本文選題：沉管隧道　切入點：低頻運動　出處：《大連理工大學》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確地沉放入海底基槽,而且還要確保施工過程的安全。在實際沉放過程中,沉管管段受海洋中的風、浪、流作用,還受水面駁船運動的影響,是極為復雜的水動力學問題。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動響應。故本文對駁船沉放情形下的沉管管段沉放運動的試驗與數(shù)值模擬進行研究。本文對規(guī)則波作用下單駁船沉放情形下沉管管段的沉放進行試驗研究,研究了單駁船沉放情形下沉管的運動響應特性和纜繩張力特性,并對波浪周期、波高和沉管沉放深度等對管段運動響應及吊纜張力特性的影響進行了分析。試驗結果表明,單駁船沉放情形的沉管橫蕩波頻運動幅值與固定平臺沉放情形的沉管橫蕩波頻運動幅值接近,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��；而單駁船沉放情形的沉管橫蕩低頻運動幅值要大于固定平臺沉放情形的沉管橫蕩低頻運動幅值,隨波高的增加而增加,隨周期的增加而減小。對于升沉運動運動,單駁船沉放情形下的沉管升沉運動幅值要稍小于固定平臺沉放情形下的沉管升沉運動幅值。與固定平臺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變小,但是纜繩一直處于張緊狀態(tài)。同時,探討了單獨駁船與沉管-駁船系統(tǒng)中駁船的運動特性。單獨駁船橫蕩波頻運動響應與沉管-駁船系統(tǒng)駁船橫蕩波頻運動響應一致；而單獨駁船橫蕩低頻運動響應在波高較小時,大于沉管-駁船系統(tǒng)駁船情形；波高較大時,單獨駁船橫蕩低頻運動幅值更接近于沉管沉放深度為30cm時的駁船橫蕩低頻運動幅值。單獨駁船升沉和橫搖運動均大于沉管-駁船系統(tǒng)中駁船運動,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研究,對單駁船沉放情形下的沉管管段在不規(guī)則波作用下的運動響應和吊纜張力特性進行了研究,并探討了管段運動響應和吊纜張力隨波浪要素和管段沉放深度變化的特性。試驗結果表明,單駁船沉放情形下的沉管管段均以低頻運動為主。單駁船沉放情形下的沉管橫蕩、升沉和橫搖運動的低頻運動頻率分別與單駁船沉放情形下的沉管對應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動譜峰值要遠遠大于固定平臺沉放情形下的橫蕩低頻運動譜峰值；單駁船沉放情形的沉管升沉和橫搖運動小于固定平臺沉放情形的沉管運動。對應于管段的運動響應,單駁船沉放情形的纜繩張力小于固定平臺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域格林函數(shù),采用邊界元方法進行時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動方程,建立了固定平臺沉放情形的沉管管段運動的數(shù)學模型,并對數(shù)學模型中格林函數(shù)記憶項的近似計算進行驗證,結果吻合很好。管段數(shù)學模型計算結果與沉管物理模型試驗結果吻合較好。同時,還建立了系泊駁船運動的數(shù)學模型,并與物理模型試驗結果進行比較,吻合較好。提出了系泊駁船升沉運動引起的沉管管段位置變化的算法,結合系泊駁船運動與固定平臺沉放的沉管管段運動的時域數(shù)學模型,建立了波浪作用下水面駁船做強迫升沉運動情形下的沉管管段運動的時域數(shù)學模型。采用實際駁船尺寸、錨鏈和波浪參數(shù),應用系泊駁船數(shù)學模型得到駁船升沉運動響應。應用該時域模型研究了不同波浪條件下沉管管段的運動響應特征。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U455;U459.5

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本文編號：1664345