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水中悬浮隧道管段接头的力学行为分析

谢立广  
【摘要】: 悬浮隧道是一种新型的穿越水域的交通结构物,目前世界上尚无工程实例。在某些特定的条件下,悬浮隧道有其它交通结构型式无可比拟的技术经济优势,应用前景广阔。 管段接头是悬浮隧道结构体系的重要组成部分,论文研究以教育部霍英东教育基金和国家自然科学基金为依托,主要进行悬浮隧道管段接头的力学行为分析与研究。 首先通过对流体荷载的分析,将定常流的作用简化为静力荷载,将长周期波近似为简谐荷载;在此基础上建立相关力学模型:以Bernoulli-Euler梁模拟管段,以弹性铰模拟管段接头,进而展开悬浮隧道结构体系的静、动力分析。 结构分析主要采用有限单元法和传递矩阵法,旨在研究管段接头弯曲刚度对悬浮隧道结构体系静力响应、动力特性和简谐响应的影响,其中有限单元法通过ANSYS软件实现,传递矩阵法通过自编Visual Basic程序实现。 最后是针对管段接头力学特性的分析,包括解析公式的推导和数值方法的实现,旨在探讨影响管段接头力学特性的因素和规律。 通过上述分析研究,得出如下主要结论: (1)定常流作用下,管段接头弯曲刚度对悬浮隧道结构体系静力响应的影响主要体现在近岸段:刚性接头意味着较大的结构内力,柔性接头则相伴较大的管段位移和接头变形。 (2)悬浮隧道管段的自振频率会随管段接头弯曲刚度的增大而增大,且高阶频率的增幅要比低阶频率显著得多。 (3)长周期波不至引起悬浮隧道管段的共振,管段接头弯曲刚度对悬浮隧道结构体系简谐响应幅值的影响与静力响应相似。 (4)影响管段接头力学特性的主要因素有结构尺寸、接头部件的材料特性和管段水力压接的初始状态。


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