高强度格栅钢架及其制造方法与流程

技术领域：

本发明属于隧道工程建设技术领域，具体涉及一种隧道初期支护的高强度格栅钢架及其制造方法。

背景技术：
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目前国内外铁路、公路隧道支护大多数采用工字钢钢架和格栅钢架二种方式，工字钢钢架具有截面面积大、刚度大、承压能力较强，能够有效控制围岩初期变形等特点，但存在有不易与岩体贴和紧密、与岩体接触面积小、应力较为集中、单榀重量大、运输与安装就位不便等缺点。格栅钢架与混凝土接触面积大、粘结效果好、能够共同变形、共同受力、不易出现收缩裂缝，安装时可以尽量贴和岩壁、后方不易出现空腔问题，而且单榀重量轻、制作简单、运输与安装方便，造价低、经济性好等优点。它的缺点是整体刚度较低，抵抗支护初期较大围岩应力产生的变形能力较差。目前国内外三肢钢架主筋选用ф20-ф25mm的hrb400级钢筋，四肢钢架主筋选用ф22-ф28mm的hrb400级钢筋制作；8字筋或行架筋(之字筋)选用ф10-ф14mm的hrb400级钢筋制作；加强筋(箍筋)选用ф8-ф12mm直径hrb335钢筋制作；钢架的连接板采用热轧角钢制作，连接螺栓采用5.6级螺栓连接。

这种格栅钢架由于选用了较低屈服强度的335mpa或400mpa级钢筋制作，所以带来了格栅钢架抗压(拉)力低、整体刚度也低，抵抗支护初期较大围岩应力产生的变形能力差这一缺点。

目前用于制作格栅钢架的钢筋性能如表1，数值取自gb/t1499.2-2007标准。

表1目前用于制作格栅钢架的钢筋性能表

随着高强度、高延性、高韧性钢筋的开发成功，同时这种钢筋的焊接碳当量与hrb400和hrb335相同，同样方便焊接作业。我们想到了使用这种高强度钢筋制作格栅钢架，它会提高拱架结构的抗压(拉)力和有效刚度，替代型钢钢架，这种高强度格栅钢架就同时具有了型钢钢架和格栅钢架的优点。

表2用于制作高强度格栅钢架的钢筋性能表

注：表中钢筋性能数值取自yb/t4363-2014和yb/t4425-2014标准。

根据钢架钢筋等效抗拉(抗压)力的代换原则和钢架结构的等效刚度代换原则，本发明采用采用crmg600及其以上级别的高强度热处理钢筋制作高强度格栅钢架的主筋，采用hth800及其以上级别的高强度热处理钢筋制作8字筋、行架筋(之字筋)、加强筋(箍筋)和u型筋。这种高强度格栅钢架，完全可以替代型钢钢架用于v围岩的初期支护和替代使用更粗规格400mpa级钢筋制作的普通强度格栅钢架用于iv级围岩的初期支护。节约了钢材用量，方便了安装，降低了工程造价。

在现有的格栅钢架产品中，没有见到使用600mpa级及其以上强度钢筋，采用焊接方法制作的格栅钢架产品，也没有见到使用600mpa级及其以上强度钢筋制作的格栅钢架产品。

技术实现要素：
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本发明的一个目的是提供一种高强度格栅钢架，它具有工字钢钢架的能够有效控制围岩初期变形等特点，也具有格栅钢架后期支护强度大的特点。同时单榀重量轻，制作简单，运输与安装方便，造价低、经济性好。

为了实现这一目标，本发明提供了如下技术方案：

高强度格栅钢架由拱部单元、边墙单元及仰拱单元组成，各单元由主筋、8字筋或行架筋(之字筋)、加强筋(箍筋)和u型筋焊接成型，两单元钢架接头部位通过连接角钢、螺栓、螺母连接，两榀钢架通过连接钢筋焊接。如图1所示。

三肢钢架和四肢钢架的主筋选用ф18-28mm直径的crmg600级及其以上级别的钢筋制作。

8字筋或行架筋(之字筋)在格栅钢架内侧，与主筋焊接一起形成整体，其强度、直径及间距决定格栅钢架的刚度，由ф10-14mm直径hth800级及其以上级别的钢筋制作，间隔60mm，横竖交错布置。

加强筋(箍筋)布置在主筋外侧，与主筋焊接一起形成整体，起加固和限制钢架变形作用，选用ф6-8mm直径hth800级及其以上级别的钢筋制作。如图2所示。

u型筋布置在每个钢架单元的二端，与主筋焊接一起形成整体，选用ф10-14mm直径hth800级及其以上级别的钢筋制作。

连接板选用热轧角钢，与主筋焊接一起形成整体，通过8.8级螺栓和螺母将两个相邻的钢架单元连接起来。如图3所示。

附图说明：

图1高强度格栅钢架的布置图例

图28字筋和箍筋在格栅钢架的布置图例

图3u型筋、角钢连接板及螺栓螺母在格栅钢架的布置图例

具体实施方式：

实例1：

高强度格栅钢架由以下钢筋焊接而成，钢架为180×180mm正方形断面。采用直径ф20mm的crmg700级高强度钢筋，制作四肢格栅钢架主筋；采用直径ф12mm的hth800级高强度钢筋制作8字筋；采用直径ф8mm的hth800级高强度钢筋制作箍筋和采用直径ф12mm的hth800级高强度钢筋制作u型筋。连接板采用10#热轧角钢，采用m20螺栓和螺母，螺栓为8.8级。

隧道支护测试结果表明该高强度格栅钢架可以满足替代工20a工字钢钢架的要求。

实例2：

高强度格栅钢架由以下钢筋焊接而成，钢架为220×184mm矩形断面。采用直径ф22mm的crmg600级高强度钢筋，制作四肢格栅钢架主筋；采用直径ф12mm的hth900级高强度钢筋制作8字筋；采用直径ф8mm的hth900级高强度钢筋制作箍筋和采用直径ф12mm的hth900级高强度钢筋制作u型筋。连接板采用10#热轧角钢，采用m24螺栓和螺母，螺栓为8.8级。

隧道支护测试结果表明该高强度格栅钢架可以满足替代工20b工字钢钢架的要求。

实例3：

高强度格栅钢架由以下钢筋焊接而成，钢架为220×184mm矩形断面。采用直径ф22mm的crmg700级高强度钢筋，制作四肢格栅钢架主筋；采用直径ф12mm的hth900级高强度钢筋制作8字筋；采用直径ф8mm的hth900级高强度钢筋制作箍筋和采用直径ф12mm的hth900级高强度钢筋制作u型筋。连接板采用10#热轧角钢，采用m24螺栓和螺母，螺栓为8.8级。

隧道支护测试结果表明该高强度格栅钢架可以满足替代工22b工字钢钢架的要求。

实例4：

高强度格栅钢架由以下钢筋焊接而成，钢架为212×176mm矩形断面。采用直径ф18mm的crmg600级高强度钢筋，制作四肢格栅钢架主筋；采用直径ф10mm的hth800级高强度钢筋制作8字筋；采用直径ф6mm的hth800级高强度钢筋制作箍筋和采用直径ф12mm的hth800级高强度钢筋制作u型筋。连接板采用10#热轧角钢，采用螺栓和螺母，螺栓为8.8级。

隧道支护测试结果表明该高强度格栅钢架可以满足替代采用直径ф22mm的hrb400级钢筋制作的四肢格栅钢架要求。

本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以在本发明中做出各种修改和改变。因此，本发明意图覆盖本发明的修改和改变，只要这些修改和改变落入权利要求书及其等同物的范围内即可。