随机波流作用下不同截面形式悬浮隧道的动力响应

悬浮隧道是一种用以跨越长深水域的新型交通结构物,其动力响应是评价其安全性的关键性指标。不同截面形式悬浮隧道具有不同的水动力特性,为研究不同截面形式的悬浮隧道在海洋真实随机波浪及均匀流荷载环境下的动力响应,基于势流理论建立悬浮隧道有限元模型。为了验证计算理论的准确性,将数值模拟结果与试验结果进行对比。结果表明,该计算理论具有较高的准确性,可用于进一步的悬浮隧道动力响应分析。对不同截面类型悬浮隧道在不同工况下动力响应进行分析,结果表明：椭圆形截面悬浮隧道对波流的敏感性最高,安全性最差;矩形截面与八边形截面在大多数情况下的动力响应较为接近,但八边形对于有义波高的敏感性更高一些。研究结果可为悬浮隧道建设提供有效的建议。     

波浪作用下悬浮结构水动力特性分析

悬浮隧道作为一种新型的水上概念交通形式,自该概念提出以来,受到世界各国学者的广泛关注。为了有较好的水动力特性,通常做成类圆管形状。文章基于势流理论,采用高阶边界元方法建立数学模型,分析了悬浮隧道在不同环境参数下的水动力特性,对圆形、椭圆形和双圆截面结构所受波浪激振力、附加质量和辐射阻尼进行了分析比较,研究了结构物不同淹没深度、不同截面形状以及结构不同特征参数对其水动力特性的影响。研究结果表明:当淹没水深增加,圆截面受到的波浪激振力和辐射阻尼都会随之减小,而附加质量的变化较小;对于椭圆和双圆截面的比较,水平方向椭圆截面所受波浪激振力和附加质量都比双圆截面小,而在垂直方向的波浪激振力和附加质量则较大,且椭圆截面所受的辐射阻尼比双圆截面在水平和垂直方向上均较大;对于双圆截面,结构物受到的水平方向上的波浪激振力和辐射阻尼随着中心距的增大而增大,在垂直方向则体现出相反的趋势,附加质量在两个方向上都均随着中心距的增大而减小。本研究计算结果可为悬浮隧道相关工程的截面选择提供参考。     

断面形状对浅埋隧道抗震力学性能影响研究

本研究之目的在于揭示隧道断面的几何形状对隧道抗震力学性能的影响。以某高烈度地震区浅埋公路隧道洞口段作为研究对象,建立了地震荷载作用下洞口段动力响应的有限元数值分析模型,对不同断面形状隧道衬砌的抗震力学性能进行比较研究,实现隧道设计断面的优选。研究选择了三心圆、四心圆、扁四心圆以及尖四心圆加等四种断面进行比较分析,并采用ABAQUS软件进行建模。研究结果表明:在地震荷载作用下,隧道采用不同断面形式所产生的位移响应值相差很小;而衬砌内力的差异明显,其中三心圆断面的受力情况最优,而四心圆和尖四心圆的受力状况较差。隧道断面越接近于圆形,能够有效改善地震荷载作用下的隧道受力状况。     

轻型堤块系统概念重建与优化

浮动堤道系统作为快速将人和物资运送上岸的一种跨水域交通方式历来受到世界各国的广泛关注和研究。文章介绍了第二次世界大战以来浮动堤道系统的研发进程,分析了不同类型堤道系统的制作材料、相关部件间的连接方式以及适用的海况条件,梳理出了当前堤道系统存在的局限性。重点介绍了一种由铝合金模块组成的可快速部署的轻型堤块系统。该系统上部结构由兼容性较强的柔性连接件连接并由气动浮筒支撑,在满足挠曲极限的同时利用浮筒浮力实现了上部结构灵活性。最后,采用多目标结构优化模拟退火算法对该系统模块之间的柔性连接进行了研究,提出了进一步开展轻型堤块系统优化研究需要考虑的细节。     

水中悬浮隧道受撞击作用的数值分析

针对水中悬浮隧道在偶然状况下受到的潜艇撞击问题,文章采用流固耦合方法,建立了撞击作用下浮筒式悬浮隧道的有限元动态模型,分别撞击跨中、隧道四分之一跨、浮筒,分析隧道变形、撞击力、连接钢管拉杆力、隧道端部约束力、隧道动能情况。结果表明:撞击作用下,隧道整体变形明显,结构内力大。不同撞击位置处,悬浮隧道在水下的结构变形和受力行为区别明显。对此,有必要考虑撞击位置进行悬浮隧道的抗撞击设计。     

