劉 軍,常 舒,楊志男,韓 旭

(北京建筑大學(xué)土木與交通工程學(xué)院,北京 100044)

引言

在隧道建設(shè)中，鋼拱架作為初期支護(hù)的主要構(gòu)件，能夠穩(wěn)定土體壓力，控制結(jié)構(gòu)變形[1-2]。目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形和風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避已經(jīng)做了很多研究[3-8]，田明杰[9]等為保證隧道自穩(wěn)，通過(guò)對(duì)初期支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化，提出優(yōu)化方案，成功縮短了施工工期；金強(qiáng)國(guó)[10]為解決鄭萬(wàn)高鐵大斷面隧道建造過(guò)程中的支護(hù)結(jié)構(gòu)安全和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，提出支護(hù)參數(shù)優(yōu)化方案，保證了隧道安全與穩(wěn)定，并降低了成本；李書(shū)兵[11]基于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)，通過(guò)數(shù)值模擬分析了初期支護(hù)結(jié)構(gòu)受力情況，與現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)數(shù)據(jù)相符，較好地反映了初期支護(hù)受力特征，為建立科學(xué)支護(hù)體系提供了參考。盡管有如此多的研究，但是國(guó)內(nèi)外對(duì)初期支護(hù)鋼拱架是采用型鋼還是格柵及其適用性仍舊存在不同觀點(diǎn)。

城市軌道交通工程中，為了滿足地鐵運(yùn)營(yíng)功能要求，需要設(shè)置停車線、折返線等特殊暗挖地下區(qū)間。在地鐵隧道施工時(shí)，傳統(tǒng)的礦山法隧道是在斷面開(kāi)挖后，及時(shí)采用鋼架、鋼筋網(wǎng)或連接筋、混凝土等結(jié)合的方式支護(hù)，以保證隧道開(kāi)挖結(jié)構(gòu)的安全性。但該工法存在很多問(wèn)題，需拆除臨時(shí)支撐，且結(jié)構(gòu)受力轉(zhuǎn)換次數(shù)多，施工過(guò)程中安全性不能得到保證等[12-14]。

為增強(qiáng)結(jié)構(gòu)安全，避免出現(xiàn)上述工法存在的種種弊端，提出了新型礦山法隧道支護(hù)體系，并在北京地鐵16號(hào)線起點(diǎn)—北安河站區(qū)間地下新型隧道施工中應(yīng)用[15]。該支護(hù)體系以鋼支撐作為初期支護(hù)，二襯和防水獨(dú)立施作，具有施工方式簡(jiǎn)便、施工造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)[16]。但是新型隧道支護(hù)體系仍存在一些尚未解決的問(wèn)題，比如初期支護(hù)中縱向連接筋的連接方式對(duì)型鋼鋼架受力特性有何影響；型鋼噴射混凝土與格柵拱架噴射混凝土的承載力和變形有何不同等。

在隧道復(fù)合式襯砌形式中，支護(hù)體系對(duì)于整個(gè)施工過(guò)程十分關(guān)鍵，其中初期支護(hù)起著核心作用[17]，能夠有效控制結(jié)構(gòu)的變形，增強(qiáng)穩(wěn)定性[18]。隧道施工中鋼支撐一般采用型鋼和格柵兩種，選擇哪種支護(hù)種類是非常重要的[19-21]。因此有必要通過(guò)試驗(yàn)研究型鋼拱架與格柵鋼架承載力及受力變形特征。

1 試驗(yàn)概況

1.1 構(gòu)件設(shè)計(jì)

型鋼鋼架與格柵鋼架對(duì)初支結(jié)構(gòu)性能對(duì)比試驗(yàn)構(gòu)件編號(hào)為X，見(jiàn)表1。實(shí)驗(yàn)室制作鋼架噴混構(gòu)件：2.5 m×1.68 m型鋼構(gòu)件，2.5 m×1.802 m格柵構(gòu)件，厚度為300 mm，型鋼采用工20a，Q235鋼材，材料屈服強(qiáng)度f(wàn)=215 MPa，fv=125 MPa，φ6 mm鋼筋網(wǎng)，150 mm×150 mm(迎土側(cè))搭接一個(gè)網(wǎng)格，混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C30，詳見(jiàn)圖1、圖2?；谠囼?yàn)?zāi)康模v向連接筋設(shè)置為焊接和插入式連接兩種，見(jiàn)圖3。

表1 構(gòu)件設(shè)計(jì)參數(shù)

