至A4并改变所述预设半径值、 所述角度增量、 所述 和所述 μ 以生 成不同形状的二维骨料模型， 直至所述 二维骨料模型的数量大于第二目标 数量值。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115525961 A 3