潜浮式倒悬索跨海大桥的结构分析

论文摘要

水下悬浮隧道(Submerged floating tunnel,简称SFT)是一种跨越海峡、海湾、湖泊及其他水道的新型交通结构物,又称为阿基米德桥。水下悬浮隧道由悬浮于水面下一定深度的管状结构,防止其产生移动的锚固系统及各种连接组成。潜浮式倒悬索跨海大桥是一种将阿基米德桥与悬索桥结合在一起的一种新桥型,它有一般悬浮隧道的各种特点,具有通行时间短、自然环境影响小、建造地点的选择比较自由、环保,以及不破坏建造地点的自然景观等优点,为跨越大范围水域提供了一种新的桥型。首先,本文介绍了水中悬浮隧道的概念,详细列出了悬浮式隧道的各种形式,提出了本文的研究对象——潜浮式倒悬索跨海大桥(悬浮隧道);探讨了国内外悬浮隧道的研究现状及国外悬浮隧道的结构分析进展情况。其次,本文研究的潜浮式倒悬索结构是一种新的索形结构,由于它有别于悬索桥的索形,故本文对倒悬索结构的索形公式进行了探讨。文中采用有限元软件ANSYS对结构的静力及动力特性进行数值计算,对在数值计算中涉及的ANSYS单元及流固耦合知识进行了研究分析。然后,本文运用管段模型试验与理论数值分析相对比的方法,分析了结构在静水压下的位移、索力及管段应力在不同荷载时的变化规律。由于试验模型的材料厚度不足,本文对修正后的模型进行了数值分析,得出了结构在5种不同水深工况下的变化情况,并通过结果的分析比较得出一定的变化规律。最后,本文对不带索两端固结的管段结构进行了模态分析,计算了管段模型空气中和水中的固有频率;通过实验得出了结构的固有频率随水深变化规律,并与数值计算得出的频率值进行了对比分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 悬浮隧道的概念及其特点
• 1.1.1 水中悬浮隧道的概念
• 1.1.2 水中悬浮隧道的特点
• 1.2 水中悬浮隧道的结构形式
• 1.3 水下悬浮隧道的研究现状
• 1.3.1 国内外的研究状况
• 1.3.2 国外水下悬浮隧道结构分析的进展
• 1.4 论文研究的内容、目的、意义
• 1.4.1 研究的内容
• 1.4.2 研究的目的
• 1.4.3 研究的意义
• 第2章 基本理论
• 2.1 潜浮式倒悬索结构的主缆线形公式
• 2.2 流固耦合的有限元分析
• 2.2.1 概述
• 2.2.2 流固耦合的有限元方程
• 2.3 ANSYS的功能介绍
• 2.3.1 ANSYS软件的介绍
• 2.3.2 ANSYS的单元选取
• 2.3.3 ANSYS软件的耦合方法
• 第3章 模型在静水压下的数值计算及试验研究
• 3.1 概述
• 3.2 模型试验研究的优缺点
• 3.3 ANSYS中流固静力分析方法
• 3.3.1 ANSYS流固耦合静力分析
• 3.3.2 ANSYS一般静力分析
• 3.4 模型数值分析
• 3.4.1 几何模型
• 3.4.2 模型计算结果
• 3.5 试验设计方案
• 第4章 改进模型在静水压下的数值分析
• 4.1 概述
• 4.2 几何模型
• 4.3 不同荷载工况下的数值计算
• 4.4 数值计算结果的分析
• 4.4.1 位移结果
• 4.4.2 轴力结果
• 4.4.3 管段应力结果
• 第5章 结构的动力特性数值分析及试验对比
• 5.1 流固耦合模态分析的步骤
• 5.2 管段在空气中的模型及试验
• 5.2.1 模型计算
• 5.2.2 管段在空气中的试验
• 5.2.3 数值分析与试验结果比较
• 5.3 管段在水中的模型及试验
• 5.3.1 模型计算
• 5.3.2 管段在水中的试验
• 5.3.3 数值分析与试验结果比较
• 第6章 结论与展望
• 6.1 本文结论
• 6.2 存在的问题与建议
• 参考文献
• 致谢
• 硕士学位期间发表的论文和参加的科研项目