圖1 構(gòu)件型鋼平面布置(單位:mm)

圖2 構(gòu)件鋼格柵平面布置(單位:mm)

圖3 插入式連接示意

本次試驗(yàn)共計(jì)8個(gè)構(gòu)件，每組2個(gè)，所有試驗(yàn)構(gòu)件需嚴(yán)格按照上述尺寸加工制作，且考慮到加載的精確性，構(gòu)件表面需要抹平。構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)制作照片見(jiàn)圖4。

1.2 試驗(yàn)加載與數(shù)據(jù)量測(cè)

本次室內(nèi)試驗(yàn)的目的在于，通過(guò)試驗(yàn)獲得兩種結(jié)構(gòu)的裂縫擴(kuò)展及破壞受力規(guī)律，以及兩種結(jié)構(gòu)的承載力情況。事實(shí)上，隧道鋼架屬于偏心受壓構(gòu)件，然而室內(nèi)試驗(yàn)的鋼架屬于純彎曲鋼架，在結(jié)構(gòu)受力上，前者明顯優(yōu)于后者。因此，型鋼和格柵鋼架室內(nèi)試驗(yàn)在一定程度上能夠反映型鋼鋼架和格柵鋼架的受力、變形和破壞特征的不同。

在實(shí)際情況下，作用在初期支護(hù)結(jié)構(gòu)上的圍巖荷載分布往往是不均勻的，且受試驗(yàn)條件限制，按《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，故試驗(yàn)將均布荷載等效簡(jiǎn)化為四分點(diǎn)集中力來(lái)模擬。如圖5所示。

本次試驗(yàn)加載裝置如圖6所示，試驗(yàn)構(gòu)件主要受力由4榀鋼拱架承擔(dān)，在不考慮混凝土作用，以1榀工字鋼拱架為對(duì)象計(jì)算荷載，四分點(diǎn)荷載狀態(tài)下(假設(shè)每個(gè)四分點(diǎn)荷載均為F)，梁中最大彎矩為Fl(跨中)，最大剪力為F(支座)，由于工字鋼澆筑在混凝土內(nèi)部(不考慮其整體穩(wěn)定性)，為使構(gòu)件達(dá)到破壞狀態(tài)，故

My=Fl≥fyWx=50.955 kN·m?F≥88.62 kN

V=F≥fvIxt/Sx=1.50 kN?F≥1.50 kN

圖6 試驗(yàn)加載裝置示意

因此，在僅考慮工字鋼梁的情況下加載千斤頂至少需要提供708.96 kN推力，考慮到上述荷載計(jì)算未考慮鋼筋網(wǎng)片以及混凝土作用，且未減去加載梁和分配梁自重，所以最終確定選用最大荷載為2 000 kN的千斤頂。

構(gòu)件主要受到彎矩作用，可能出現(xiàn)的破壞情況是：自混凝土受拉區(qū)出現(xiàn)裂縫不再受力之后，拉應(yīng)力全部由工字鋼承擔(dān)，直到工字鋼出現(xiàn)屈服并破壞。試件的工字鋼屈服點(diǎn)在708.96 kN左右，但在這之前混凝土已經(jīng)產(chǎn)生較大裂縫，保守認(rèn)為千斤頂推力達(dá)到30 kN左右，混凝土將出現(xiàn)裂縫。試驗(yàn)采用分等級(jí)單調(diào)加載，初始加載時(shí)，按承載能力計(jì)算值0.2倍設(shè)置每級(jí)承受加載值；超過(guò)設(shè)計(jì)值后，每級(jí)承受加載值為承載能力計(jì)算值0.1倍；當(dāng)構(gòu)件出現(xiàn)明顯彎曲后，每級(jí)承受加載值為0.05倍的承載能力計(jì)算值。此外，15 min是每級(jí)加載完成后的持續(xù)荷載時(shí)間，且每級(jí)持荷間隔時(shí)間相等。首次試驗(yàn)每級(jí)加載的數(shù)值為承載能力計(jì)算值的0.1倍，出現(xiàn)明顯彎曲后，每級(jí)加載值適當(dāng)放慢以防止出現(xiàn)意外狀況。

試驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中，要進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)量測(cè)，量測(cè)的內(nèi)容有荷載、位移、裂縫和應(yīng)變。其中荷載和位移用量測(cè)傳感器(量測(cè)傳感器與16通道采集板相接)直接量測(cè)；應(yīng)變通過(guò)粘貼應(yīng)變片測(cè)得；裂縫通過(guò)試驗(yàn)開(kāi)始前在試件側(cè)面涂刷的白色石灰漿觀測(cè)，并繪制100×100的網(wǎng)格以便在試驗(yàn)過(guò)程中在側(cè)面上畫(huà)出混凝土裂縫。混凝土裂縫應(yīng)從小到大編號(hào)以區(qū)別裂縫產(chǎn)生的先后順序，如圖7所示。試驗(yàn)中量測(cè)傳感器應(yīng)按要求保質(zhì)保量安裝，對(duì)于預(yù)埋傳感器，應(yīng)做好足夠的保護(hù)措施(防水措施、抗壓措施)。

圖7 混凝土裂縫繪制示意

2 型鋼噴混初支結(jié)構(gòu)承載力優(yōu)化分析

2.1 構(gòu)件破壞情況

各構(gòu)件破壞情況如圖8所示，裂縫通過(guò)實(shí)驗(yàn)前在試件側(cè)面涂刷的白色石灰漿觀測(cè)得到。

圖8 各構(gòu)件加載開(kāi)裂情況

構(gòu)件A，采用焊接式縱向連接筋，加載到200 kN時(shí)，2條豎向裂縫出現(xiàn)在跨中區(qū)域純彎段，裂縫延伸長(zhǎng)度為構(gòu)件高度的25%，加載到600 kN時(shí)，4條垂直于長(zhǎng)邊的裂縫在剪彎段呈對(duì)稱出現(xiàn)，伴有2條斜裂縫，裂縫長(zhǎng)度延伸至構(gòu)件高度的35%。繼續(xù)加載至1 620 kN時(shí)裂縫數(shù)目達(dá)到最多，共計(jì)10條，裂縫長(zhǎng)度最長(zhǎng)達(dá)構(gòu)件高度的84%，接近受壓區(qū)。

構(gòu)件B，采用插入式縱向連接筋，受加載條件限制，荷載最多加載至2 000 kN，由于記錄人員疏忽，實(shí)際荷載應(yīng)為記錄荷載2倍。加載至400 kN時(shí)，在跨中區(qū)域的純彎段出現(xiàn)1條垂直于構(gòu)件長(zhǎng)邊的裂縫，裂縫長(zhǎng)度達(dá)到構(gòu)件高度的17%。加載至1 280 kN，在剪彎段有5條垂直裂縫成對(duì)稱出現(xiàn)，裂縫長(zhǎng)度延伸至構(gòu)件高度42%。繼續(xù)加載至1 920 kN時(shí)，裂縫數(shù)達(dá)到7條，裂縫長(zhǎng)度最長(zhǎng)至構(gòu)件高度的67%。

構(gòu)件C，采用迎土側(cè)焊接，背土側(cè)套筒連接，加載到600 kN時(shí)，在跨中區(qū)域純彎段出現(xiàn)2條豎向裂縫，裂縫長(zhǎng)度是構(gòu)件高度的26%。加載到1 520 kN時(shí)，在剪彎段出現(xiàn)了3條縱向裂縫，并伴有4條斜裂縫，裂縫長(zhǎng)度延伸至構(gòu)件高度的34%。繼續(xù)承載至1 720 kN時(shí)，共達(dá)到9條裂縫，裂縫長(zhǎng)度最長(zhǎng)至構(gòu)件高度的66%。

綜上所述，從縱向連接筋的連接方式上來(lái)看，采用插入式連接筋，裂縫的開(kāi)展變慢，開(kāi)裂程度較小，斜裂縫數(shù)目減少，可以看出，構(gòu)件的承載力明顯高于其他兩種方式，其次，插入式連接是通過(guò)套筒連接在型鋼上，減少焊接造成的損壞，連接的效果更好。

