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.     

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.     

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.     

悬浮隧道在波浪作用下的动力响应分析

研究目的:悬浮隧道与传统的水底隧道的差别在于它直接处于波流作用的自然环境中,其中波浪的作用随时间而变,导致悬浮隧道产生动力效应,因此进行波浪作用下悬浮隧道的动力响应分析,是工程设计中不能回避的问题。研究方法: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,在考虑波浪与结构相互作用的条件下,计算分析了放置深度、波浪入射方向及隧道断面形式等对悬浮隧道动力响应的影响。研究结果:当隧道放置深度由30 m增至50 m时,y方向位移响应幅值减小了67%;当波浪倾斜入射时,位移响应幅值减小了98%;当隧道断面由圆形改为椭圆形时,位移响应幅值增大了24倍。研究结论:放置深度、波浪入射方向及断面形式对悬浮隧道的动力响应有显著影响。     

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。     

张力腿型悬浮隧道涡激响应影响因素分析

研究目的:将多跨悬浮隧道管段简化为作用在锚索端部的集中质量.根据舒适性要求,假定悬浮隧道是小振幅运动.不考虑悬浮隧道张力腿自身的涡激振动对悬浮隧道管段的影响时,在横流向涡激升力作用下建立悬浮隧道垂直于流向的振动方程.将倾斜式张力腿等效成水平张力腿和垂直张力腿.仅考虑悬浮隧道做垂直于流向振动,对于作用于悬浮隧道上的张力腿作用力.将作用于悬浮隧道上的涡激作用力简化为简谐荷载.采用龙格-库塔积分法对振动方程进行了数值求解,并利用MATLAB程序对不同参数情况进行模拟.着重研究了张力腿结构性质的变化对悬浮隧道动力响应的影响.研究结论:研究结果表明,张力腿与海底水平面的夹角对响应影响并不大,张力腿的轴向刚度和初始张力对响应有相同的规律.     

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。     

新建建筑上跨施工对浅埋大断面隧道结构的安全影响研究

浅埋大断面隧道上方新建建筑附加荷载通过围岩传递至隧道结构,会增大隧道衬砌内力,影响隧道运营安全。囿于边界条件、围岩性质、荷载分布等众多影响因素,附加荷载在浅埋大断面隧道围岩中的传递规律复杂,最终作用于衬砌结构的附加荷载难以确定,在此前提下,如何合理评估附加荷载对隧道结构的作用仍是工程实践中的重要课题。以某建筑扩建工程为背景,提出一种基于应力扩散原理并结合数值模拟用于分析新建建筑对下方浅埋大断面隧道结构影响的新方法。建立“地层—结构”模型从应力扩散角度研究地表建筑荷载作用下附加应力随深度的变化规律,得出应力扩散角范围;运用“荷载—结构”模型结合零阶优化算法研究附加应力扩散角与隧道二次衬砌安全系数、最大裂缝宽度之间的关系;综合分析评估得到在新建建筑荷载作用下浅埋大断面隧道结构的安全性能。工程实践结果表明：新建建筑施工期间下方隧道结构安全稳定,与评估结论一致,监控量测沉降值与计算结果吻合,隧道运营期间衬砌工作状态良好,无新增结构裂缝,符合设计预期。所提出的分析方法概念清晰,流程简洁,结果合理、可靠,对类似工程的设计、施工具有参考价值。