【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?cè)絹?lái)越關(guān)心的問(wèn)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(duì)兩岸的地形要求較高,在一些險(xiǎn)峻的地方無(wú)法實(shí)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(duì)兩岸地形要求較低,但由于隧道埋入海底,對(duì)水深以及海底土質(zhì)的要求較高,也不具備廣泛的實(shí)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(huì)出現(xiàn)沒(méi)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(wèn)題。本文在對(duì)大量國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)進(jìn)行查閱的基礎(chǔ)上,主要針對(duì)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?jī)?nèi)容如下:(1)對(duì)比分析了水下懸浮隧道的不同類(lèi)型和不同的纜索布置方法,并根據(jù)瓊州海峽的實(shí)際海況,最終決定錨索式以及傾斜布索的方式。(2)對(duì)水下懸浮隧道纜索的振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值模擬分析,在控制參數(shù)激勵(lì)相同的情況下,當(dāng)海流流速達(dá)到4m/s時(shí)纜索的振動(dòng)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(lì)頻率為纜索固有頻率的2倍時(shí),纜索的振動(dòng)響應(yīng)幅值最大。(3)利用Palmgren-Miner線(xiàn)性累計(jì)損傷理論以及S-N曲線(xiàn)這兩種手段針對(duì)水下懸浮隧道纜索壽命進(jìn)行計(jì)算以及總結(jié),將隧道-纜索耦合模型柔性結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程式作為利用手段,來(lái)研究并計(jì)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(shí)間來(lái)對(duì)纜索的疲勞腐蝕壽命進(jìn)行評(píng)估,從計(jì)算結(jié)果來(lái)看,腐蝕會(huì)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(dòng)方程對(duì)比了CFRP纜和鋼纜的振動(dòng)情況。發(fā)現(xiàn)在不考慮阻尼的情況下,鋼纜無(wú)論從振動(dòng)幅值還是振動(dòng)頻率來(lái)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(dòng)幅值出現(xiàn)明顯下降,比鋼纜更低,不過(guò)振動(dòng)頻率仍然高于鋼纜。
【圖文】：

因就是其體積排開(kāi)水所產(chǎn)生的浮力大于其重力，與此同時(shí)采用鋼纜實(shí)現(xiàn)固定目標(biāo)，避免浮力過(guò)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(lái)看，并沒(méi)有出現(xiàn)一座完整的水下懸浮隧道，造成這一問(wèn)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(shí)間內(nèi)，人們出行會(huì)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(lái)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(chǎng)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(huì)對(duì)施工產(chǎn)生影響。（6）施工和運(yùn)營(yíng)中存在許多風(fēng)險(xiǎn)和不確定因素。如何識(shí)別和控制這些風(fēng)和不確定性，包括投資風(fēng)險(xiǎn)、設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)、施工風(fēng)險(xiǎn)、自然災(zāi)害、極端事件、運(yùn)管理風(fēng)險(xiǎn)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(guó)內(nèi)外的研究概況1.3.1 水下懸浮隧道在國(guó)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(shì)陡峭，無(wú)通過(guò)架設(shè)橋梁來(lái)實(shí)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(shí)由于國(guó)內(nèi)幾乎沒(méi)有任何機(jī)構(gòu)或者個(gè)人對(duì)水下懸浮隧道展開(kāi)過(guò)研究，所以研工作暫時(shí)停止。第二年，通過(guò)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(kāi)始共同對(duì)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：U459.5

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5 張Z

本文編號(hào)：2589605