不同锚泊方式悬浮隧道在随机波作用下的动力响应试验

为研究不同锚泊方式悬浮隧道在随机波作用下的动力响应，设计对应的节段模型试验，分析考虑随机波作用的3种锚泊方式悬浮隧道的动力特性。根据相似准则，考虑波流水槽的尺寸，设计几何比尺为1∶150的物理模型试验。将数值模拟结果与试验结果相对比，验证试验结果的准确性和可靠性。开展不同工况下的模型试验，分析随机波作用下3种典型锚泊方式悬浮隧道管体结构的横荡、垂荡和横摇运动响应，以及锚索的受力情况。研究结果表明：锚泊方式1的抑振能力最差，锚索缆力最大，安全性最差；锚泊方式2在垂荡方向上具有较好的抑振能力，锚索缆力比锚泊方式1小；锚泊方式3在横荡、纵荡、横摇运动响应和锚索缆力方面的表现均较佳，安全性更好。该研究可供悬浮隧道工程及其他类似工程的锚泊设计提供参考。     

水流作用下悬浮隧道耦合动力数值模拟分析

安装在深水区的悬浮隧道在水流作用下会产生交替脱落的漩涡,从而使得悬浮隧道受到周期性的力,进一步导致悬浮隧道产生涡激振动。当涡脱落频率与悬浮隧道固有频率相接近时会发生"锁定"现象,进而导致悬浮隧道发生振幅较大的运动,类似于结构的共振状态。文章利用有限元数值方法求解不可压缩粘性流体雷诺平均Navier-Stokes方程,并结合任意拉格朗日-欧拉(ALE)动网格方法,对不同雷诺数下(Re=1 000～100 000)悬浮隧道的涡激振动问题进行了数值模拟研究。计算中悬浮隧道受到弹簧和阻尼的约束,并允许其仅发生横流向的运动,研究了不同结构自振频率下悬浮隧道的受力和运动情况以及不同浮重比情况下悬浮隧道的受力和运动的结果。结果表明,在计算的各雷诺数下,悬浮隧道发生"锁定"的频率基本一致,但是悬浮隧道不同浮重比对"锁定"区间存在影响作用。     

波流作用下悬浮隧道局部锚索的破断动力响应

为研究波流作用下悬浮隧道局部锚索的破断动力响应,运用ANSYS/AQWA软件建立悬浮隧道及其锚泊系统的有限元模型.通过单元生死功能和时控法模拟锚索破断行为,对比分析不同波流条件对悬浮隧道局部锚索破断动力响应的影响.研究结果表明:锚索破断之后,会对剩余锚索产生冲击效应,缆力瞬态增量随着与破断位置距离的增加而逐步递减;规则波、均匀流和锚索破断作用引起的悬浮隧道动力响应具有不同的特征,规则波主要引起结构产生周期运动,均匀流主要引起结构产生大幅偏移和低频运动,锚索破断主要引起结构产生冲击效应和高频振动;锚索破断之后,剩余结构的阻尼增大、刚度降低,导致锚索破断前后的结构运动行为出现明显的不同.     

不同断面形式隧道软岩大变形破坏机理及控制技术

软岩隧道挤压变形是施工中的突出难题,文章以昆玉铁路宝峰隧道为例,基于现场正洞及斜井隧道大变形情况,结合有限元极限分析法,对比分析了不同断面形式下泥质板岩隧道大变形特征,并针对不同的断面形式,提出了不同的加强支护措施保持隧道的稳定性,为软岩环境下隧道支护提供了参考依据。     

省水船闸输水系统水力学研究综述*

在省水船闸工程建设和运行管理过程中，输水系统水力学问题是最为关注的内容之一。相较常规船闸，省水船闸输水操作过程更为复杂。在大量研究资料的基础上，系统论述省水船闸类型及水力特点、输水系统形式、阀门启闭方式以及输水水动力特性等，总结分析了各方面的研究成果与进展。今后可着重围绕以下几个方面开展深入研究：省水船闸分散输水系统支孔出流分配规律，双线船闸互通输水廊道形式、数量和截面类型，阀门启闭组合方式，省水船闸防咸效果等。