暗挖隧道SRG拱架节点抗弯性能及参数影响机制研究

作     者：宋远 黄明利 张旭东 李然 SONG Yuan;HUANG Ming-li;ZHANG Xu-dong;LI Ran

作者机构：安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001 北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室北京100044 中铁十一局集团有限公司湖北武汉430061 中铁四局集团有限公司安徽合肥230023 

出 版 物：《中国公路学报》 (China Journal of Highway and Transport)

年 卷 期：2024年第37卷第4期

页      面：286-296页

核心收录：

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 0814[工学-土木工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：安徽理工大学引进人才科研启动基金项目(2022yjrc85) 国家重点研发计划项目(2018YFC0808705) 国家自然科学基金项目(51878037) 安徽省博士后科研活动项目(2022B642) 

主　　题：隧道工程 空间网架 模型试验 抗弯性能 螺栓端板节点 组合套筒节点 

摘      要：为解决软弱围岩暗挖隧道变形控制技术难题,满足高承载力和高稳定性的支护需求,研发出了一种新型装配式空间网架(SRG)支护结构。节点作为整环结构受力及变形的薄弱部位,其力学特性对准确评价整体承载性能至关重要,为了探明不同节点形式的性能差异,针对SRG拱架开展了螺栓端板节点、组合套筒节点和无节点构件的纯弯室内足尺试验和数值模拟,对比分析了各构件的变形过程和破坏形态,建立了弯矩-曲率函数方程,定量评价了节点抗弯刚度及承载力。系统分析了端板厚度、套筒长度、钢管壁厚等参数对螺栓端板节点、组合套筒节点及无节点试件力学性能的影响规律,明确了节点参数影响机制,提出了拱架节点参数合理取值及设计建议。此外,依托广州地铁暗挖隧道工程开展了SRG拱架的现场应用。结果表明:螺栓端板节点具有较高的韧性和承载能力,在加载过程中节点力系传递明确,受力变形稳定,可作为SRG拱架优选的节点类型;组合套筒节点具有较好的延展性和后期变形能力,在加载过程中组合套筒受力状态良好,未产生明显变形;端板厚度增加,试件的屈服承载力增幅明显,厚度由15 mm增至25 mm,承载力相应提高了14.6%;采用“上3下4螺栓布置方式的节点构件,其屈服承载力与“上5下6螺栓布置方式仅相差3.1%;相较于格栅拱架支护,SRG拱架的整体性有所增强,围岩控制效果得到明显改善,拱顶沉降值和周边收敛分别减少了31.6%和31.4%,研究结果可为今后类似工程的设计与施工提供借鉴。