【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和交流的不斷深入,如何快速安全地跨越江河湖海成為了人們越來越關(guān)心的問題。目前,橋梁仍然是跨越式結(jié)構(gòu)的主要形式,但由于其對兩岸的地形要求較高,在一些險峻的地方無法實現(xiàn)橋梁通行。沉管隧道是另一種跨越式結(jié)構(gòu)形式,雖然它對兩岸地形要求較低,但由于隧道埋入海底,對水深以及海底土質(zhì)的要求較高,也不具備廣泛的實用性。作為一種新型的交通結(jié)構(gòu),水下懸浮隧道已經(jīng)受到了許多相關(guān)人員的重視。在水下結(jié)構(gòu)所受的載荷會出現(xiàn)沒有規(guī)律、不可控制的變化,水下懸浮隧道的穩(wěn)定性和安全性是目前需要亟待解決的問題。本文在對大量國內(nèi)外文獻(xiàn)進(jìn)行查閱的基礎(chǔ)上,主要針對水下懸浮隧道的錨固結(jié)構(gòu)——纜索進(jìn)行了參數(shù)響應(yīng)、腐蝕疲勞等方面的分析,主要研究內(nèi)容如下:(1)對比分析了水下懸浮隧道的不同類型和不同的纜索布置方法,并根據(jù)瓊州海峽的實際海況,最終決定錨索式以及傾斜布索的方式。(2)對水下懸浮隧道纜索的振動響應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值模擬分析,在控制參數(shù)激勵相同的情況下,當(dāng)海流流速達(dá)到4m/s時纜索的振動達(dá)到最大值,發(fā)生渦激鎖定;在控制流速相同的情況下,當(dāng)參數(shù)激勵頻率為纜索固有頻率的2倍時,纜索的振動響應(yīng)幅值最大。(3)利用Palmgren-Miner線性累計損傷理論以及S-N曲線這兩種手段針對水下懸浮隧道纜索壽命進(jìn)行計算以及總結(jié),將隧道-纜索耦合模型柔性結(jié)構(gòu)動力學(xué)方程式作為利用手段,來研究并計算出纜索的應(yīng)力幅值。采用多階段的腐蝕疲勞模型,再額外加上鋼絲鍍鋅層的腐蝕時間來對纜索的疲勞腐蝕壽命進(jìn)行評估,從計算結(jié)果來看,腐蝕會在很大程度上加快疲勞的產(chǎn)生,使纜索的壽命降低。(4)討論了新型材料CFRP的主要力學(xué)性能和在水下懸浮隧道領(lǐng)域中的應(yīng)用,結(jié)合纜索的振動方程對比了CFRP纜和鋼纜的振動情況。發(fā)現(xiàn)在不考慮阻尼的情況下,鋼纜無論從振動幅值還是振動頻率來講都具有更加優(yōu)秀的性能,但在考慮了阻尼之后,CFRP纜的振動幅值出現(xiàn)明顯下降,比鋼纜更低,不過振動頻率仍然高于鋼纜。
【圖文】：

因就是其體積排開水所產(chǎn)生的浮力大于其重力，與此同時采用鋼纜實現(xiàn)固定目標(biāo)，避免浮力過大所造成的上升現(xiàn)象，減少水面船只所受到的影響。結(jié)合全球范圍之內(nèi)的現(xiàn)狀來看，并沒有出現(xiàn)一座完整的水下懸浮隧道，造成這一問題的主要因素是技術(shù)層面的缺失以及隧道安全性的不完善等等。在日后的時間內(nèi)，人們出行會由于水下懸浮隧道真正的建成而得到非常大的便利。1.1.2 水下懸浮隧道的起源與發(fā)展水下懸浮隧道的概念主要是來源于浮橋和近海結(jié)構(gòu)技術(shù)，，其施工與沉管隧道基本相同。一種方法是在干船塢中分段建造管道，然后再將其密封下沉；另一種方法是在施工現(xiàn)場直接建造管道，待管道焊接完成后使用抽水泵將管道內(nèi)的水抽出，然后采用壓載物使結(jié)構(gòu)整體達(dá)到靜力平衡（即隧道整體大約與水的密度相同），而沉管隧道則是采用壓載物使隧道整體沉入海底。當(dāng)然，這也意味著水下懸浮隧道必須錨定在水中或者水面上以保持其位置（主要取決于隧道結(jié)構(gòu)整體平衡點(diǎn)的位置）。

另外，環(huán)境因素如洋流和溫度等也會對施工產(chǎn)生影響。（6）施工和運(yùn)營中存在許多風(fēng)險和不確定因素。如何識別和控制這些風(fēng)和不確定性，包括投資風(fēng)險、設(shè)計風(fēng)險、施工風(fēng)險、自然災(zāi)害、極端事件、運(yùn)管理風(fēng)險等，具有重要的理論意義和工程指導(dǎo)意義。1.3 水下懸浮隧道在國內(nèi)外的研究概況1.3.1 水下懸浮隧道在國內(nèi)的研究概況1999 年，在浙江舟山的大陸連島工程中，由于金塘海峽兩岸地勢陡峭，無通過架設(shè)橋梁來實現(xiàn)兩岸的通行，所以第一次提出了水下懸浮隧道的方案。但當(dāng)時由于國內(nèi)幾乎沒有任何機(jī)構(gòu)或者個人對水下懸浮隧道展開過研究，所以研工作暫時停止。第二年，通過各方的協(xié)調(diào)和幫助，中方同意大利相關(guān)機(jī)構(gòu)達(dá)成議，開始共同對在金塘海峽建設(shè)水下懸浮隧道進(jìn)行技術(shù)可行性研究[9]。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U459.5

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5 張Z

本文編號：2589605