• ISSN 0258-2724
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马蹄形预制及喷锚初期支护结构试验对比研究

白中坤 毕程程 赵修旺 薛永涛

白中坤, 毕程程, 赵修旺, 薛永涛. 马蹄形预制及喷锚初期支护结构试验对比研究[J]. 西南交通大学学报, 2024, 59(5): 1086-1094. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220197
引用本文: 白中坤, 毕程程, 赵修旺, 薛永涛. 马蹄形预制及喷锚初期支护结构试验对比研究[J]. 西南交通大学学报, 2024, 59(5): 1086-1094. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220197
BAI Zhongkun, BI Chengcheng, ZHAO Xiuwang, XUE Yongtao. Experimental Comparison of Horseshoe Prefabricated and Spray Anchor Initial Support Structures[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2024, 59(5): 1086-1094. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220197
Citation: BAI Zhongkun, BI Chengcheng, ZHAO Xiuwang, XUE Yongtao. Experimental Comparison of Horseshoe Prefabricated and Spray Anchor Initial Support Structures[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2024, 59(5): 1086-1094. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220197

马蹄形预制及喷锚初期支护结构试验对比研究

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220197
基金项目: 云南省重点科技专项计划(202002AF080003-4)
详细信息
    作者简介:

    白中坤(1985—),男,高级工程师,研究方向为隧道与地下工程新技术,E-mail:263090693@qq.com

    通讯作者:

    毕程程(1991—),男,工程师,研究方向为隧道与地下工程新工法和新结构,E-mail:923859813@qq.com

  • 中图分类号: U451

Experimental Comparison of Horseshoe Prefabricated and Spray Anchor Initial Support Structures

  • 摘要:

    为研究新型马蹄形预制初期支护结构的力学变形特征,与喷锚初期支护结构进行比较,开展2类结构的原型加载试验,系统性地从结构设计、衬砌预制、试验加载及结果分析等方面进行详细介绍,并对试验结果进行深入分析. 研究结果表明:预制初期和喷锚初期,支护结构的极限承载力分别为2.80倍和1.32倍设计荷载,前者的极限承载能力约为后者的2.12倍;预制初期,支护结构在拱顶、拱腰位置受正弯矩和负轴力作用,在拱肩和拱底位置受负弯矩和正轴力作用,喷锚初期,支护结构与之相近,临近破坏阶段,前者的最大弯矩约为后者的1.39倍,最大轴力约为后者的1.45倍;预制初期支护结构和喷锚初期支护结构凹凸变形趋势基本一致,结构破坏时呈现右拱肩外凸,右拱腰内凹,且型钢与混凝土产生剥落,前者极限变形能力约为后者的1.20倍.

     

  • 图 1  结构设计图

    Figure 1.  Structural design

    图 2  弯矩轴力包络图

    Figure 2.  Envelope of bending moment and axial force

    图 3  预制初期支护结构

    Figure 3.  Prefabricated initial support structure

    图 4  喷锚初期支护结构

    Figure 4.  Spray anchor initial support structure

    图 5  试验平台及加载点

    Figure 5.  Test platform and loading points

    图 6  荷载等效

    Figure 6.  Load equivalent

    图 7  结构径向加载梯度

    Figure 7.  Radial loading gradient of structure

    图 8  径向监测方案

    Figure 8.  Radial monitoring scheme

    图 9  钢筋计布置

    Figure 9.  Reinforcement meter arrangement

    图 10  预制结构变形

    Figure 10.  Deformation of prefabricated structure

    图 11  预制结构变形内侧展开图

    Figure 11.  Inner expansion of prefabricated structure deformation

    图 12  喷锚结构变形

    Figure 12.  Deformation of spray anchor structure

    图 13  喷锚结构变形内侧展开图

    Figure 13.  Inner expansion of spay anchor structure deformation

    图 14  钢筋计横断面布置

    Figure 14.  Cross-sectional layout of reinforcement meter

    图 15  预制结构截面内力

    Figure 15.  Internal force of prefabricated structure

    图 16  喷锚结构截面内力图

    Figure 16.  Internal force of spray anchor structure

    图 17  预制结构变形破坏结果

    Figure 17.  Deformation and failure of prefabricated structure

    图 18  喷锚结构变形破坏结果

    Figure 18.  Deformation and failure of spray anchor structure

    表  1  材料参数

    Table  1.   Material parameter

    类别参数名称取值
    围岩级别Ⅴ级弹性抗力系数/(MPa·m−1150
    变形模量/GPa1.5
    围岩密度/(kN·m−319
    内摩擦角/(°)25
    计算摩擦角/(°)45
    泊松比0.38
    衬砌材料 C30 混凝土弹性模量/GPa3.0
    抗压强度/MPa22.5
    抗拉强度/MPa2.2
    钢筋种类 HRB400强度标准值/MPa400
    强度设计值/MPa360
    弹性模量/GPa200
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    表  2  截面每延米抗压能力

    Table  2.   Compressive capacity per meter of section kN

    部位拱顶拱肩边墙仰拱
    抗压承载力4789.354561.2063006300
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-03-18
  • 修回日期:  2022-06-30
  • 网络出版日期:  2023-11-18
  • 刊出日期:  2022-07-06

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