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定常流作用下单跨悬浮隧道涡激振动可靠性分析

作　者: 汪精河
导　师: 周晓军
学　校: 西南交通大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 悬浮隧道涡激振动动力响应可靠性
分类号: U451
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

悬浮隧道(Submerged Floating Tunnel)简称“SFT”,是一种新型的穿越水域的交通结构物。悬浮隧道有其它交通结构型式无可比拟的技术经济优势：如对结构物周围的环境影响很小,对水深和海底地形地貌、地质条件的适应性更强,减少了与陆地交通连接的引道的长度及坡度,可降低建造成本和污染等。沉管隧道、海洋平台等结构相关技术的迅速发展,使得水下悬浮隧道的建造施工已经具有了一定的基础。作为一种创新的技术,水下悬浮隧道已成为与传统交通技术相竞争的一种极其富有吸引力的技术选择。本文对定常流作用下单跨悬浮隧道管段横流向的涡激动力响应及可靠性问题进行了一些初步的理论研究,所展开的研究工作主要有：1.阐述了海流的成因、种类、统计规律,重点介绍了悬浮隧道所受海流荷载的计算方法以及涡激振动的机理和涡激升力的计算模型。2.将单跨悬浮隧道简化成两端简支Euler-Bemoulli梁,推导了具有单一的涡泄频率时,涡激升力作用下管段弯曲振动的偏微分方程,并采用分离变量法将偏微分方程化为常微分方程组,得到悬浮隧道的自振频率和各阶模态响应(位移、弯矩、剪力)的解析解。通过计算发现一阶响应起主导作用,对悬浮隧道进行动力研究时可只进行一阶动力响应分析。3.考虑了计算参数的随机性,假设升力系数Q和流速V服从正态分布,采用蒙特卡洛(Monte-Calor)法得到涡激升力幅值的概率分布为极值Ⅰ型,单位时间内(60s)跨中弯矩幅值、跨中位移幅值的概率分布为指数分布。4.讨论了结构极限状态方程的确立方法,并计算了相应的可靠度。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-25
  1.1 悬浮隧道的概念及特点  11-13
    1.1.1 悬浮隧道的概念  11-12
    1.1.2 悬浮隧道的特点  12-13
  1.2 悬浮隧道的发展历程及研究现状  13-21
    1.2.1 悬浮隧道的发展历程  13-17
    1.2.2 悬浮隧道的研究现状  17-21
  1.3 海洋工程结构物可靠性研究现状  21-23
    1.3.1 海洋平台可靠性研究现状  21-22
    1.3.2 海底管线可靠性研究现状  22-23
  1.4 本文的研究背景、内容和方法  23-25
    1.4.1 研究背景  23-24
    1.4.2 内容和方法  24-25
第2章海流作用分析  25-36
  2.1 海流的特点和成因  25-27
    2.1.1 海流的特点  25-26
    2.1.2 海流的成因  26-27
  2.2 海流荷载的计算  27-36
    2.2.1 海流速度的计算  27-29
    2.2.2 海流对悬浮隧道的作用  29-36
第3章弯曲振动方程的建立和求解  36-52
  3.1 概述  36
  3.2 单跨悬浮隧道动力特性和动力响应分析  36-48
    3.2.1 弯曲振动方程的建立  36-39
    3.2.2 动力特性分析  39-40
    3.2.3 比例粘滞阻尼建立  40-41
    3.2.4 动力方程的求解  41-46
    3.2.5 结构响应的求解  46-48
  3.3 算例分析  48-52
第4章涡激振动可靠性分析  52-66
  4.1 结构可靠性的基本概念和原理  52-56
    4.1.1 结构分析中的不确定性  52-53
    4.1.2 结构可靠度的计算方法  53-56
  4.2 管段上海流的作用和作用效应  56-62
    4.2.1 海流作用的概率模型  56-59
    4.2.2 海流作用效应的概率模型  59-62
  4.3 结构的抗力  62-63
  4.4 结构的极限状态方程和可靠性计算  63-66
结论与建议  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-72
附录1  72-73
附录2  73-75
攻读硕士学位期间发表的论文和参加的科研项目  75

定常流作用下单跨悬浮隧道涡激振动可靠性分析

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