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沉管管段系泊状态下缆绳受力试验研究

作　者: 邵忠安
导　师: 张宁川
学　校: 大连理工大学
专　业: 水利工程
关键词: 沉管隧道模型试验系泊状态固有周期阻尼系数缆绳张力
分类号: U451
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

在沉管隧道施工过程中,管段在系泊状态下的受力运动问题直接关系到管段沉放的准确性、安全性。基于此,本文展开了沉管管段系泊状态下的物理模型试验,并取得了较好的成果,达到了最佳优化沉管系泊方案的目的。本文研究了沉管-浮驳系泊系统在波浪、水流作用下所受的系缆力,并考察了浮筒、波高、波浪周期、水流速度、缆绳张角、缆绳长度等因素对系缆力的影响,通过一系列的波浪、水流组合工况的试验,得到以下结论：a系泊系统带浮筒时的缆力大于不带浮筒时,因此管段系泊不宜带浮筒。b波浪、水流作用方向在一定范围内改变对缆力影响不大。c缆力随波浪周期的增大而增大,当周期达到一定数值时缆力不再增大,这与系泊系统水中固有周期及阻尼有关。d缆力随波高的增大而增大,基本呈线性关系。并且在单纯波浪作用时边缆张角为0°对应的缆力最大,有水流作用时边缆张角为45°对应的缆力最大。e缆力随水流速度的增大而增大,且边缆张角为45°时对应的缆力值最大。f在边缆张角较小时(小于30°),波浪是缆绳张力的控制影响因素；在边缆张角较大时(30°～45°),水流是缆绳张力的控制影响因素。g单纯波浪、水流作用时的缆力随波高、水流等的变化曲线的线性关系比波浪和水流共同作用时明显,这是由于波浪和水流的相互影响引起的。h波浪和水流共同作用时的缆绳张力,不是单纯波浪和单纯水流作用时的简单合成,可能相互叠加,也可能相互抵消。i系泊方案Ⅰ(4缆)条件下的缆绳张力大于系泊方案Ⅰ(6缆)条件下的缆绳张力,但增大值不大。j系泊方案Ⅱ(4缆)条件下,200m缆长对应的缆力值大于350m缆长对应的缆力值,增幅在25%左右,这表明缆力随缆长的减小趋于增大。k制定系泊方案时可适当缩短缆绳长度,边缆张角不宜超过30°。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-19
  1.1 沉管隧道概述  9-15
    1.1.1 水下隧道工程简介  9-11
    1.1.2 沉管隧道的定义  11
    1.1.3 沉管隧道的关键技术  11-13
    1.1.4 沉管隧道的管段沉放  13-14
    1.1.5 沉管隧道的发展及应用  14-15
  1.2 沉管隧道管段沉放研究概况  15-17
  1.3 论文的主要研究内容  17-19
2 沉放等待过程物理模型试验  19-33
  2.1 试验设备与模型设计  19-27
    2.1.1 试验设备与仪器  19-22
    2.1.2 模型比尺及相似准则  22
    2.1.3 浮驳与管节的模拟制作  22-24
    2.1.4 地形的模拟制作  24-25
    2.1.5 缆绳的模拟制作  25-26
    2.1.6 试验装置  26-27
  2.2 动力环境要素的模拟方法  27-30
    2.2.1 波要素的模拟方法  27-29
    2.2.2 水流要素的模拟方法  29-30
  2.3 各试验工况试验方法  30-33
    2.3.1 静水衰减  30-31
    2.3.2 系泊工况  31-33
3 静水衰减试验结果  33-38
  3.1 单纯沉管  33-34
  3.2 单纯浮驳  34-37
  3.3 沉管与浮驳整体  37-38
4 单纯管节系泊状态下的缆力试验结果  38-55
  4.1 带浮筒条件下单纯管节缆力试验结果  38-46
    4.1.1 带浮筒时的管节单纯波浪作用时缆力试验结果  39-40
    4.1.2 带浮筒时的管节单纯水流作用时缆力试验结果  40-41
    4.1.3 带浮筒时的管节在波浪和水流共同作用时缆力试验结果  41-46
  4.2 不带浮筒条件下单纯管节缆力试验结果  46-53
    4.2.1 不带浮筒时的管节单纯波浪作用时缆力试验结果  47-48
    4.2.2 不带浮筒时的管节单纯水流作用时缆力试验结果  48-49
    4.2.3 不带浮筒时的管节在波浪和水流共同作用时缆力试验结果  49-53
  4.3 小结  53-55
5 沉放等待条件下管段及浮驳整体系泊试验结果及分析  55-87
  5.1 管节及浮驳整体系泊方案Ⅰ条件下缆绳张力试验结果及分析  55-68
    5.1.1 正向及斜向波浪、水流作用时的缆力试验结果对比及分析  55-56
    5.1.2 改变系泊方案Ⅰ中6#缆角度前后的缆力试验结果对比及分析  56-57
    5.1.3 波浪周期对缆绳张力的影响  57-59
    5.1.4 波高对缆绳张力的影响  59-62
    5.1.5 流速对缆绳张力的影响  62-65
    5.1.6 边缆张角对缆绳张力的影响  65-68
  5.2 管节及浮驳整体系泊方案Ⅱ条件下缆绳张力试验结果及分析  68-83
    5.2.1 系泊方案Ⅱ条件下的试验结果  68-72
    5.2.2 系泊方案Ⅰ和系泊方案Ⅱ条件下的最大缆力值对比、分析  72-75
    5.2.3 改变系泊方案Ⅱ中缆绳长度后的缆力试验结果  75-79
    5.2.4 缆绳长度对缆绳张力的影响  79-83
  5.3 小结  83-87
6 结论与展望  87-89
  6.1 结论  87-88
  6.2 展望  88-89
参考文献  89-92
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  92-93
致谢  93-94

沉管管段系泊状态下缆绳受力试验研究

内容摘要

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