懸浮隧道動(dòng)力響應(yīng)分析.pdf

1、懸浮隧道概念的問世時(shí)間雖然短暫，然而由于它在跨越深水域時(shí)的明顯優(yōu)勢(shì)，懸浮隧道現(xiàn)已得到世人的廣泛關(guān)注。懸浮隧道一般由懸浮在水中的管體組成，由浮力保持在適當(dāng)?shù)奈恢蒙?，通過合理的錨固系統(tǒng)如錨索或張力腿錨固在海床上。因此，相對(duì)傳統(tǒng)隧道而言，懸浮隧道在環(huán)境荷載作用下更容易產(chǎn)生振動(dòng)。 懸浮隧道的振動(dòng)可以分為整體振動(dòng)和局部振動(dòng)。整體振動(dòng)是指只考慮管體的振動(dòng)，不考慮錨索的橫向振動(dòng)；局部振動(dòng)是指單根錨索的振動(dòng)。本文從懸浮隧道的整體振動(dòng)和錨索的局部

2、振動(dòng)兩個(gè)方面出發(fā)，考慮到中國(guó)地震的多發(fā)性和錨索振動(dòng)的關(guān)鍵性，對(duì)地震作用下懸浮隧道體系的整體動(dòng)力響應(yīng)以及參數(shù)激勵(lì)與強(qiáng)迫激勵(lì)作用下錨索的振動(dòng)特性進(jìn)行了研究分析，并對(duì)錨索的被動(dòng)控制進(jìn)行了初探。主要內(nèi)容如下： (1)介紹了懸浮隧道的概念、特點(diǎn)、發(fā)展歷程及結(jié)構(gòu)分析進(jìn)展。無論怎樣的現(xiàn)場(chǎng)條件、施工方法和設(shè)計(jì)方案，必須解決結(jié)構(gòu)建模和分析方法問題。因此，本文從隧道管體結(jié)構(gòu)、隧道錨固體系、作用荷載、模型試驗(yàn)等方面綜述了國(guó)內(nèi)外對(duì)懸浮隧道結(jié)構(gòu)分析方面的

3、研究進(jìn)展，提出了其發(fā)展方向和應(yīng)專門研究的關(guān)鍵技術(shù)問題，以供我國(guó)進(jìn)一步開展有關(guān)研究和制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范時(shí)參考。 (2)懸浮隧道尚未有實(shí)際結(jié)構(gòu)物，模型試驗(yàn)不失為研究其受力特性和動(dòng)力響應(yīng)的重要手段。為模擬懸浮隧道-水體相互作用的真實(shí)情況，利用大連理工大學(xué)海岸和近海工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的大型水下振動(dòng)臺(tái)，首次進(jìn)行了懸浮隧道地震響應(yīng)的模型試驗(yàn)。根據(jù)模型試驗(yàn)的試驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，分析了懸浮隧道地震時(shí)的反應(yīng)特點(diǎn)，以及懸浮隧道動(dòng)力反應(yīng)的影響因素。

4、 (3)在勢(shì)流理論的基礎(chǔ)上，對(duì)懸浮隧道進(jìn)行了地震響應(yīng)數(shù)值分析。為確保數(shù)值模型的正確性，首先建立了貼近懸浮隧道地震響應(yīng)模型試驗(yàn)的數(shù)值模型，將計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比；然后在驗(yàn)證數(shù)值模型正確的基礎(chǔ)上，參考國(guó)內(nèi)外擬建懸浮隧道的設(shè)計(jì)參數(shù)，建立了懸浮隧道的數(shù)值模型，對(duì)懸浮隧道進(jìn)行了模態(tài)分析和地震響應(yīng)影響因素敏感性分析。 (4)為研究參數(shù)激勵(lì)作用下錨索的動(dòng)力響應(yīng)，提出了懸浮隧道錨索-管體耦合非線性參數(shù)振動(dòng)模型，建立了錨索-管體的耦合振

5、動(dòng)方程，通過伽遼金法和龍格-庫(kù)塔法分析了懸浮隧道錨索在參數(shù)激勵(lì)作用下出現(xiàn)大幅振動(dòng)的可能性。鑒于錨索垂度效應(yīng)的重要性，分別采用兩種不同的方式來考慮垂度—求解方便、規(guī)律性強(qiáng)的等效彈性模量法和體現(xiàn)錨索垂度效應(yīng)的拋物線法。 (5)將懸浮隧道錨索簡(jiǎn)化為受張力的簡(jiǎn)支梁，建立了錨索的渦激振動(dòng)方程，研究了流場(chǎng)中錨索的多階橫向渦激振動(dòng)問題，數(shù)值分析表明了錨索高階渦激非線性振動(dòng)的重要性。此外，建立了懸浮隧道錨索-管體耦合振動(dòng)非線性模型，對(duì)參數(shù)激勵(lì)進(jìn)