1.一种隧道喷射钢纤维混凝土的支护设计评价方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、确定钢纤维混凝土支护结构尺寸;S2、根据步骤S1中的钢纤维混凝土支护结构尺寸,对钢纤维混凝土支护结构受拉区进行检测;S3、计算受拉区的预判裂缝高度;S4、根据步骤S3中受拉区的预判裂缝高度,计算受拉区折减后的拉应力;S5、根据步骤S4中受拉区折减后的拉应力和截面应力应变关系,求解中性轴上升后的位置;S6、根据步骤S4中受拉区折减后的拉应力和步骤S5中的中性轴上升后的位置,计算受拉区开裂状态的实际弯矩值;S7、根据步骤S6中受拉区开裂状态的实际弯矩值,求解受拉区修正后的裂缝高度;S8、根据步骤S7中受拉区修正后的裂缝高度,计算受拉区实际裂缝宽度;S9、判断步骤S8中的受拉区实际裂缝宽度是否大于极限裂缝宽度;若是则增加钢纤维混凝土支护结构尺寸并跳转到步骤S1,否则判定步骤S1中的钢纤维混凝土支护结构尺寸满足安全规范要求;步骤S7包括以下分步骤:S71、确定受拉区修正后的裂缝高度与中性轴上升后的位置的关系式;S72、步骤S6中受拉区开裂状态的实际弯矩值和分步骤S71中受拉区修正后的裂缝高度与中性轴上升后的位置的关系式,求解修正后的裂缝高度,表示为:其中: 为中性轴上升后的位置, 为修正后的裂缝高度, b 为截面宽度, h 为截面高度, 为截面抵抗矩塑性影响系数, 为钢纤维混凝土轴心抗拉强度标准值, 为受拉区开裂状态的实际弯矩值;步骤S8包括以下分步骤:S81、根据跨中挠度与受拉区的预判裂缝高度的拟合关系,确定受拉区实际裂缝宽度与受拉区的预判裂缝高度的关系;S82、根据步骤S7中修正后的裂缝高度和分步骤S81中受拉区实际裂缝宽度与受拉区的预判裂缝高度的关系,计算受拉区实际裂缝宽度,表示为:其中: w 为受拉区实际裂缝宽度, l 为跨中挠度, L 为钢纤维混凝土支护结构受拉区的跨长, 为修正后的裂缝高度, h 为截面高度。
2.根据权利要求1所述的一种隧道喷射钢纤维混凝土的支护设计评价方法,其特征在于,步骤S2包括以下分步骤:S21、计算作用在钢纤维混凝土梁上的均布荷载,表示为:其中: q 为作用在钢纤维混凝土梁上的均布荷载, 为围岩重度, 为等效形变压力高度值;S22、根据分步骤S21中作用在钢纤维混凝土梁上的均布荷载,计算钢纤维混凝土支护结构受拉区的断面力,表示为:其中: M 为钢纤维混凝土支护结构受拉区的断面力, L 为钢纤维混凝土梁的跨长;S23、计算钢纤维混凝土支护结构受拉区的受弯承载力,表示为:其中: 为钢纤维混凝土支护结构受拉区的受弯承载力, 为截面抵抗矩塑性影响系数, 为钢纤维混凝土轴心抗拉强度标准值, b 为截面宽度, h 为截面高度;S24、判断分步骤S22中钢纤维混凝土支护结构受拉区的断面力是否大于分步骤S23中钢纤维混凝土支护结构受拉区的受弯承载力;若是则判定钢纤维混凝土支护结构开裂并进入步骤S3,否则判定步骤S1中的钢纤维混凝土支护结构尺寸满足安全规范要求。
3.根据权利要求1所述的一种隧道喷射钢纤维混凝土的支护设计评价方法,其特征在于,在步骤S3中,计算受拉区的预判裂缝高度,表示为:其中: x 为受拉区的预判裂缝高度, 为未开裂极限状态时中性轴与受拉区边缘的距离, z 为开裂状态裂缝端处距中性轴的距离。
4.根据权利要求1所述的一种隧道喷射钢纤维混凝土的支护设计评价方法,其特征在于,步骤S4包括以下分步骤:S41、根据跨中挠度与受拉区的预判裂缝高度之间的拟合关系,确定跨中挠度的计算式,表示为:其中: l 为跨中挠度, x 为受拉区的预判裂缝高度, h 为截面高度;S42、根据受拉区等效前后拉力相等,计算未开裂极限状态时受拉区所受拉应力,表示为:其中: 为未开裂极限状态时受拉区所受拉应力, 为截面抵抗矩塑性影响系数, 为钢纤维混凝土轴心抗拉强度标准值;S43、根据分步骤S41中跨中挠度的计算式和分步骤S42中的未开裂极限状态时受拉区所受拉应力,计算受拉区折减后的拉应力,表示为:其中: 为受拉区折减后的拉应力。
5.根据权利要求1所述的一种隧道喷射钢纤维混凝土的支护设计评价方法,其特征在于,步骤S5包括以下分步骤:S51、根据相似三角形关系,确定受压区压应力与中性轴上升后的位置的关系式,表示为:其中: 为受压区压应力, h 为截面高度, 为中性轴上升后的位置, , 为截面抵抗矩塑性影响系数, 为钢纤维混凝土轴心抗拉强度标准值;S52、将分步骤S51中受压区压应力与中性轴上升后的位置的关系式代入受压区压应力的函数式,表示为:其中: 为受压区压应力的函数式, y 为受压区距中性轴的距离;S53、根据步骤S4中受拉区折减后的拉应力、截面应力应变关系和分步骤S52中代入受压区压应力与中性轴上升后的位置的关系式后的受压区压应力的函数式,求解中性轴上升后的位置,表示为:其中: 为受拉区开裂状态的实际轴力值, 为受拉区折减后的拉应力, b 为截面宽度, h 为截面高度。
6.根据权利要求1所述的一种隧道喷射钢纤维混凝土的支护设计评价方法,其特征在于,在步骤S6中,计算受拉区开裂状态的实际弯矩值,表示为:其中: 为受拉区开裂状态的实际弯矩值, 为受拉区折减后的拉应力, 为中性轴上升后的位置, h 为截面高度, b 为截面宽度, 为受压区压应力的函数式, y 为受压区距中性轴的距离。