基于格柵拱架受力性能的模型設計分析及試驗研究

謝 淵,肖力文,孫 萍

(金陵科技學院,江蘇 南京 211169)

格柵拱架是用鋼筋制作成的拱架。將鋼筋按照一定的弧度和長度制作成單元體,在施工現場安裝而成；常用于圍巖級別較低的隧道支護。格柵拱架可以對初期支護的圍巖松動和支護自身厚度不足進行有效加固[1]。相比于傳統的型鋼拱架,鋼格柵與混凝土接觸面積大,與混凝土的粘結效果好,能夠與混凝土共同變形與受力,確?；炷敛粫霈F收縮裂縫。由于格柵拱架間存在較大格柵間隙,其與圍巖接觸時可以減少較大空洞現象的發生。它對于隧道軟弱破碎圍巖加強地段的施工和險情、塌方處理都是一種能應急而有效的施工措施和手段。格柵拱架具有結構簡單、受力結構條件好等優勢；格柵拱架質輕,在工廠預制容易,便于運輸和安裝,因此其工程造價較低,經濟性好[2]。在地鐵車站、隧道等地下工程中,格柵拱架得到了越來越廣泛的應用。

本文對格柵拱架模型進行設計與建造,并通過有限元分析不同拱架的變形特點；利用加載試驗檢驗其承載力與變形的關系特性,從而檢驗支護結構的可行性、合理性與科學性,以期為類似工程提供參考。

1 格柵拱架模型設計與有限元分析

選取的格柵拱架模型邊墻形式為直墻式,拱部為圓弧拱形和分段直線圓弧拱形。模型外輪廓截面尺寸為10 m×7 m。

模型的材料為普通結構鋼(彈性模量E=200 GPa,泊松比μ=0.3,剪切模量G=76.9 GPa),受到垂直于拱架上側面的均布荷載值為200 kPa,邊界條件定義為有側限,即在模型邊墻和拱腳底位置設置固定支座?！?br>