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摘要
目前专门针对隧道初期支护的结构设计并未形成规范，实际施工过程中初期支护拱架参数的选择主要依赖于以往的施工经验，涉及到结构计算也往往将拱架简化为理想单轴杆件。为提供初期支护拱架的精细化设计理论基础，整理了常见初期支护拱架的结构形式，给出了三弦、四弦格栅拱架以及型钢拱架的常用几何参数；通过建立拱顶沉降与围岩压力的关系，提出了初期支护拱架支护刚度的概念；充分考虑拱架锁脚的约束作用，建立了均布向心荷载作用下的无铰拱模型、两铰拱模型；分析了两种模型中初期支护拱架的失稳机理，给出了无铰拱架、两铰拱架模型的稳定系数确定方法，认为其临界荷载可以作为拱架系统稳定性的判据；在此基础上解析了Pratt型和Warren型两种格栅拱架基本布置方式中斜腹杆对拱架抗压刚度、抗弯刚度的影响。从研究成果可以看出，相对于理想状态，在充分考虑格构单元剪切形变时，格栅拱架的支护临界荷载有所下降；建立“8”字结钢筋的力学结构模型，对其受力进行分解投影，进而给出针对无弦杆交叉格构单元的轴压刚度、抗弯刚度以及剪切刚度的计算方法。通过工程案例的数值仿真计算认为解析公式能够较为准确地计算支护拱架的失稳荷载与支护刚度。
- 出版日期2023
- 单位中铁十六局集团有限公司
