考虑管段连接作用下悬浮隧道的动力行为研究

摘要

水中悬浮隧道(Submerged Floating Tunnel,简称“SFT”),又名阿基米德桥,是跨越深水域的新交通方式。它固定在水面以下,借助浮力、张力腿拉力和自重悬浮在水底和两岸,以防浮出水面,桥顶距水面保持20米以上的距离,以便大吨位船只通行。一般由浮在水中一定深度的管状结构、锚固在水下基础的锚固系统或水上的浮箱装置及与两岸相连的构筑物组成。它是一种新的跨越海峡、大江湖泊、水道的交通结构物。
　　在过去数年里,众多科研工作者已经对悬浮隧道管体、锚固系统、管体和锚索耦合模型的动力响应做了研究。很少有将将悬浮隧道简化成一个两端支座处带有弹簧和阻尼的弹性支撑梁来进行研究。在此篇论文中,主要的研究工作集中于稳定流中涡激振动和移动荷载作用下的弹性支撑的悬浮隧道的动力响应。在这个过程中,悬浮隧道被简化成一个简支弹性梁和一个具有弹簧和阻尼支撑的刚性梁的叠加。通过数值模拟来研究弹性支撑的弹簧刚度和阻尼,以及移动荷载大小和移动速度对悬浮隧道动力特性的影响。
　　本文的主要具体的研究内容如下:
　　(1)考虑均匀流中涡激振动作用下,将悬浮隧道简化成一个两端支座处带有弹簧和阻尼的弹性支撑梁,建立悬浮隧道在涡激振动作用下的结构动力方程。通过伽辽金法和模态叠加法求解方程,利用 Matlab工具数值模拟得到了悬浮隧道的时程位移图形。通过对悬浮隧道的时程位移图形分析获得涡激振动作用下水中悬浮隧道管体的动力特性,以弹性支撑的弹簧刚度和阻尼对其位移的影响作用。
　　(2)仍以管体系统为研究对象,建立了管体在移动荷载作用下的的振动模型。通过伽辽金法和模态叠加法求解系统的振动微分方程,利用 Matlab工具对悬浮隧道的位移进行数值模拟,分析得出悬浮隧道在不同大小和不同速度荷载,以及弹性支撑的刚度和阻尼对其位移的影响。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 悬浮隧道的概念及特点

1.3 悬浮隧道的历史简介及研究现状

1.4 论文的主要研究内容

1.5 论文的主要研究方法

第二章 涡激振动和流体作用荷载基础理论

2.1 引言

2.2 涡激振动的基本理论

2.3 流体荷载的计算

2.4 本章小结

第三章 均匀流作用下悬浮隧道的涡激振动响应

3.1 引言

3.2 均匀流中涡激振动作用下悬浮隧道的模型

3.3 悬浮隧道动力响应的模拟结果

3.4 讨论

3.5 本章小结

第四章 移动荷载作用下水中悬浮隧道管体的动力响应

4.1 引言

4.2 移动荷载作用下悬浮隧道的动力平衡方程

4.3 移动荷载作用下的悬浮隧道的动力响应数值模拟

4.4 本章小结

第五章 结语

5.1 工作总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的专利和论文