【博士】洋流渦激作用下水中懸浮隧道穩(wěn)定性的關(guān)鍵技術(shù)研究【2009】

申請免費(fèi)試用、咨詢電話：400-8352-114

內(nèi)容簡介

　　學(xué)科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：西南交通大學(xué)　　學(xué)位年度： 2009年　　渦激振動是懸浮隧道研究中一個非常重要的問題，因?yàn)閼腋∷淼涝诤Ａ髯饔孟聲a(chǎn)生復(fù)雜的渦激振動以及頻率“鎖定”現(xiàn)象，并誘發(fā)流體與結(jié)構(gòu)之間的相互作用，由此可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。由于橫流向的渦激振動幅值比順流向渦激振動幅值要大一個量級，因此本文著重研究懸浮隧道在橫向渦激作用下的動力特性及其穩(wěn)定性，所展開的研究工作主要有：　　1基于渦量運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)特性，針對懸浮隧道管段在運(yùn)動中受到的流體荷載展開研究，推導(dǎo)出呈小振幅運(yùn)動的懸浮隧道管段受到的流體荷載計算公式，在已知管段運(yùn)動規(guī)律的前提下運(yùn)用該公式能準(zhǔn)確地計算出作用于懸浮隧道上的流體荷載；并對渦激振動機(jī)理進(jìn)行總結(jié)，運(yùn)用Morison方程估算作用于懸浮隧道上流體作用力?！　?將單跨懸浮隧道簡化成兩端簡支的Euler-Bemoulli梁，采用分離變量法對單跨懸浮隧道的固有特性進(jìn)行分析。研究表明：單跨懸浮隧道一階固有頻率的影響兇素中附加質(zhì)量系數(shù)對其影響最大，管段截面外直徑影響次之，海水密度影響最小。將張力腿型多跨懸浮隧道簡化為線性彈簧支撐的梁模型，采用Laplace正、逆變化求解多跨懸浮隧道管段固有動力特性。研究表明：多跨懸浮隧道固有頻率隨張力腿軸向等效剛度的增加而降低，懸浮隧道的固有頻率與等效剛度之間成反比例關(guān)系；固有頻率隨著管段結(jié)構(gòu)彈性模量、管段外直徑的增加而增大，但不成線性關(guān)系?！　?利用混沌理論中的Melnikov方法分析單跨懸浮隧道在橫流渦激作用下的穩(wěn)定性判據(jù)，并對影響穩(wěn)定性的因素進(jìn)行分析。研究表明：隨著跨度的增加，懸浮隧道穩(wěn)定性降低；振動階次越高懸浮隧道穩(wěn)定性越好，在進(jìn)行穩(wěn)定性分析時可只分析一階穩(wěn)定性情況。懸浮隧道穩(wěn)定性隨洋流速度增加而呈下降趨勢；　　管段彈性模量對穩(wěn)定性呈線性影響關(guān)系：管段材料密度對穩(wěn)定性影響也呈增加趨勢；管段外直徑對穩(wěn)定性影響呈“勺子”狀變化：流體阻尼系數(shù)對穩(wěn)定性呈“V”字形影響；升力系數(shù)對穩(wěn)定性呈下降階躍函數(shù)影響關(guān)系。此外，將懸浮隧道管段振動視為對張力腿的參數(shù)激勵而建立懸浮隧道張力腿振動模型，利用Lyapunov函數(shù)研究懸浮隧道張力腿在渦激作用下的穩(wěn)定性判據(jù)。研究得出：張力腿穩(wěn)定性隨著振動階次、結(jié)構(gòu)剛度或初張力的增加都會呈增加趨勢，但不呈線性變化關(guān)系；而隨著參數(shù)激勵頻率、張力腿長度或動張力系數(shù)的增加穩(wěn)定性會逐漸降低?！　?渦激振動模型試驗(yàn)結(jié)果表明：懸浮隧道的動力響應(yīng)隨著流速的增大而增大，其中振動最大位移隨著流速增加呈線性增加。在相同流場環(huán)境條件下，增加支撐張力腿組數(shù)能減小管段結(jié)構(gòu)的受力和動力響應(yīng)幅值，但是會使張力腿的響應(yīng)規(guī)律變得復(fù)雜：兩節(jié)管段的動力響應(yīng)規(guī)律與單節(jié)管段大體相同，單節(jié)管段懸浮隧道的速度響應(yīng)幅值比兩節(jié)管段懸浮隧道大。數(shù)值模擬結(jié)果表明：在管段迎流面和背流面分別出現(xiàn)正壓區(qū)和負(fù)壓區(qū)，來流速度越大，管段正負(fù)壓區(qū)的壓力值都越高，管段繞流場的分離點(diǎn)后移，漩渦釋放頻率也越大；圓形截面管體后形成的尾流區(qū)最大，橢圓形截面次之，多邊形截面最小?！　?考慮懸浮隧道管段結(jié)構(gòu)的非線性，在動力特性分析、穩(wěn)定性分析及模型試驗(yàn)的基礎(chǔ)上研究懸浮隧道管段在橫向渦激作用下的動力響應(yīng)。研究表明：對于單跨懸浮隧道發(fā)生首階諧響應(yīng)時的模態(tài)位移最大；懸浮隧道管段的彈性模量增大或管段外直徑的增加都會對動力響應(yīng)起抑制作用；而跨度的增加卻會增大動力響應(yīng)幅值；隨著來流速度的增加懸浮隧道的動力響應(yīng)幅值會增大。對于多跨懸浮隧道，增大張力腿的軸向剛度有助于抑制懸浮隧道管段的位移響應(yīng)幅值；　　懸浮隧道管段位移響應(yīng)幅值隨著張力腿長度的增加而增加；不考慮非線性因素影響時隨著張力腿間夾角越小對懸浮隧道管段動力響應(yīng)的抑制作用越明顯，而當(dāng)考慮非線性因素影響時張力腿問夾角越小管段動力響應(yīng)幅值越大?！　?

專題推薦

• · 橋梁博士
• · 路基激振試驗(yàn)
• · 懸澆法關(guān)鍵技術(shù)

培訓(xùn)課程

• · 施工技能課程五折，機(jī)不可失
• · 【預(yù)售】施工前期必備技能
• · 道路路基施工必備知識
• · 市政施工基礎(chǔ)入門培訓(xùn)
• · 施工識圖讀圖，這些要掌握!