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地震作用下悬浮隧道的动力响应研究

赵佳佳  
【摘要】:水中悬浮隧道(Submerged Floating Tunnel,简称SFT)是一种新型的跨越水域的水工结构物,在自重、浮力和锚固系统的共同作用悬浮在水中,由于基于阿基米德原理又称之为阿基米德桥。在那些传统桥梁、隧道不能跨越的水域中,悬浮隧道显示了其独特的跨越能力。悬浮隧道一般由管体结构、锚固系统、管段之间的结合结构以及与两岸相连的驳岸结构组成。由于悬浮隧道所处的特殊环境,隧道系统会受到多种环境荷载,如波浪,海流,地震等。 现阶段,悬浮隧道的结构动力学分析工作集中在不同荷载下隧道管体和锚索系统的结构动力学响应。其中波浪、海流等环境荷载研究的比较多,对于地震这种极限环境荷载研究的相对较少。本文主要研究地震这种极限荷载作用下悬浮隧道的动力响应,对悬浮隧道体系中的管体和锚索的动力响应进行研究分析,介绍了悬浮隧道的概念、特点、模型试验及发展概况。总结了国内外学者近些年来关于悬浮隧道在荷载作用下结构动力响应方面的研究进展,论述了本文的研究的目的及意义。 本文的主要内容如下: (1)考虑流体与结构相互耦合作用,将锚索简化为直杆模型,建立悬浮隧道锚索地震作用下的结构动力方程。通过虚拟激励法输入地震加速度功率谱,采用振型分解法求解方程分析了锚索在地震作用下的动力响应,得到了锚索的位移和速度功率谱。通过位移和速度功率谱分析获得随机地震激励作用下水中悬浮隧道锚索的动力行为。 (2)以管体和消能连接装置组成的系统为研究对象,建立了管体-消能连接装置的振动模型。通过虚拟激励法得到了系统的振动微分方程,分析了管体在地震作用下的动力响应,得到了管体位移和速度功率谱。通过位移和速度功率谱分析获得随机地震激励作用下水中悬浮隧道管体的动力行为。


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