水下悬浮隧道管段结构分析与健康监测方案设计

论文摘要

悬浮隧道是用于跨越深水域的交通结构,它利用管段自重、浮力和支撑系统形成平衡体系,并悬浮在水中一定深度。鉴于悬浮隧道所处深水环境,一旦破坏将产生灾难性后果,因此,本文在国家自然科学基金（50508012、50538030）和黑龙江省博士后科研启动基金（LBH-Q06065）的支持下,对悬浮隧道管段与支撑索的应力进行了详细分析,提出了管段健康监测的测点区域确定方法。本文利用DIANA软件的实体单元、壳和杆单元,分别模拟悬浮隧道的海底基础、管段和支撑结构,对悬浮隧道结构体系进行三维数值模拟,分析了结构内力、位移分布规律,获得了悬浮隧道管段监测测点区域的选择方法,为悬浮隧道维修、养护与管理提供决策和力学依据。论文完成的主要工作如下:1.详细综述了悬浮隧道国内外研究现状,归纳总结了悬浮隧道安全监测理论及可靠性研究所面临的挑战,提出了本文的主要研究内容。2.对悬浮隧道所受环境荷载进行简化,将定常流对悬浮隧道的作用简化为静荷载。3.利用DIANA计算工具,分析了悬浮隧道管段应力分析有限元模型关键参数的选择及其处理方法。4.对不同工况下悬浮隧道管段、锚索的力学性能进行了详细计算和分析,确定了管段健康监测的测点区域,并对监测方案进行了仿真设计。最后,对论文所作研究进行总结,并对今后的研究目标和任务提出了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 悬浮隧道简介
• 1.2.1 悬浮隧道概念
• 1.2.2 悬浮隧道结构形式
• 1.2.3 悬浮隧道特点
• 1.3 悬浮隧道研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.3.3 亟待研究的关键问题
• 1.4 本文研究内容及意义
• 1.4.1 研究意义
• 1.4.2 研究内容
• 第2章 悬浮隧道荷载分析
• 2.1 悬浮隧道荷载分类
• 2.2 海流理论及其计算
• 2.2.1 海流概述
• 2.2.2 流速计算
• 2.2.3 水流力计算
• 2.2.4 水动力系数
• 2.3 本章小结
• 第3章 悬浮隧道结构分析
• 3.1 水文环境
• 3.2 悬浮隧道模型
• 3.2.1 结构选型
• 3.2.2 模型参数
• 3.2.3 计算模型及网格划分
• 3.3 计算参数
• 3.4 计算结果及分析
• 3.4.1 计算工况
• 3.4.2 锚索内力分析
• 3.4.3 管段位移分析
• 3.4.4 管段内力分析
• 3.4.5 整体动力分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 悬浮隧道监测方案设计与分析
• 4.1 监测系统设计准则
• 4.1.1 监测系统组成
• 4.1.2 布点原则
• 4.1.3 仪器选用原则
• 4.1.4 监测项目
• 4.2 管段位移监测
• 4.2.1 仪器选择
• 4.2.2 位移监测方案
• 4.3 锚索内力监测
• 4.3.1 仪器选择
• 4.3.2 锚索监测方案
• 4.4 管段内力监测
• 4.4.1 仪器选择
• 4.4.2 内力监测方案
• 4.5 流速测量
• 4.5.1 仪器选择
• 4.5.2 流速监测方案
• 4.6 本章小结
• 结论和展望
• 参考文献
• 致谢