本文選題：沉管隧道　切入點(diǎn)：低頻運(yùn)動(dòng)　出處：《大連理工大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：沉管管段沉放是沉管隧道施工的重要環(huán)節(jié)。沉管管段沉放過程不僅要保證管段準(zhǔn)確地沉放入海底基槽,而且還要確保施工過程的安全。在實(shí)際沉放過程中,沉管管段受海洋中的風(fēng)、浪、流作用,還受水面駁船運(yùn)動(dòng)的影響,是極為復(fù)雜的水動(dòng)力學(xué)問題。到目前為止,國內(nèi)外較少研究駁船沉放情形的沉管管段運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。故本文對(duì)駁船沉放情形下的沉管管段沉放運(yùn)動(dòng)的試驗(yàn)與數(shù)值模擬進(jìn)行研究。本文對(duì)規(guī)則波作用下單駁船沉放情形下沉管管段的沉放進(jìn)行試驗(yàn)研究,研究了單駁船沉放情形下沉管的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)特性和纜繩張力特性,并對(duì)波浪周期、波高和沉管沉放深度等對(duì)管段運(yùn)動(dòng)響應(yīng)及吊纜張力特性的影響進(jìn)行了分析。試驗(yàn)結(jié)果表明,單駁船沉放情形的沉管橫蕩波頻運(yùn)動(dòng)幅值與固定平臺(tái)沉放情形的沉管橫蕩波頻運(yùn)動(dòng)幅值接近,兩者都隨波高和周期的增加而增加,隨管段沉放深度的增加而減小；而單駁船沉放情形的沉管橫蕩低頻運(yùn)動(dòng)幅值要大于固定平臺(tái)沉放情形的沉管橫蕩低頻運(yùn)動(dòng)幅值,隨波高的增加而增加,隨周期的增加而減小。對(duì)于升沉運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng),單駁船沉放情形下的沉管升沉運(yùn)動(dòng)幅值要稍小于固定平臺(tái)沉放情形下的沉管升沉運(yùn)動(dòng)幅值。與固定平臺(tái)沉放情形的纜繩張力相比,單駁船沉放情形的纜繩張力相對(duì)變小,但是纜繩一直處于張緊狀態(tài)。同時(shí),探討了單獨(dú)駁船與沉管-駁船系統(tǒng)中駁船的運(yùn)動(dòng)特性。單獨(dú)駁船橫蕩波頻運(yùn)動(dòng)響應(yīng)與沉管-駁船系統(tǒng)駁船橫蕩波頻運(yùn)動(dòng)響應(yīng)一致；而單獨(dú)駁船橫蕩低頻運(yùn)動(dòng)響應(yīng)在波高較小時(shí),大于沉管-駁船系統(tǒng)駁船情形；波高較大時(shí),單獨(dú)駁船橫蕩低頻運(yùn)動(dòng)幅值更接近于沉管沉放深度為30cm時(shí)的駁船橫蕩低頻運(yùn)動(dòng)幅值。單獨(dú)駁船升沉和橫搖運(yùn)動(dòng)均大于沉管-駁船系統(tǒng)中駁船運(yùn)動(dòng),且隨著波浪周期和波高的增加而增加。本文開展了不規(guī)則波作用下沉管管段沉放的試驗(yàn)研究,對(duì)單駁船沉放情形下的沉管管段在不規(guī)則波作用下的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)和吊纜張力特性進(jìn)行了研究,并探討了管段運(yùn)動(dòng)響應(yīng)和吊纜張力隨波浪要素和管段沉放深度變化的特性。試驗(yàn)結(jié)果表明,單駁船沉放情形下的沉管管段均以低頻運(yùn)動(dòng)為主。單駁船沉放情形下的沉管橫蕩、升沉和橫搖運(yùn)動(dòng)的低頻運(yùn)動(dòng)頻率分別與單駁船沉放情形下的沉管對(duì)應(yīng)方向的自振頻率相同。單駁船沉放情形下的沉管橫蕩低頻運(yùn)動(dòng)譜峰值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于固定平臺(tái)沉放情形下的橫蕩低頻運(yùn)動(dòng)譜峰值；單駁船沉放情形的沉管升沉和橫搖運(yùn)動(dòng)小于固定平臺(tái)沉放情形的沉管運(yùn)動(dòng)。對(duì)應(yīng)于管段的運(yùn)動(dòng)響應(yīng),單駁船沉放情形的纜繩張力小于固定平臺(tái)沉放情形的纜繩張力,頻譜曲線中兩者差距更為明顯。隨波浪要素的增加,纜繩張力相應(yīng)增大；而隨著沉放深度的增加,纜繩張力減小。本文基于有限水深條件下滿足自由面條件的時(shí)域格林函數(shù),采用邊界元方法進(jìn)行時(shí)域求解作用于沉管管段上的波浪力,采用Runge-Kutta方法求解沉管管段的運(yùn)動(dòng)方程,建立了固定平臺(tái)沉放情形的沉管管段運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型,并對(duì)數(shù)學(xué)模型中格林函數(shù)記憶項(xiàng)的近似計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果吻合很好。管段數(shù)學(xué)模型計(jì)算結(jié)果與沉管物理模型試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。同時(shí),還建立了系泊駁船運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型,并與物理模型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較,吻合較好。提出了系泊駁船升沉運(yùn)動(dòng)引起的沉管管段位置變化的算法,結(jié)合系泊駁船運(yùn)動(dòng)與固定平臺(tái)沉放的沉管管段運(yùn)動(dòng)的時(shí)域數(shù)學(xué)模型,建立了波浪作用下水面駁船做強(qiáng)迫升沉運(yùn)動(dòng)情形下的沉管管段運(yùn)動(dòng)的時(shí)域數(shù)學(xué)模型。采用實(shí)際駁船尺寸、錨鏈和波浪參數(shù),應(yīng)用系泊駁船數(shù)學(xué)模型得到駁船升沉運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。應(yīng)用該時(shí)域模型研究了不同波浪條件下沉管管段的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)特征。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U455;U459.5

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本文編號(hào)：1664345