悬浮隧道在波流作用下的响应分析

悬浮隧道是一种新型水下隧道,由于它直接处于波流作用的自然环境中,因此研究悬浮隧道在波流作用下的响应问题,无论是研究阶段还是设计阶段都应是关注的重点.本文将悬浮隧道和支撑结构简化为空间梁系有限单元模型,采用梁元的CR列式法(随体旋转法),在考虑波流与结构相互作用的条件下,概述波流作用下悬浮隧道系统的响应计算方法.计算分析放置深度、跨越长度、隧道断面形式和支撑形式对悬浮隧道静、动态响应的影响.计算结果表明,随着放置深度的增加,悬浮隧道的静、动态响应明显减小;隧道悬浮长度的增加,对隧道静响应的影响较小,而对动响应的影响显著;断面、支撑形式的变化对悬浮隧道的静、动态响应均有显著影响.     

悬浮隧道所受波浪荷载的计算分析

采用波浪绕射理论和源汇法对悬浮隧道所受波浪荷载进行了求解,计算分析了作用在悬浮隧道上的波浪荷载随波浪入射角、隧道放置深度、表面流速的变化情况。     

波流作用下悬浮隧道的涡激动力响应

将单跨悬浮隧道简化成简支梁,利用梁的弯曲振动方程,在考虑结构粘性阻尼和非线性流体阻尼的条件下,采用伽辽金法和数值积分法,对悬浮隧道在波流作用下的涡激动力响应进行了计算,分析了隧道断面形式、尺寸及放置深度对悬浮隧道涡激谐振的影响。     

悬浮隧道和支撑结构的响应分析

研究目的:悬浮隧道是一种悬浮于水中的新型交通结构物.由于它直接处于波浪、水流作用的自然环境中,因此计算分析悬浮隧道结构系统在波流作用下的响应,就成为研究和设计工作中必须考虑的问题.本文将悬浮隧道结构系统简化为空间梁系有限元模型,采用梁元的CR列式法,在考虑波流与结构相互作用的条件下,计算分析了跨越长度、隧道断面形式、支撑形式等对悬浮隧道结构响应及支撑所受轴向应力的影响.研究结论:通过计算分析表明,跨越长度由2 000 m增至4 000 m时,隧道静响应位移及支撑所受轴向应力值均变化较小,而动响应位移和支撑所受轴向应力的变化幅值显著增加;椭圆断面隧道的静响应远小于圆形断面隧道,而动响应又远大于圆形断面隧道;锚链式悬浮隧道的响应远小于张力腿式悬浮隧道.     

固定支承式悬浮隧道在列车荷载下的竖向动力响应研究

为了研究列车荷载下固定支撑式悬浮隧道的动力响应问题,以一拟建铁路隧道工程为背景,将水中隧道简化为两端简支的欧拉-伯努利梁,列车荷载简化为一系列移动集中力,建立列车荷载下隧道管体振动微分方程,并通过振型叠加法和隐式数值积分方法求解。以模态分析和时程分析为基础,探讨荷载列速度、水体对动力响应的影响。研究结果表明:移动荷载列通过悬浮隧道时,管体跨中位移放大系数在共振速度处出现了极大值。数据对比表明,水体惯性力相当于增加了隧道管体的附加质量,使其自振频率有所减小,进而减小了荷载列的共振速度,但水体会放大隧道管体共振时的位移响应。     

波流作用下悬浮隧道动态响应的分析估算

研究目的:悬浮隧道是一种新型水下隧道,由于它长期处于波流作用的环境中,因此研究悬浮隧道在波流作用下的动态响应,是工程设计中不能回避的问题。然而分析波流与悬浮隧道的相互作用,其过程非常复杂,因此寻求一种简捷实用的动态响应估算方法很有必要。研究方法:本文将支撑结构之间的一段悬浮隧道简化为简支梁,利用梁的弯曲振动方程,在考虑结构粘性阻尼和非线性流体阻尼的条件下,采用伽辽金法和数值积分法,对悬浮隧道在波流作用下的动态响应进行了分析估算。研究结果:1阶模态对隧道的响应位移影响最大;当波浪频率与隧道1阶固有频率相等而发生首阶谐振时,隧道1阶模态响应幅值大幅增加。研究结论:隧道断面形式、支承跨度及隧道放置深度对隧道的动态响应有显著影响。     

近断层地震动作用下地铁隧道动力响应分析

为探究地震动引发的断层竖向效应对隧道等地下结构物的影响,选取有代表性的地震动监测数据,建立三维动力有限元模型,分析了不同竖向峰值加速度地震动下隧道结构与地层的动力响应规律.结果表明:断层对地震动具有放大作用,断层附近地层加速度较大;拱顶和拱腰受到地震动竖向效应的影响较大;在竖向地震分量比值较小时,随着竖向地震分量的增加...     

