悬浮隧道动力响应分析

悬浮隧道动力响应分析

论文摘要

悬浮隧道概念的问世时间虽然短暂,然而由于它在跨越深水域时的明显优势,悬浮隧道现已得到世人的广泛关注。悬浮隧道一般由悬浮在水中的管体组成,由浮力保持在适当的位置上,通过合理的锚固系统如锚索或张力腿锚固在海床上。因此,相对传统隧道而言,悬浮隧道在环境荷载作用下更容易产生振动。悬浮隧道的振动可以分为整体振动和局部振动。整体振动是指只考虑管体的振动,不考虑锚索的横向振动;局部振动是指单根锚索的振动。本文从悬浮隧道的整体振动和锚索的局部振动两个方面出发,考虑到中国地震的多发性和锚索振动的关键性,对地震作用下悬浮隧道体系的整体动力响应以及参数激励与强迫激励作用下锚索的振动特性进行了研究分析,并对锚索的被动控制进行了初探。主要内容如下:(1)介绍了悬浮隧道的概念、特点、发展历程及结构分析进展。无论怎样的现场条件、施工方法和设计方案,必须解决结构建模和分析方法问题。因此,本文从隧道管体结构、隧道锚固体系、作用荷载、模型试验等方面综述了国内外对悬浮隧道结构分析方面的研究进展,提出了其发展方向和应专门研究的关键技术问题,以供我国进一步开展有关研究和制定相关标准和规范时参考。(2)悬浮隧道尚未有实际结构物,模型试验不失为研究其受力特性和动力响应的重要手段。为模拟悬浮隧道-水体相互作用的真实情况,利用大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室的大型水下振动台,首次进行了悬浮隧道地震响应的模型试验。根据模型试验的试验现象和数据,分析了悬浮隧道地震时的反应特点,以及悬浮隧道动力反应的影响因素。(3)在势流理论的基础上,对悬浮隧道进行了地震响应数值分析。为确保数值模型的正确性,首先建立了贴近悬浮隧道地震响应模型试验的数值模型,将计算结果与试验结果进行了对比;然后在验证数值模型正确的基础上,参考国内外拟建悬浮隧道的设计参数,建立了悬浮隧道的数值模型,对悬浮隧道进行了模态分析和地震响应影响因素敏感性分析。(4)为研究参数激励作用下锚索的动力响应,提出了悬浮隧道锚索-管体耦合非线性参数振动模型,建立了锚索-管体的耦合振动方程,通过伽辽金法和龙格-库塔法分析了悬浮隧道锚索在参数激励作用下出现大幅振动的可能性。鉴于锚索垂度效应的重要性,分别采用两种不同的方式来考虑垂度—求解方便、规律性强的等效弹性模量法和体现锚索垂度效应的抛物线法。(5)将悬浮隧道锚索简化为受张力的简支梁,建立了锚索的涡激振动方程,研究了流场中锚索的多阶横向涡激振动问题,数值分析表明了锚索高阶涡激非线性振动的重要性。此外,建立了悬浮隧道锚索-管体耦合振动非线性模型,对参数激励进行了比较真实的模拟,考虑了隧道管体的运动对锚索横向振动的影响,并在此条件下探讨了流场中锚索的涡激振动问题。(6)以锚索和粘弹性阻尼器组成的系统为研究对象,考虑锚索的垂度效应,建立了锚索-粘弹性阻尼器的振动方程,通过伽辽金法得到了系统的振动常微分方程组,然后进行复特征值分析,得到了锚索可能达到的最优阻尼比以及相应的最优阻尼器系数,分析了锚索的倾角和垂度对锚索最优阻尼比的影响。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1 绪论
  • 1.1 课题研究背景及意义
  • 1.2 悬浮隧道的概念及特点
  • 1.2.1 悬浮隧道的概念
  • 1.2.2 悬浮隧道的特点
  • 1.3 悬浮隧道的发展概况
  • 1.4 悬浮隧道结构分析研究进展
  • 1.4.1 隧道管体结构
  • 1.4.2 隧道锚固体系
  • 1.4.3 作用荷载
  • 1.4.4 模型试验
  • 1.4.5 其他相关研究
  • 1.5 论文的主要工作
  • 1.5.1 论文研究目的
  • 1.5.2 论文研究内容
  • 2 悬浮隧道地震响应模型试验
  • 2.1 引言
  • 2.2 模型介绍
  • 2.3 试验设备和仪器
  • 2.3.1 地震激励系统
  • 2.3.2 传感器和数据采集系统
  • 2.4 试验测试内容
  • 2.5 模型试验基本情况
  • 2.5.1 试验工况
  • 2.5.2 试验步骤
  • 2.5.3 地震波加载方案
  • 2.6 试验结果及分析
  • 2.7 本章小结
  • 3 悬浮隧道地震响应数值分析
  • 3.1 引言
  • 3.2 流固耦合的基本理论
  • 3.3 模型试验的流固耦合数值分析
  • 3.3.1 数值模型简介
  • 3.3.2 数值结果与试验结果比较
  • 3.4 悬浮隧道地震响应数值分析
  • 3.4.1 模型简介
  • 3.4.2 模态分析
  • 3.4.3 影响因素敏感性分析
  • 3.5 本章小结
  • 4 悬浮隧道锚索参数振动研究
  • 4.1 引言
  • 4.2 锚索垂度效应
  • 4.3 锚索参数振动响应-等效弹模法
  • 4.3.1 锚索-管体耦合参数振动模型
  • 4.3.2 数值算例
  • 4.4 锚索参数振动响应-抛物线法
  • 4.4.1 锚索-管体耦合参数振动模型
  • 4.4.2 数值算例
  • 4.5 本章小结
  • 5 悬浮隧道锚索涡激响应分析
  • 5.1 引言
  • 5.2 旋涡泄放机理和涡激振动
  • 5.3 悬浮隧道锚索多阶涡激非线性振动
  • 5.3.1 振动方程
  • 5.3.2 方程求解
  • 5.3.3 实例计算和分析
  • 5.4 水流作用下悬浮隧道锚索的动力响应
  • 5.4.1 锚索-管体耦合非线性振动模型
  • 5.4.2 数值分析
  • 5.5 本章小结
  • 6 悬浮隧道锚索的被动控制研究
  • 6.1 引言
  • 6.2 锚索-粘弹性阻尼器系统的数学模型
  • 6.2.1 振动方程
  • 6.2.2 方程求解
  • 6.3 数值算例及结果分析
  • 6.3.1 锚索的最大模态阻尼比及最优阻尼器系数
  • 6.3.2 锚索倾角对锚索最优模态阻尼比的影响
  • 6.3.3 锚索垂度对锚索最优模态阻尼比的影响
  • 6.4 本章小结
  • 7 本文工作总结与展望
  • 7.1 本文工作总结
  • 7.2 展望
  • 参考文献
  • 创新点摘要
  • 攻读博士学位期间发表学术论文情况
  • 致谢
  • 作者简介
  • 相关论文文献

