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现如今在交通设施大量建设发展的时代,陆、空这两种交通方式的开发已经逐渐饱和,人们开始关注隧道工程和地下空间的研究开发。在传统的桥梁、沉管隧道等跨越方式受环境条件及工程技术等因素限制的条件下,悬浮隧道这一概念的出现为跨越水道提供了新的方案,并以成本较低、节约环保等特性在未来的交通运输发展中极具竞争力。
在悬浮隧道的设计中,存在很多至关重要的需要考虑的部分,包括地址选取、材料选用、刚度设计以及断面设计等,而悬浮隧道主体部分的断面形式会对整体结构在波浪等荷载作用下产生很大的影响,论文主要针对不同截面形式的悬浮隧道在波浪作用下的动力与运动响应进行研究。
论文首先基于势流理论,采用高阶边界元方法在频域内建立二维模型,对圆形、椭圆形、耳形、多边形以及双圆截面结构所受波浪激振力、附加质量和辐射阻尼进行了分析比较,研究了结构物不同淹没深度、截面形状以及结构特征参数对其水动力特性的影响。结果表明:淹没深度的增加会导致波浪力和辐射阻尼的减少,但附加质量变化不大;不同截面形状的水动力特性区别明显;中心距对双圆截面的水动力特性有较大影响。
其次将悬浮隧道的锚索系统进行简化,由水平和垂直方向的线性弹簧代替,建立二维时域模型。同样采用高阶边界元方法求解边界积分方程,用标准的龙格库塔方法对运动方程和自由水面上边界条件进行数值积分并应用牛顿法求解悬浮隧道管段的运动方程。针对圆、椭圆、耳形、多边形以及双圆五种截面形状结构在不同浮重比、锚索倾角下随波频的运动响应进行分析比较。结果表明:规则波情况下当锚索倾角为56.25°时结构在波浪作用下会比较稳定,同时在此锚索倾角下椭圆截面也比其他截面更加稳定;比较不规则波作用下五种截面的运动响应,椭圆截面更为稳定,且位移与有效周期和波高的的变化正相关;当淹没水深达到一定深度时,波浪对结构物的运动响应的影响逐渐降低;浮重比从1.1增加到1.4,其结构重力减小,自振频率向高频方向移动,从而共振峰向高频移动且其峰值随浮重比的增大而减小;不同截面在不同入射波频的波浪作用下表现出不一样的运动特性。
在实际设计悬浮隧道的时候要充分考虑其断面形式对动力特性以及运动的影响,并根据实际情况选取适当的截面、淹没水深、锚索倾角以及浮重比等,找到结构稳定性和整体经济性的平衡点。论文研究可为结构选型以及后续的其他计算模型提供参考,也为结构整体的运动分析提供数据参考,其结果具有普遍规律性,针对工程设计研究具有一定的参考意义。
在悬浮隧道的设计中,存在很多至关重要的需要考虑的部分,包括地址选取、材料选用、刚度设计以及断面设计等,而悬浮隧道主体部分的断面形式会对整体结构在波浪等荷载作用下产生很大的影响,论文主要针对不同截面形式的悬浮隧道在波浪作用下的动力与运动响应进行研究。
论文首先基于势流理论,采用高阶边界元方法在频域内建立二维模型,对圆形、椭圆形、耳形、多边形以及双圆截面结构所受波浪激振力、附加质量和辐射阻尼进行了分析比较,研究了结构物不同淹没深度、截面形状以及结构特征参数对其水动力特性的影响。结果表明:淹没深度的增加会导致波浪力和辐射阻尼的减少,但附加质量变化不大;不同截面形状的水动力特性区别明显;中心距对双圆截面的水动力特性有较大影响。
其次将悬浮隧道的锚索系统进行简化,由水平和垂直方向的线性弹簧代替,建立二维时域模型。同样采用高阶边界元方法求解边界积分方程,用标准的龙格库塔方法对运动方程和自由水面上边界条件进行数值积分并应用牛顿法求解悬浮隧道管段的运动方程。针对圆、椭圆、耳形、多边形以及双圆五种截面形状结构在不同浮重比、锚索倾角下随波频的运动响应进行分析比较。结果表明:规则波情况下当锚索倾角为56.25°时结构在波浪作用下会比较稳定,同时在此锚索倾角下椭圆截面也比其他截面更加稳定;比较不规则波作用下五种截面的运动响应,椭圆截面更为稳定,且位移与有效周期和波高的的变化正相关;当淹没水深达到一定深度时,波浪对结构物的运动响应的影响逐渐降低;浮重比从1.1增加到1.4,其结构重力减小,自振频率向高频方向移动,从而共振峰向高频移动且其峰值随浮重比的增大而减小;不同截面在不同入射波频的波浪作用下表现出不一样的运动特性。
在实际设计悬浮隧道的时候要充分考虑其断面形式对动力特性以及运动的影响,并根据实际情况选取适当的截面、淹没水深、锚索倾角以及浮重比等,找到结构稳定性和整体经济性的平衡点。论文研究可为结构选型以及后续的其他计算模型提供参考,也为结构整体的运动分析提供数据参考,其结果具有普遍规律性,针对工程设计研究具有一定的参考意义。