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原文传递钢管混凝土拱架对隧道初期支护承载能力影响研究

论文题名：	钢管混凝土拱架对隧道初期支护承载能力影响研究
关键词：	隧道支护;数值模拟;钢管混凝土;拱架
摘要：	我国经济的极大发展使得我国的城市建设大力扩张，城市土地资源有限，地下工程出现大量的问题亟待解决。对隧道工程中初期支护承载能力的研究是其中一项极为关键的课题。本论文依托重庆市红岩村隧道工程，对钢管混凝土拱架对隧道初期支护承载能力影响展开研究分析，本文主要研究内容以及研究成果如下: 　　1.确定了与I16工字钢拱架承载力相近的钢管混凝土拱架参数。根据《钢-混凝土组合结构设计规程》与《钢结构设计规范》的相关公式得出了不同参数的隧道初期支护钢管混凝土拱架支护的承载能力，并将其与I16工字钢拱架支护进行对比，结果表明钢管混凝土拱架支护的承载力随直径、壁厚的增加而逐渐提升，当钢管混凝土拱架支护的尺寸提至钢管混凝土外径为108mm，钢管壁厚为5mm时，可达到I16工字钢拱架承载力大小。　　2.确定了隧道位移控制效果随钢管混凝土直径、壁厚尺寸改变的变化规律。通过ANSYS有限元数值模拟，采用荷载结构法对红岩村隧道试验段钢管混凝上拱架建立二维模型、三维模型进行数值计算，结果表明随着钢管混凝土拱架直径与壁厚的增加，隧道拱顶、拱底及两侧拱腰的位移整体呈现下降的趋势。三维模型变化规律与二维模型保持一致。　　3.提出了钢管混凝土拱架复合材料换算弹性模量的修正系数。通过对不同的直径、壁厚等参数的钢管混凝土拱架采用荷载结构法的三维模型与二维模型的位移的对比分析，提出换算弹性模量的修正系数，通过MATLAB软件推导得出红岩村隧道钢管混凝土拱架支护换算弹性模量的修正方程，以提高荷载结构法二维模型与地层结构法三维模型支护参数的准确度，同时修正系数的提出也为今后有限元模拟建立模型时的复合材料参数换算起到一定参考借鉴作用与提供一定的思路。　　4.确定了多种尺寸的钢管混凝土拱架拱顶位移控制效果优于I16工字钢拱架拱顶位移控制效果，并得到了钢管纵向间距与隧道位移控制效果的关系，验证了钢管混凝土拱架支护的可行性。采用地层结构法计算并分析I16工字钢与多种尺寸的钢管混凝土位移控制效果，结果表明多种尺寸钢管混凝土拱架的应力值小于工字钢拱架应力值，具有更优秀的受力特性。同时对比纵向间距变化对位移控制效果影响对比表的计算的结果可知，随着纵向间距的增大，位移控制效果逐渐下降。　　5.得出了承载力、位移控制效果、最大应力控制优于I16工字钢拱架的钢管混凝土拱架参数，确定了钢管混凝土拱架合理的直径、壁厚参数。采用该钢管混凝土拱架支护时与工字钢拱架支护对比时可减少造价，具有更好的经济性。　　研究成果为今后钢管混凝土拱架支护在隧道工程的应用提供了参考依据，具有一定的应用价值和社会意义。
作者：	齐怀远
专业：	交通运输工程
导师：	高峰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2020