定常流状态下悬浮隧道结构外型与涡激响应理论研究

发布时间：2020-07-28 17:47

【摘要】：悬浮隧道,英文名“Submerged Floating Tunnel”,简称“SFT”,是一种跨越水域的新型交通结构物。基本组成为:管体、支撑系统、基础结构、驳岸结构,其力学原理是依靠重力、浮力、锚固力共同作用达到平衡。和传统的跨海交通运输方式相比,悬浮隧道具有布置灵活、不受恶劣气候条件的影响、对自然景观能最大程度的保护、经济效益高等诸多优点,使其在解决各国海岛与陆地相连接、海峡通道等领域扮演越来越重要的角色。正是这种潜在的巨大工程应用价值,悬浮隧道正成为当今隧道领域的前沿课题。在水平洋流作用于悬浮隧道单管段的条件下,结构外型的选取与优化是研究的主要问题,本文主要采用FLUENT软件进行悬浮隧道二维绕流模型计算和三维管段模型计算。二维方法的目的是:确定悬浮隧道管段的最优横断面类型;三维方法的目的是:在假定的工程参数下,计算出悬浮隧道在建造完成后运营阶段的应力应变值,为设计提供一些工程参考。本文主要开展以下三方面的工作:1.概述悬浮隧道在水中所受的环境荷载,重点对洋流力和波浪力进行理论分析。洋流作用于悬浮隧道时,对拖曳力的计算以及升力的形成原理进行详细的阐述,并且对洋流作用下悬浮隧道的涡激效应原理进行理论分析;波浪作用于悬浮隧道时,针对假定的工程参数,阐明采用Morison方程计算波浪力的理论基础。2.采用FLUENT有限元软件进行二维绕流计算,计算过程采用控制变量法,在三种变量截面顶部转角θ、截面过渡缓和倒角半径r、洋流流速v综合作用时,假设其中两个变量保持不变,调整第三个变量,进行流场特性、压差阻力、表面压力系数的计算分析。通过绕流计算,可得出不同断面参数的悬浮隧道在洋流场中的力学特性:(1)v、r不变,θ变化。θ增大,横断面上最大压力减小、结构压差阻力减小,结构稳定性增强。(2)v、θ不变,r变化。r增大,横断面上最大吸附力减小,应力集中区域减小,对尾流区涡激有明显的抑制。(3)θ、r不变,v变化。v增大,横断面上压力、吸附力增大,结构压差阻力增大,结构受到流体扰动增大。3.采用FLUENT有限元软件进行三维管段计算,在三种变量截面顶部转角θ、截面过渡缓和倒角半径r、洋流流速v综合作用时,假设其中两个变量保持不变,调整第三个变量,进行结构应力应变的计算。通过结构响应计算,可得出以下结论:(1)v、r不变,θ变化。适当增大θ,能减小结构所受洋流力,减小管体上的应力和应变,削弱悬浮隧道的结构响应。(2)v、θ不变,r变化。r的取值过大或过小都不是最佳选择,建议r的取值在1.5m~3.5m范围。(3)θ、r不变,v变化。v增大,流体对结构扰动频率成倍数增长,结构响应加剧,建议在低流速或中等流速区域修建悬浮隧道,最好选择1~2m/s。
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U451
【图文】：

几种跨海交通结构物

图1-2张力腿式悬浮隧道

浮筒式悬浮隧道

【参考文献】

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1 宋克志;邓建俊;王梦恕;;烟大渤海海峡隧道的可行性研究初探[J];地下空间与工程学报;2008年01期

2 葛斐;惠磊;洪友士;;水中悬浮隧道锚索的非线性涡激振动研究[J];中国公路学报;2007年06期

3 董满生;葛斐;惠磊;洪友士;;水中悬浮隧道研究进展[J];中国公路学报;2007年04期

4 陈健云;孙胜男;;海底岩土性质对悬浮隧道所受动水压力的影响——P波[J];自然科学进展;2007年01期

5 董满生;葛斐;洪友士;;曲线形水中悬浮隧道的温度内力研究[J];工程力学;2006年S1期

6 孙胜男;陈健云;;地震下悬浮隧道所受动水压力研究—SV波[J];防灾减灾工程学报;2006年04期

7 宋建;陈百玲;范鹤;;水下隧道穿越江河海湾的综合优势[J];隧道建设;2006年03期

8 刘继国;朱光仪;郭小红;梁巍;;厦门海底隧道建设中涌水量流固耦合数值模拟[J];现代隧道技术;2006年02期

9 张鸿雁,李凤蔚,王元;非定常来流对建筑周围流场影响的数值模拟[J];西安建筑科技大学学报(自然科学版);2005年03期

10 李玉成,刘德良,陈兵,李林普;大尺度圆柱墩群周围的波流场的数值模拟[J];海洋通报;2005年02期

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1 疏义广;深海悬浮隧道荷载组合及效应分析[D];重庆交通大学;2012年

2 杨俊超;水下悬浮隧道管段结构分析与健康监测方案设计[D];哈尔滨工业大学;2008年

3 谢立广;水中悬浮隧道管段接头的力学行为分析[D];西南交通大学;2007年

本文编号：2773235