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波流作用下悬浮隧道的响应研究

麦继婷  
【摘要】:悬浮隧道是一种用于跨越海峡、海湾、湖泊、河口及其它水道的新型交通结构物,它是利用自重、所受浮力和支撑系统之间的平衡,使其悬浮在一定的水深位置。由于悬浮隧道具有通行时间短、对自然环境影响小、建造地点的选择比较自由以及不破坏建造地点的自然景观等优点,悬浮隧道正日益成为隧道专业方向新的研究课题。 悬浮隧道从它所处的周围环境和所承受的荷载角度来看,它与传统的山岭隧道和水底隧道有着显著的差别。由于悬浮隧道直接处于波流作用的自然环境中,因此波流荷载是悬浮隧道所受最主要的环境荷载之一,同时波浪的作用随时间而变,导致悬浮隧道产生动力效应,而动力效应是趋向于增加结构物应力数值并损害结构物的长期稳定性;另外像悬浮隧道这样的水下结构物,在其放置深度处,水流对它的作用有可能大于水面波浪对它的作用:除此之外悬浮隧道在波流作用下,变形虽然很小,但由于隧道自身长度过长,所以在其结构自重、浮力、波流及支撑系统作用下,结构的形态有可能产生很大的变化,呈现出非线性的大位移和旋转,从而对悬浮隧道结构的安全性、稳定性将产生较大的影响。因此,对于悬浮隧道这样的结构,无论是在设计阶段,还是在运营阶段,在环境荷载作用下结构的响应都应是关注的焦点。 本文主要对波流作用下悬浮隧道的响应问题进行了研究,研究内容包括两个部分。第一部分着重研究了波流共同作用下悬浮隧道的静、动态响应问题。第二部分主要对漩涡诱发结构物的动态响应进行了分析。论文完成的具体工作如下: 1.采用波浪绕射理论和源汇法对悬浮隧道所受波浪荷载进行了求解。利用Morison方程求解作用在悬浮隧道上的流体作用力; 2.采用空间梁单元的CR列式法,在考虑流固相互作用的条件下,建立了悬浮隧道结构系统的静、动态响应分析的有限元数值计算模型和静、动态响应的求解方法。 3.根据所建立的静、动态响应分析的有限元数值计算模型及求解方法,针对不同的海况条件、不同的结构断面形式、放置深度和支撑形式进行了静、动态响应的对比计算分析。 4.概述了漩涡泄放机理和涡激振动的基本概念。比较了目前常用的各种涡激振动求解方法。


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