收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

洋流涡激作用下水中悬浮隧道稳定性的关键技术研究

秦银刚  
【摘要】: 涡激振动是悬浮隧道研究中一个非常重要的问题,因为悬浮隧道在海流作用下会产生复杂的涡激振动以及频率“锁定”现象,并诱发流体与结构之间的相互作用,由此可导致结构失稳。由于横流向的涡激振动幅值比顺流向涡激振动幅值要大一个量级,因此本文着重研究悬浮隧道在横向涡激作用下的动力特性及其稳定性,所展开的研究工作主要有: 1基于涡量运动学和动力学特性,针对悬浮隧道管段在运动中受到的流体荷载展开研究,推导出呈小振幅运动的悬浮隧道管段受到的流体荷载计算公式,在已知管段运动规律的前提下运用该公式能准确地计算出作用于悬浮隧道上的流体荷载;并对涡激振动机理进行总结,运用Morison方程估算作用于悬浮隧道上流体作用力。 2将单跨悬浮隧道简化成两端简支的Euler-Bernoulli梁,采用分离变量法对单跨悬浮隧道的固有特性进行分析。研究表明:单跨悬浮隧道一阶固有频率的影响因素中附加质量系数对其影响最大,管段截面外直径影响次之,海水密度影响最小。将张力腿型多跨悬浮隧道简化为线性弹簧支撑的梁模型,采用Laplace正、逆变化求解多跨悬浮隧道管段固有动力特性。研究表明:多跨悬浮隧道固有频率随张力腿轴向等效刚度的增加而降低,悬浮隧道的固有频率与等效刚度之间成反比例关系;固有频率随着管段结构弹性模量、管段外直径的增加而增大,但不成线性关系。 3利用混沌理论中的Melnikov方法分析单跨悬浮隧道在横流涡激作用下的稳定性判据,并对影响稳定性的因素进行分析。研究表明:随着跨度的增加,悬浮隧道稳定性降低;振动阶次越高悬浮隧道稳定性越好,在进行稳定性分析时可只分析一阶稳定性情况。悬浮隧道稳定性随洋流速度增加而呈下降趋势;管段弹性模量对稳定性呈线性影响关系;管段材料密度对稳定性影响也呈增加趋势;管段外直径对稳定性影响呈“勺子”状变化;流体阻尼系数对稳定性呈“V”字形影响;升力系数对稳定性呈下降阶跃函数影响关系。此外,将悬浮隧道管段振动视为对张力腿的参数激励而建立悬浮隧道张力腿振动模型,利用Lyapunov函数研究悬浮隧道张力腿在涡激作用下的稳定性判据。研究得出:张力腿稳定性随着振动阶次、结构刚度或初张力的增加都会呈增加趋势,但不呈线性变化关系;而随着参数激励频率、张力腿长度或动张力系数的增加稳定性会逐渐降低。 4涡激振动模型试验结果表明:悬浮隧道的动力响应随着流速的增大而增大,其中振动最大位移随着流速增加呈线性增加。在相同流场环境条件下,增加支撑张力腿组数能减小管段结构的受力和动力响应幅值,但是会使张力腿的响应规律变得复杂;两节管段的动力响应规律与单节管段大体相同,单节管段悬浮隧道的速度响应幅值比两节管段悬浮隧道大。数值模拟结果表明:在管段迎流面和背流面分别出现正压区和负压区,来流速度越大,管段正负压区的压力值都越高,管段绕流场的分离点后移,漩涡释放频率也越大;圆形截面管体后形成的尾流区最大,椭圆形截面次之,多边形截面最小。 5考虑悬浮隧道管段结构的非线性,在动力特性分析、稳定性分析及模型试验的基础上研究悬浮隧道管段在横向涡激作用下的动力响应。研究表明:对于单跨悬浮隧道发生首阶谐响应时的模态位移最大;悬浮隧道管段的弹性模量增大或管段外直径的增加都会对动力响应起抑制作用;而跨度的增加却会增大动力响应幅值;随着来流速度的增加悬浮隧道的动力响应幅值会增大。对于多跨悬浮隧道,增大张力腿的轴向刚度有助于抑制悬浮隧道管段的位移响应幅值;悬浮隧道管段位移响应幅值随着张力腿长度的增加而增加;不考虑非线性因素影响时随着张力腿间夹角越小对悬浮隧道管段动力响应的抑制作用越明显,而当考虑非线性因素影响时张力腿间夹角越小管段动力响应幅值越大。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 易家康;海中悬浮遂道[J];世界科学;1998年01期
2 项贻强,薛静平;悬浮隧道在国内外的研究[J];中外公路;2002年06期
3 麦继婷,关宝树;琼州海峡悬浮隧道的可行性研究[J];铁道工程学报;2003年04期
4 麦继婷,关宝树;用Morison方程计算分析悬浮隧道所受波浪力初探[J];石家庄铁道学院学报;2003年03期
5 易家康;;挪威峡湾的海中悬浮隧道[J];海洋世界;1997年11期
6 ;国际隧协再次出版《沉管隧道及悬浮隧道》专集[J];现代隧道技术;1997年05期
7 ;中意专家共同探讨水下悬浮隧道问题[J];中国新技术新产品精选;2003年06期
8 麦继婷;关宝树;;悬浮隧道[J];隧道建设;2007年05期
9 秦银刚;周晓军;;洋流作用下水中悬浮隧道失稳判据的研究[J];现代隧道技术;2009年03期
10 兰利敏;水下悬浮隧道——谁将是第一个成功者?[J];现代隧道技术;1997年04期
11 王华;沉管隧道与悬浮隧道(6)[J];现代隧道技术;1994年12期
12 麦继婷,杨显成,关宝树;波流作用下悬浮隧道的动态响应分析[J];水动力学研究与进展A辑;2005年05期
13 刘俊丽;;阿基米德桥——悬浮水中的交通隧道[J];力学与实践;2007年01期
14 孙胜男;陈健云;;地震下悬浮隧道所受动水压力研究—SV波[J];防灾减灾工程学报;2006年04期
15 马军庆;;水中悬浮隧道研究现状[J];中国港湾建设;2008年06期
16 麦继婷,罗忠贤,关宝树;流作用下悬浮隧道张力腿的涡激动力响应[J];西南交通大学学报;2004年05期
