隧道钢管钢架与传统格栅钢架受力特性对比试验研究

针对传统格栅钢架和自主设计的4肢钢管钢架支护结构,利用Abaqus通用有限元软件,综合考虑钢管厚度、构件质量、材料成本等因素,系统开展2种隧道支护结构在单独受荷和共同受荷条件下的极限承载力、抗弯刚度、弯曲挠度、破坏形态等力学特性及演化规律的对比试验研究。研究结果表明： 1)钢管钢架和格栅钢架在刚度、承载力、变形破坏形态等方面存在一定差异,在用钢量相同的情况下,钢管钢架具有更高的强度和抗弯刚度,结构变形和受力亦更加合理; 2)钢管钢架自身承载力受钢管壁厚参数影响较为显著,壁厚取值过小会明显降低其承载力,但当壁厚达到一定数值时,继续增加壁厚对提高构件整体强度和抗弯刚度有限,同时会相应增加构件质量和材料成本; 3)在单独受荷条件下,格栅钢架的承载力为445 kN·m,较钢管钢架构件PG-2低393%,此时钢管钢架质量较格栅钢架略低,但每延米单价要高; 4)格栅钢架混凝土构件的极限荷载为174.6 kN·m,较钢管钢架混凝土构件C+PG-2、C+PG-6的极限荷载分别低2.7 %、30.6%; 5)钢管钢架对于早期变形速度较大的围岩具有较好的适用性。