2.2 荷載-位移關(guān)系

圖9反映出不同連接筋設(shè)置情況下的構(gòu)件A、B、C荷載-位移關(guān)系曲線，可以看出，三構(gòu)件在持荷過(guò)程中，位移與荷載呈對(duì)應(yīng)增長(zhǎng)變化，構(gòu)件A、C在荷載處于1 780,1 290 kN時(shí)，處于彈塑性階段，接近屈服點(diǎn)，且構(gòu)件A、C的曲線形式接近；而構(gòu)件B在持荷至1 750 kN時(shí)，還未屈服。對(duì)比構(gòu)件A、B，在荷載加載至800 kN以前，構(gòu)件A、B在相同荷載下的位移基本一致，荷載超過(guò)800 kN之后，構(gòu)件B相對(duì)于A構(gòu)件所能承擔(dān)的荷載更大，比如在位移為6 mm處，構(gòu)件A所承受的荷載是構(gòu)件B的85%；而對(duì)比構(gòu)件B、C，施加力至1 200 kN之前，同一荷載下構(gòu)件C的位移稍小于構(gòu)件B，但構(gòu)件C已為彈塑性階段，構(gòu)件B還未達(dá)到屈服，荷載超過(guò)1 200 kN之后，構(gòu)件B相對(duì)于構(gòu)件C所能承擔(dān)的荷載更大，比如在位移6 mm處，構(gòu)件C所承受的荷載是構(gòu)件B的86%。

圖9 荷載-位移曲線

由此可見(jiàn)，在加載初期，構(gòu)件C的承載力水平稍強(qiáng)于其他兩個(gè)構(gòu)件，但在加載后期，構(gòu)件B承載力水平明顯高。故迎土側(cè)和背土側(cè)均采用插入式連接筋更能夠有效提升結(jié)構(gòu)的承載力水平，約束構(gòu)件的變形，而且在荷載加載初期，混凝土主要承擔(dān)荷載，縱向連接筋隨著荷載的增加開(kāi)始發(fā)揮作用，型鋼與其協(xié)同受力，共同抵抗變形，可看出，構(gòu)件B在此過(guò)程中優(yōu)勢(shì)更加突出，更能夠抵抗塑性變形，提高承載力水平，對(duì)提升支護(hù)的整體性起到關(guān)鍵的作用。

2.3 應(yīng)變-荷載關(guān)系

圖10、圖11曲線中，隨著受力增大，構(gòu)件A、B、C歷經(jīng)了彈性變形和彈塑性變形階段。

圖10 混凝土應(yīng)變-荷載曲線

圖11 型鋼應(yīng)變-荷載曲線

圖10中構(gòu)件C的混凝土應(yīng)變值明顯高于其他構(gòu)件，當(dāng)荷載加載至800 kN之前，構(gòu)件A、B、C的受力特性基本一致，當(dāng)荷載加載至1 310 kN，C構(gòu)件接近屈服點(diǎn)，應(yīng)變值達(dá)到了412 με，此時(shí)構(gòu)件A、B應(yīng)變值分別為構(gòu)件C的35%，18%，仍處于彈塑性變形階段。圖11中構(gòu)件C的型鋼應(yīng)變也明顯高于其他構(gòu)件，當(dāng)荷載加載至1 200 kN時(shí)，構(gòu)件C的應(yīng)變值達(dá)到890 με，此時(shí)構(gòu)件A、B應(yīng)變值分別為構(gòu)件C的6.7%，4.5%。

縱向連接筋設(shè)置能夠使型鋼與混凝土的聯(lián)系更加緊密，并能在不同程度上參與結(jié)構(gòu)受力。加載初期，主要是混凝土承擔(dān)受力，連接方式的不同引起的變化甚微，但是在加載后期，型鋼參與受力，連接筋優(yōu)勢(shì)凸顯，不同連接方式的型鋼、混凝土應(yīng)變均發(fā)生改變，其中構(gòu)件C的應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)速度急劇加大，構(gòu)件B的應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)最少。由此可以看出，迎土側(cè)和背土側(cè)均采用插入式連接筋能夠在很大程度上減少構(gòu)件變形，提升承載力水平。

圖12為各構(gòu)件連接筋的應(yīng)變-荷載曲線，當(dāng)荷載加至1 000 kN之前，構(gòu)件C的應(yīng)變值低于其他構(gòu)件，但是其應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)速率隨著荷載的增加遠(yuǎn)大于其他構(gòu)件，存在受力狀態(tài)不穩(wěn)定的情況；當(dāng)荷載超過(guò)1 000 kN之后，構(gòu)件C的應(yīng)變值明顯增大，此時(shí)構(gòu)件A應(yīng)變隨荷載增大斜率在不斷增加，而構(gòu)件B的應(yīng)變值最小且趨于穩(wěn)定；當(dāng)荷載為1 600 kN時(shí)，構(gòu)件B的應(yīng)變值為330 με，而構(gòu)件A、C應(yīng)變值分別達(dá)到B的179%，230%。