    • [1].U型可回收锚索现场试验研究[J]. 科技创新与应用 2020(19)
    • [2].囊式扩体锚索与分散压缩型锚索性能对比试验研究[J]. 中国水运 2020(08)
    • [3].扩大头锚索在砂质土中的一体式施工应用[J]. 广东土木与建筑 2020(09)
    • [4].煤矿锚索装卸安全讨论与研究[J]. 煤矿现代化 2018(03)
    • [5].可回收锚索的发展现状及展望[J]. 四川建筑科学研究 2015(02)
    • [6].可回收锚索技术介绍与分析[J]. 建筑监督检测与造价 2015(02)
    • [7].盾构掘进穿越锚索群的预处理工程实践[J]. 广东土木与建筑 2017(03)
    • [8].恒阻大变形锚索力学特性及其在深部切顶留巷中的应用[J]. 煤炭工程 2020(11)
    • [9].锚索涨拉器在掘进机中的改造运用[J]. 煤 2011(05)
    • [10].某大桥定向锚索孔施工方法[J]. 西部探矿工程 2011(11)
    • [11].永久性锚索的防护及选用[J]. 预应力技术 2008(02)
    • [12].高恒阻大变形锚索静力学特性数值模拟分析及应用[J]. 矿业科学学报 2020(01)
    • [13].赵庄煤业破碎巷帮锚索锚固力提高技术研究[J]. 山东煤炭科技 2020(03)
    • [14].顶爆条件下全长黏结式锚索的受力研究[J]. 防护工程 2019(01)
    • [15].不张拉锚索抗剪实验研究探讨[J]. 西北水电 2013(06)
    • [16].锚索自动切割及装车装置研制与使用[J]. 内蒙古煤炭经济 2014(02)
    • [17].矢量型底部灌浆锚索的研究及应用[J]. 科技传播 2013(17)
    • [18].新型锚索材料的试验研究[J]. 探矿工程(岩土钻掘工程) 2008(07)
    • [19].注浆长度对屈服锚索滑动后残余锚固力影响试验研究[J]. 西部探矿工程 2020(04)
    • [20].塑料锚索在腐蚀环境中的力学性能试验研究[J]. 四川建筑 2016(03)
    • [21].基于随机等价线性化法的悬浮隧道锚索随机振动研究[J]. 振动与冲击 2015(04)
    • [22].考虑锚索松弛状态的悬浮隧道参数振动响应分析[J]. 人民长江 2014(04)
    • [23].安全高效锚索自动切断机的设计和应用[J]. 中国西部科技 2013(01)
    • [24].不张拉锚索在橙子沟水电站调压井的应用[J]. 西北水电 2012(05)
    • [25].复合顶板大断面锚索网支护的应用[J]. 陕西煤炭 2011(06)
    • [26].锚索桩施工及病害处理[J]. 铁道建筑 2009(02)
    • [27].锚索工程指标探讨及其提高途径[J]. 山西煤炭 2009(02)
    • [28].深水作业船锚索锚泊性能研究[J]. 中国航海 2009(04)
    • [29].用锚索梁代替大跨度抬棚的实践[J]. 陕西煤炭 2008(01)
    • [30].采前加固锚索断裂原因分析及防范措施[J]. 能源与环保 2020(05)

    标签:;  ;  ;  ;  ;  

    悬浮隧道动力响应分析
    下载Doc文档

    猜你喜欢