悬浮隧道结构选型关键参数理论研究

发布时间：2017-07-30 09:04

  本文关键词：悬浮隧道结构选型关键参数理论研究

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【摘要】：悬浮隧道,英文名译为Submerged Floating Tunnel,简称SFT,是一种能够用于跨越江河湖泊、海湾、海峡和其他水道的一种新型管状交通构筑物。与传统隧道的不同在于隧道结构完全被水包围,既不在地层上也不穿越地层,其力学原理是利用结构自身的重量、水体对结构的浮力和锚固力三者的平衡作用,来达到隧道结构悬浮于水中一定深度的目的。这种新型交通结构形式具有通行时间短、不受极端自然天气的影响、建造地点选择较为自由、对自然景观能达到最大程度保留、经济效益高、建造费用合理等等众多优点,这将使得未来悬浮隧道在解决各国岛屿与陆地连接、海湾通道和近海岸工程建设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,悬浮隧道正成为现今隧道专业方向新的研究领域。本文针对悬浮隧道主要开展了以下研究工作:1.概述了悬浮隧道在水环境下所受到的荷载作用类型,并对各种荷载加以归纳总结。2.对波浪理论做了简要介绍,重点对波浪和水流对悬浮隧道的作用力进行了计算方法分析,同时对波流联合作用下的悬浮隧道管段结构作了分析,并得到了运用定常流理论来计算水流对悬浮隧道的荷载值。3.对流固耦合基本原理做了详细介绍,并对流体运动方程和湍流模型做了详细说明,用来分析流体运动的实质力学原理,对流体运动有一个清晰的认识。4.运用有限元软件建立二维模型,利用流固耦合原理,分析在八种断面形式下,悬浮隧道管段截面周边的流场、压力场分布规律,并加以研究总结。5.运用有限元软件构建三维模型,利用流固耦合原理,参考前者分析结果,选择3种断面形式,在改变洋流流速、悬浮深度、断面类型3种影响悬浮隧道结构选型的关键参数下,分析隧道管体的位移分布和应力应变分布情况,并对结果作分析研究,确定最为合适的断面形式,为将来悬浮隧道的断面设计、工程建设提供一些参考。
【关键词】：悬浮隧道 荷载作用 波浪理论 定常流 流固耦合 有限元
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U459.5
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.2 悬浮隧道简介11-14
• 1.2.1 悬浮隧道的概念11-12
• 1.2.2 悬浮隧道的特点12-14
• 1.3 悬浮隧道国内外研究概况14-19
• 1.3.1 国外研究现状14-16
• 1.3.2 国内研究现状16-19
• 1.4 研究内容与技术路线19-21
• 1.4.1 主要研究内容19-20
• 1.4.2 技术路线20-21
• 第二章 水中悬浮隧道管段荷载作用分析21-41
• 2.1 荷载作用分类21-22
• 2.2 波浪理论简介22-26
• 2.2.1 波浪理论的控制方程23-24
• 2.2.2 方程边界条件24-26
• 2.3 常见规则波浪理论26-29
• 2.3.1 线性波浪理论26-27
• 2.3.2 非线性波浪理论27-29
• 2.4 悬浮隧道波浪作用力分析29-35
• 2.4.1 引言29-31
• 2.4.2 Morison方程及其参数值的确定31-35
• 2.4.3 波浪力的折减35
• 2.5 悬浮隧道水流作用力分析35-40
• 2.5.1 引言35-36
• 2.5.2 拖曳力36
• 2.5.3 漩涡泄放现象36-39
• 2.5.4 涡激振动作用39-40
• 2.6 悬浮隧道波浪和水流的联合作用分析40
• 2.7 本章小结40-41
• 第三章 流固耦合基本原理及流体运动方程41-49
• 3.1 流固耦合基本原理41-42
• 3.1.1 流固耦合简述41
• 3.1.2 流固耦合坐标系41-42
• 3.2 流固耦合计算42-44
• 3.2.1 流固耦合控制方程42-43
• 3.2.2 耦合界面间的数据传递43
• 3.2.3 求解方法43-44
• 3.3 流体运动基本方程44-46
• 3.3.1 连续方程44-45
• 3.3.2 运动方程45
• 3.3.3 雷诺方程45-46
• 3.4 湍流计算模型46-48
• 3.4.1 零方程模型46
• 3.4.2 一方程模型46-47
• 3.4.3 RNG k-ε方程模型47-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 水中悬浮隧道流固耦合数值分析49-81
• 4.1 ADINA有限元软件介绍49-50
• 4.1.1 引言49
• 4.1.2 软件历史49-50
• 4.1.3 用户界面介绍50
• 4.1.4 软件分析过程及控制参数50
• 4.2 流固耦合模型建立的基本步骤50-51
• 4.3 悬浮隧道几何模型的建立51-57
• 4.3.1 绕流场模型的选择及模型边界条件51-53
• 4.3.2 三维悬浮隧道模型选择53-57
• 4.4 二维绕流模型计算结果分析57-65
• 4.4.1 流场分析57-60
• 4.4.2 稳态压力及稳态压力系数分析60-65
• 4.5 流速影响作用分析65-74
• 4.5.1 横向位移值65-67
• 4.5.2 竖向位移值67-70
• 4.5.3 端部、跨中断面处应力分布分析70-74
• 4.6 悬浮深度影响作用分析74-77
• 4.6.1 横向位移值75
• 4.6.2 竖向位移值75-76
• 4.6.3 端部、跨中断面处应力分布分析76-77
• 4.7 断面变化影响作用分析77-79
• 4.8 本章小结79-81
• 第五章 结论与展望81-84
• 5.1 结论81-82
• 5.2 不足与建议82-83
• 5.3 展望83-84
• 致谢84-85
• 参考文献85-88
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果88

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本文编号：593408