地铁列车振动荷载作用下近接隧道动力响应分析

地铁列车振动引起的动力响应是地铁营运期间的重点问题。为研究地铁列车振动荷载作用下近接隧道的动力响应,依托工程实例,以激振力函数法模拟列车振动荷载,利用FLAC3D软件建立隧道及周围土体三维数值模型,对近接隧道结构不同位置的振动加速度、应力、位移响应进行模拟分析。结果表明：(1)隧道底板的加速度响应大于顶板,左侧壁、中板和右侧壁,中部位置的测点加速度峰值最大;(2)隧道左侧壁和右侧壁上测点距底板距离越大,应力响应越小,而中板上测点的应力响应基本不随距离变化;(3)隧道底板上各测点竖向动位移均随时间不断增大,并且大致可分为3个阶段,随着底板上测点与地铁隧道的距离增加,其竖向动位移量呈线性减小。     

水下悬浮隧道波流荷载分析研究

悬浮隧道作为悬浮在水中的结构物,波浪、海流荷载必将是影响悬浮隧道结构稳定性的常规荷载。由于悬浮隧道在空间结构上为细长结构物,利用Morison方程计算结构所受到的波流力,分析了悬浮隧道结构所受波流荷载随悬浮深度、海水深度、海流速度以及管段截面尺寸等因素的变化规律。     

波流作用下悬浮隧道荷载研究

考虑波流之间的相互影响,采用改进的Morison方程,分析了SFT的最大波流力与水流速度、悬浮隧道直径、悬浮深度、水深和波流夹角之间的关系.分析得出:无量纲参数后D一定时,最大波流力随水流速先减小后增加,随SFT直径的增加而增加,随悬浮深度和水深增加而减小;来流速度、SFT直径和悬浮深度是影响悬浮隧道波流荷载的主控因素,波流夹角和水深对悬浮隧道波流荷载影响相对较小.     

浮置板轨道系统动力响应分析

为了分析浮置板轨道的动态特性,根据结构动力学原理建立浮置短板-隧道、浮置长板-隧道和普通轨道-隧道的有限元模型.利用落轴冲击仿真分析和施加实测轮轨力进行动力响应分析两种方法,对浮置短板、浮置长板和普通轨道进行仿真分析,对比分析了其动力响应性能.落轴冲击分析结果和施加实测轮轨力谐响应分析的结论一致.这表明:浮置板轨道隔振性能主要由其固有频率决定,只要浮置短板和浮置长板的固有频率相同,隔振性能基本相同.可以通过增加浮置板质量和降低浮置板支承刚度的方法降低浮置板轨道系统的固有频率,以达到较好的隔振性能.     

爆破振动作用下既有铁路隧道结构动力响应特性

以紧邻既有隧道上方开挖爆破工程为例,通过现场爆破试验和数值模拟,分析爆破振动作用下既有隧道结构动力响应特性.由爆破试验结果可知:质点垂向峰值振速对爆破振动控制起主要作用;采用回归分析得到的质点垂向峰值振速经验公式,对不同最大单段药量时的质点垂向峰值振速预测的平均误差率为11.86％.数值模拟结果表明:隧道直墙底脚位置单元的垂向峰值振速为4.36 cm·s-1,水平向峰值振速为3.72cm·s-1,隧道拱顶处的垂向峰值振速为4.13 cm·s-1,均在安全振速控制值范围之内;相邻位置的隧道围岩与衬砌结构的受力及质点峰值振速均不一致,且振速衰减趋势也存在差异性.现场试验结果验证了数值模拟结果的正确性,而且数值模拟的爆破振动作用下隧道动力响应具有更高的精度.     

整体和浮置式道床隧道结构动应力计算分析

利用ANSYS有限元软件,建立了整体道床和浮置板道床情况下隧道结构三维模型,通过对应实测轮轨力的输入,计算得到2种道床下隧道下层结构动应力的分布情况和大小。结论是,浮置板道床对于下层隧道结构动应力影响相较于整体道床小很多,且无论横向还是纵向动应力分布都更加均匀合理。从长远来看,钢弹簧浮置板轨道结构在满足减振降噪的功能前提下,可以有效减小轮轨力造成的隧道结构附加沉降。     

地铁预制式浮置短板轨道动力仿真分析

浮置板轨道结构是目前降低地铁振动和噪声最有效的减振结构。基于车辆轨道耦合动力学原理建立浮置板轨道的动力学分析模型,研究车辆运行速度、支座动刚度的变化对预制浮置短板轨道系统动力学参数的影响,并通过现场测试进行了验证。     

新建隧道下穿高速公路动力响应及变形控制研究

为揭示上部重型汽车振动荷载对立体交叉工程结构稳定性的影响,依托祁家庄隧道近接下穿既有G6高速公路工程,结合重型汽车运动微分方程建立的基于现场振动实测激励输入模型,运用连续介质快速拉格朗日差分分析法,研究重型汽车振动荷载作用下公路路基体、围岩夹层和下部隧道结构的动力响应特性和变形规律。结果表明,在重型汽车进入和驶离目标断面时,路基监测点动位移曲线呈现周期性变化且存在汽车荷载叠加效应,最大动位移达2.93 mm;隧道开挖促进应力-应变滞回圈的形成,加剧振动波能量的损失,动应力累计衰减0.248 kPa;重型汽车荷载引起的振动效应是造成下部隧道拱顶沉降的主要原因,其最大变形达0.226 mm;采用循环进尺为2 m的上下台阶法,可保证交叉段上部公路及下部隧道的安全和稳定。