圖12 連接筋應(yīng)變-荷載曲線

由此得出，在荷載加載至1 000 kN之前，構(gòu)件C連接筋的應(yīng)變均小于其他兩個(gè)構(gòu)件，說(shuō)明早期構(gòu)件C連接筋力學(xué)性能更強(qiáng)；隨著荷載增大，型鋼鋼架的迎土側(cè)和背土側(cè)均采用插入式連接筋更能發(fā)揮連接筋的連接能力，連接效果更佳，在減小變形的情況下承載能力得到更大的提高。

3 鋼架選型承載能力對(duì)比試驗(yàn)

通過(guò)前文對(duì)比分析了不同縱向連接筋對(duì)型鋼承載能力，發(fā)現(xiàn)迎土側(cè)和背土側(cè)均采用插入式連接的構(gòu)件B相對(duì)來(lái)說(shuō)承載能力最好。為對(duì)比型鋼與格柵噴混初支結(jié)構(gòu)承載能力差別，故選取相同縱向連接筋插入方式的構(gòu)件進(jìn)行對(duì)比。

3.1 構(gòu)件破壞情況

構(gòu)件B的開(kāi)裂破壞情況見(jiàn)圖8(b)，構(gòu)件D的開(kāi)裂情況見(jiàn)圖13。

圖13 構(gòu)件D開(kāi)裂情況

裂縫擴(kuò)展情況：加載初期，鋼筋混凝土構(gòu)件表現(xiàn)出典型的彎曲性能，構(gòu)件內(nèi)部受力較協(xié)調(diào)。隨著荷載增加，鋼筋傳遞縱向剪切力于混凝土，首先在構(gòu)件中間底部受壓區(qū)出現(xiàn)裂縫；然后由于不同軸拉拔作用，試件兩端底部的墊塊產(chǎn)生局部應(yīng)力，導(dǎo)致裂縫數(shù)量于構(gòu)件的端部及局部，隨著荷載的增加而不斷增多；當(dāng)荷載達(dá)到構(gòu)件屈服荷載時(shí)裂縫數(shù)量不再增加，但其長(zhǎng)度與寬度逐漸變大，當(dāng)裂縫延伸至混凝土受壓區(qū)時(shí)就不再擴(kuò)展，其寬度達(dá)到2～3 mm。

從圖13可知格柵鋼架的受力破壞情況，加載初期，構(gòu)件在跨中部分受拉區(qū)只有細(xì)小的豎向裂縫，隨著受力增大，跨中部分受拉區(qū)出現(xiàn)了縱向曲折裂縫，構(gòu)件端部斜裂縫開(kāi)展并增多，并且從端部一直向上延伸至跨中受壓區(qū)。

從型鋼構(gòu)件的破壞情況可以看出，在破壞形態(tài)上，型鋼與格柵存在顯著不同。型鋼鋼架的裂縫數(shù)目在接近構(gòu)件極限荷載時(shí)增多，裂縫長(zhǎng)度延伸至構(gòu)件高度的2/3，但是型鋼鋼架未出現(xiàn)斜裂縫，從整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程可以看出，型鋼鋼架的受力情況要顯著優(yōu)于格柵鋼架。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.2.1 荷載-位移關(guān)系

圖14為構(gòu)件B、D的荷載-位移關(guān)系，在加載早期，型鋼鋼架與格柵鋼架的位移差距很小，兩者變化均成正比，但在后期，荷載-位移曲線出現(xiàn)彎曲，但是型鋼的強(qiáng)度儲(chǔ)備高于格柵，相同荷載情況下，格柵鋼架位移顯著大于型鋼鋼架，而且差距在不斷增大，例如在荷載為1 200 kN時(shí)，構(gòu)件D的位移為構(gòu)件B的240%，由此可以看出，型鋼鋼架的剛度要大于格柵鋼架，而且承載力水平比格柵高。

圖14 荷載-位移曲線

3.2.2 應(yīng)變-荷載關(guān)系

圖15、圖16分別為型鋼與格柵應(yīng)變-荷載關(guān)系及混凝土的應(yīng)變-荷載關(guān)系，可以看出，兩者的應(yīng)變-荷載均經(jīng)歷了彈性、彈塑性變化階段。圖15中在相同荷載下，格柵應(yīng)變明顯高于型鋼，在荷載為1 600 kN時(shí)，構(gòu)件D的應(yīng)變達(dá)到了構(gòu)件B的230%。圖16中在相同荷載下，格柵構(gòu)件混凝土應(yīng)變高于型鋼構(gòu)件，在荷載為1 400 kN時(shí)，構(gòu)件D的應(yīng)變達(dá)到了構(gòu)件B的192%。

