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软弱围岩隧道新型半刚性网壳衬砌结构研究及应用
| 论文题名： | 软弱围岩隧道新型半刚性网壳衬砌结构研究及应用 |
| 关键词： | 软岩隧道;局部弱支护;板壳理论;网壳支架;承载能力;数值分析;内力计算 |
| 摘要： | 地面网壳结构重量轻、稳定性强，对研究地下支撑结构具有重要的借鉴意义。论文根据大跨度空间壳体力学原理，设计地下网壳喷层衬砌新结构，对围岩一支护相互作用理论及软岩隧道支护设计进行了系统的研究。 网壳喷层衬砌由钢筋网架和喷射混凝土组成。网架是用钢筋在地面焊接而成的板壳结构，外表面自成一层钢筋网，可承托隧道围岩表面，内部是立体纵横交叉的钢筋网架支撑着外层钢筋网。每块构件的两端焊接着带有螺栓孔的联接板，每架支架由数块构件对头拼装，用螺栓联接而成，支架本身有一定的柔性让压性能，还可在对接处嵌入木垫板，使支架整体也有一定的可缩性。该新型支架具有两个显著特点，第一、混凝土被包围在众多小跨度双向钢筋拱壳之内，喷层所受的拉剪应力被明显削弱，抗压强度得到充分利用，因而支撑能力比普通配筋喷层大大提高；第二，施喷混凝土后形成网壳锚喷，可缩接头使网壳喷层衬砌也有一定的让压性能。新型衬砌既能与围岩共同变形，又对围岩提供了更强的支撑力，可作为软岩隧道、动压隧道、大断面硐室等的永久支护结构。 论文在分析锚喷支护原理的基础上，提出了局部弱支护新理论，研究了半刚性钢筋网壳锚喷结构的力学特性，对网壳锚喷结构进行内力分析和计算。利用开口圆柱壳的一般力学原理和方法，推导出壳体的内力、位移和应力求解格式。依托工业性试验，对单片的钢筋网壳及整架支护结构进行了模型试验，研究网壳支护系统的变形、破坏形态与发展规律。根据模型试验和理论分析建立有限元数值计算模型，利用ANSYS有限元程序完成整架半刚性网壳喷层结构的数值计算，通过对应的节点位移、单元内力的数值计算结果，对新型网壳结构的内力分析起到补充校核作用，比较不同计算方法结果的差异性，完成支护方案的优化设计。结合典型软岩隧道工程，制订施工技术要求与网壳支架加工技术规范。通过现场监测，与其它常用软岩支护方式相比较，完成了网壳支护典型隧道的技术、经济对比和社会效益评价。 |
| 作者： | 庞建勇 |
| 专业： | 道路与铁路工程 |
| 导师： | 刘松玉 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2005 |
| 正文语种： | 中文 |
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