17 麦继婷;罗忠贤;关宝树;;波流作用下悬浮隧道动态响应的分析估算[J];铁道工程学报;2006年06期
18 秦银刚;周晓军;;洋流作用下悬浮隧道的混沌行为分析[J];铁道学报;2010年04期
19 麦继婷;杨显成;关宝树;;悬浮隧道在波流作用下的响应分析[J];铁道学报;2008年02期
20 杜凤;王伟峰;;浅谈3ds MAXSCript在悬浮隧道中的应用[J];四川建筑;2008年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张文福;陈春磊;计静;刘迎春;;水中悬浮隧道动力特性的仿真分析[A];第20届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅱ册)[C];2011年
2 罗刚;周晓军;;基于APDL的悬浮隧道管段的可靠度分析[A];第二十三届全国水动力学研讨会暨第十届全国水动力学学术会议文集[C];2011年
3 秦银刚;周晓军;;波浪作用下悬浮隧道响应谱分析[A];第十四届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上册)[C];2009年
4 徐万海;曾晓辉;吴应湘;;平台运动对张力腿非线性涡激振动的影响[A];2007年度海洋工程学术会议论文集[C];2007年
5 梅华东;胡勇;董宝辉;刘庆;;几种框架形式的地震响应分析[A];第十四届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(下册)[C];2009年
6 张旭红;王志华;赵隆茂;;爆炸载荷作用下铝蜂窝夹芯板动力响应实验研究[A];第八届全国爆炸力学学术会议论文集[C];2007年
7 路国运;张善元;杨嘉陵;;金属圆管受强烈撞击时的动力响应及失效[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
8 姚小虎;韩强;;战斗机风挡鸟撞击实验研究[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
9 刘宁;朱维申;;动荷载作用下的混凝土的混沌响应分析[A];第八届全国爆炸力学学术会议论文集[C];2007年
10 陈建功;张永兴;;锚杆系统低应变动力响应的数值模拟分析[A];第九届全国岩土力学数值分析与解析方法讨论会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 秦银刚;洋流涡激作用下水中悬浮隧道稳定性的关键技术研究[D];西南交通大学;2009年
2 麦继婷;波流作用下悬浮隧道的响应研究[D];西南交通大学;2005年
3 孙胜男;悬浮隧道动力响应分析[D];大连理工大学;2008年
4 王广地;波流作用下悬浮隧道结构响应的数值分析及试验研究[D];西南交通大学;2008年
5 干湧;水下悬浮隧道的空间分析与节段模型试验研究[D];浙江大学;2003年
6 郝大力;路面性能的评价与分析研究[D];长安大学;2000年
7 丁金华;机械结构有限元动力优化设计的逆摄动方法研究[D];大连理工大学;2000年
8 曲月霞;海冰与近海结构物作用的物理模拟研究[D];大连理工大学;2001年
9 张引科;非饱和土混合物理论及其应用[D];西安建筑科技大学;2001年
10 王宏志;冲击荷载作用下桩的纵向和横向动力响应[D];浙江大学;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 汪精河;定常流作用下单跨悬浮隧道涡激振动可靠性分析[D];西南交通大学;2010年
2 疏义广;深海悬浮隧道荷载组合及效应分析[D];重庆交通大学;2012年
3 王变革;水下悬浮隧道锚索的动力响应研究[D];大连理工大学;2007年
4 贺效强;潜浮式倒悬索跨海大桥的结构分析[D];武汉理工大学;2008年
5 谢立广;水中悬浮隧道管段接头的力学行为分析[D];西南交通大学;2007年
6 秦艳辉;潜浮式倒悬索跨海大桥的仿真分析和试验研究[D];武汉理工大学;2009年
7 张可;潜浮式索张桥的设计研究[D];武汉理工大学;2008年
8 刘素云;潜浮式倒悬索桥动力性能试验与理论研究[D];武汉理工大学;2008年
9 张科乾;悬浮隧道结构设计分析与健康监测[D];浙江大学;2011年
10 张俊清;海洋浮式结构桩基础的抗拔极限承载力分析[D];大连理工大学;2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 董立万;上海对水中悬浮隧道进行可行性研究[N];中国海洋报;2004年
2 杨爱国;中意合建世界首座阿基米德桥样桥[N];人民日报;2007年
3 杨爱国;首座阿基米德桥样桥模型面世[N];人民日报;2007年
4 刘恕;2003年度中国国际科技合作奖颁奖[N];科技日报;2004年
5 通讯员 何亦星记者 刘慧;千岛湖水下古城将建阿基米德桥[N];浙江日报;2003年
6 本报记者 徐玢;汗洒科研主阵地[N];科技日报;2008年
7 本报记者 李金金;探秘千岛湖水底古城[N];北京科技报;2011年
8 杨国胜;西南院两项成果通过验收[N];西南电力报;2008年
9 黄克忠;没有规矩,不成方圆[N];中国文物报;2009年
10 记者 王彦民 通讯员 靳丹;变电站隔震技术研究项目通过鉴定[N];国家电网报;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978