圖15 型鋼及格柵應(yīng)變-荷載曲線

圖16 混凝土應(yīng)變-荷載曲線

在加載前期，構(gòu)件的承載力主要受到混凝土的影響，在加載至200 kN之前，型鋼與格柵混凝土的應(yīng)變差距很小，所以初期對(duì)結(jié)構(gòu)承載力的影響甚微，在加載后期，承載力主要受型鋼和格柵構(gòu)件的影響?？梢钥闯?，型鋼與格柵的應(yīng)變差距在顯著增大，相比于格柵構(gòu)件，型鋼構(gòu)件的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)出來(lái)，因此，型鋼相較于格柵能有效提高結(jié)構(gòu)的承載能力。

從圖15、圖16可知，在相同荷載下，加載初期型鋼與格柵構(gòu)件同混凝土的協(xié)同作用相差很小，但是在后期加載中相差明顯，在荷載為1 200 kN時(shí)，型鋼及格柵的應(yīng)變分別為37，114 με，相對(duì)應(yīng)混凝土應(yīng)變分別為73，147 με，型鋼應(yīng)變與混凝土應(yīng)變相差36 με，而格柵應(yīng)變與混凝土應(yīng)變相差33 με；在荷載為1 600 kN時(shí)，型鋼與格柵應(yīng)變同混凝土應(yīng)變相差分別為51，35 με。由此可得，格柵鋼架和混凝土的結(jié)合力好，更能協(xié)同工作，共同受力；型鋼截面和剛度大，在噴射混凝土未到某一強(qiáng)度前，其可單獨(dú)受力，但混凝土噴射密實(shí)較難，協(xié)同作用相對(duì)較差。

鋼架混凝土構(gòu)件之間存在協(xié)同作用，當(dāng)混凝土開(kāi)裂使得鋼筋應(yīng)力沿軸向變化時(shí)，周圍混凝土就會(huì)提供粘結(jié)應(yīng)力，內(nèi)力在鋼筋及混凝土間傳遞，實(shí)際受荷時(shí)，格柵與混凝土接觸的面積大，因而粘結(jié)作用更好，而型鋼構(gòu)件與混凝土有相對(duì)滑移的趨勢(shì)，傳力效果較弱。由以上分析可知，采用插入式連接筋的鋼架，在加載前期，型鋼鋼架與格柵鋼架受力特性相差不多，兩者的差距均在加載后期逐漸變大，體現(xiàn)出型鋼鋼架的剛度大，相較于格柵能夠有效提升承載能力，但是其與混凝土的粘結(jié)協(xié)同作用較差。

4 結(jié)論

本文通過(guò)室內(nèi)加載試驗(yàn)，改變縱向連接筋的連接形式來(lái)優(yōu)化型鋼鋼架，并在此基礎(chǔ)上，對(duì)比研究了型鋼與格柵鋼架的受力情況，得出以下結(jié)論。

(1)通過(guò)改變不同的縱向連接筋的連接形式，得出縱向連接筋在荷載超過(guò)1 000 kN之后，連接效果更好。當(dāng)采用迎土側(cè)和背土側(cè)插入式連接時(shí)，在加載后期，更能有效提高型鋼混凝土的粘結(jié)力、整體剛度和承載力水平，有效削弱裂縫開(kāi)展，增加結(jié)構(gòu)的安全性。

(2)在受荷相同時(shí)，格柵類構(gòu)件跨中撓度要大于型鋼，且隨著受力加大，兩者相差更多，說(shuō)明相較于格柵，型鋼鋼架剛度要大。從格柵和型鋼鋼架的裂縫狀態(tài)可知，格柵鋼架上只有微小的斜裂縫，且其與混凝土應(yīng)變差值相對(duì)較小，說(shuō)明格柵構(gòu)件易與混凝土結(jié)合，即粘結(jié)性能佳，能更好協(xié)同工作、共同受力。

(3)在加載早期，型鋼鋼架與格柵鋼架的受力特性相差不多，但加載超過(guò)200 kN以后，型鋼鋼架的優(yōu)勢(shì)明顯，更能夠提升初支的承載力，有利于加強(qiáng)隧道整體性及穩(wěn)定性。

(4)在隧道工程施工中，條件允許的情況下，建議優(yōu)先選用插入式連接筋的型鋼鋼架進(jìn)行支護(hù)。