沉管管段系泊状态下缆绳受力试验研究

论文摘要

在沉管隧道施工过程中,管段在系泊状态下的受力运动问题直接关系到管段沉放的准确性、安全性。基于此,本文展开了沉管管段系泊状态下的物理模型试验,并取得了较好的成果,达到了最佳优化沉管系泊方案的目的。本文研究了沉管-浮驳系泊系统在波浪、水流作用下所受的系缆力,并考察了浮筒、波高、波浪周期、水流速度、缆绳张角、缆绳长度等因素对系缆力的影响,通过一系列的波浪、水流组合工况的试验,得到以下结论：a系泊系统带浮筒时的缆力大于不带浮筒时,因此管段系泊不宜带浮筒。b波浪、水流作用方向在一定范围内改变对缆力影响不大。c缆力随波浪周期的增大而增大,当周期达到一定数值时缆力不再增大,这与系泊系统水中固有周期及阻尼有关。d缆力随波高的增大而增大,基本呈线性关系。并且在单纯波浪作用时边缆张角为0°对应的缆力最大,有水流作用时边缆张角为45°对应的缆力最大。e缆力随水流速度的增大而增大,且边缆张角为45°时对应的缆力值最大。f在边缆张角较小时（小于30°）,波浪是缆绳张力的控制影响因素；在边缆张角较大时（30°～45°）,水流是缆绳张力的控制影响因素。g单纯波浪、水流作用时的缆力随波高、水流等的变化曲线的线性关系比波浪和水流共同作用时明显,这是由于波浪和水流的相互影响引起的。h波浪和水流共同作用时的缆绳张力,不是单纯波浪和单纯水流作用时的简单合成,可能相互叠加,也可能相互抵消。i系泊方案Ⅰ（4缆）条件下的缆绳张力大于系泊方案Ⅰ（6缆）条件下的缆绳张力,但增大值不大。j系泊方案Ⅱ（4缆）条件下,200m缆长对应的缆力值大于350m缆长对应的缆力值,增幅在25%左右,这表明缆力随缆长的减小趋于增大。k制定系泊方案时可适当缩短缆绳长度,边缆张角不宜超过30°。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 沉管隧道概述
• 1.1.1 水下隧道工程简介
• 1.1.2 沉管隧道的定义
• 1.1.3 沉管隧道的关键技术
• 1.1.4 沉管隧道的管段沉放
• 1.1.5 沉管隧道的发展及应用
• 1.2 沉管隧道管段沉放研究概况
• 1.3 论文的主要研究内容
• 2 沉放等待过程物理模型试验
• 2.1 试验设备与模型设计
• 2.1.1 试验设备与仪器
• 2.1.2 模型比尺及相似准则
• 2.1.3 浮驳与管节的模拟制作
• 2.1.4 地形的模拟制作
• 2.1.5 缆绳的模拟制作
• 2.1.6 试验装置
• 2.2 动力环境要素的模拟方法
• 2.2.1 波要素的模拟方法
• 2.2.2 水流要素的模拟方法
• 2.3 各试验工况试验方法
• 2.3.1 静水衰减
• 2.3.2 系泊工况
• 3 静水衰减试验结果
• 3.1 单纯沉管
• 3.2 单纯浮驳
• 3.3 沉管与浮驳整体
• 4 单纯管节系泊状态下的缆力试验结果
• 4.1 带浮筒条件下单纯管节缆力试验结果
• 4.1.1 带浮筒时的管节单纯波浪作用时缆力试验结果
• 4.1.2 带浮筒时的管节单纯水流作用时缆力试验结果
• 4.1.3 带浮筒时的管节在波浪和水流共同作用时缆力试验结果
• 4.2 不带浮筒条件下单纯管节缆力试验结果
• 4.2.1 不带浮筒时的管节单纯波浪作用时缆力试验结果
• 4.2.2 不带浮筒时的管节单纯水流作用时缆力试验结果
• 4.2.3 不带浮筒时的管节在波浪和水流共同作用时缆力试验结果
• 4.3 小结
• 5 沉放等待条件下管段及浮驳整体系泊试验结果及分析
• 5.1 管节及浮驳整体系泊方案Ⅰ条件下缆绳张力试验结果及分析
• 5.1.1 正向及斜向波浪、水流作用时的缆力试验结果对比及分析
• 5.1.2 改变系泊方案Ⅰ中6#缆角度前后的缆力试验结果对比及分析
• 5.1.3 波浪周期对缆绳张力的影响
• 5.1.4 波高对缆绳张力的影响
• 5.1.5 流速对缆绳张力的影响
• 5.1.6 边缆张角对缆绳张力的影响
• 5.2 管节及浮驳整体系泊方案Ⅱ条件下缆绳张力试验结果及分析
• 5.2.1 系泊方案Ⅱ条件下的试验结果
• 5.2.2 系泊方案Ⅰ和系泊方案Ⅱ条件下的最大缆力值对比、分析
• 5.2.3 改变系泊方案Ⅱ中缆绳长度后的缆力试验结果
• 5.2.4 缆绳长度对缆绳张力的影响
• 5.3 小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