【摘要】：懸浮隧道,英文名“Submerged Floating Tunnel”,簡稱“SFT”,是一種跨越水域的新型交通結(jié)構(gòu)物。基本組成為:管體、支撐系統(tǒng)、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、駁岸結(jié)構(gòu),其力學(xué)原理是依靠重力、浮力、錨固力共同作用達(dá)到平衡。和傳統(tǒng)的跨海交通運(yùn)輸方式相比,懸浮隧道具有布置靈活、不受惡劣氣候條件的影響、對自然景觀能最大程度的保護(hù)、經(jīng)濟(jì)效益高等諸多優(yōu)點(diǎn),使其在解決各國海島與陸地相連接、海峽通道等領(lǐng)域扮演越來越重要的角色。正是這種潛在的巨大工程應(yīng)用價(jià)值,懸浮隧道正成為當(dāng)今隧道領(lǐng)域的前沿課題。在水平洋流作用于懸浮隧道單管段的條件下,結(jié)構(gòu)外型的選取與優(yōu)化是研究的主要問題,本文主要采用FLUENT軟件進(jìn)行懸浮隧道二維繞流模型計(jì)算和三維管段模型計(jì)算。二維方法的目的是:確定懸浮隧道管段的最優(yōu)橫斷面類型;三維方法的目的是:在假定的工程參數(shù)下,計(jì)算出懸浮隧道在建造完成后運(yùn)營階段的應(yīng)力應(yīng)變值,為設(shè)計(jì)提供一些工程參考。本文主要開展以下三方面的工作:1.概述懸浮隧道在水中所受的環(huán)境荷載,重點(diǎn)對洋流力和波浪力進(jìn)行理論分析。洋流作用于懸浮隧道時(shí),對拖曳力的計(jì)算以及升力的形成原理進(jìn)行詳細(xì)的闡述,并且對洋流作用下懸浮隧道的渦激效應(yīng)原理進(jìn)行理論分析;波浪作用于懸浮隧道時(shí),針對假定的工程參數(shù),闡明采用Morison方程計(jì)算波浪力的理論基礎(chǔ)。2.采用FLUENT有限元軟件進(jìn)行二維繞流計(jì)算,計(jì)算過程采用控制變量法,在三種變量截面頂部轉(zhuǎn)角θ、截面過渡緩和倒角半徑r、洋流流速v綜合作用時(shí),假設(shè)其中兩個(gè)變量保持不變,調(diào)整第三個(gè)變量,進(jìn)行流場特性、壓差阻力、表面壓力系數(shù)的計(jì)算分析。通過繞流計(jì)算,可得出不同斷面參數(shù)的懸浮隧道在洋流場中的力學(xué)特性:(1)v、r不變,θ變化。θ增大,橫斷面上最大壓力減小、結(jié)構(gòu)壓差阻力減小,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增強(qiáng)。(2)v、θ不變,r變化。r增大,橫斷面上最大吸附力減小,應(yīng)力集中區(qū)域減小,對尾流區(qū)渦激有明顯的抑制。(3)θ、r不變,v變化。v增大,橫斷面上壓力、吸附力增大,結(jié)構(gòu)壓差阻力增大,結(jié)構(gòu)受到流體擾動(dòng)增大。3.采用FLUENT有限元軟件進(jìn)行三維管段計(jì)算,在三種變量截面頂部轉(zhuǎn)角θ、截面過渡緩和倒角半徑r、洋流流速v綜合作用時(shí),假設(shè)其中兩個(gè)變量保持不變,調(diào)整第三個(gè)變量,進(jìn)行結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變的計(jì)算。通過結(jié)構(gòu)響應(yīng)計(jì)算,可得出以下結(jié)論:(1)v、r不變,θ變化。適當(dāng)增大θ,能減小結(jié)構(gòu)所受洋流力,減小管體上的應(yīng)力和應(yīng)變,削弱懸浮隧道的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。(2)v、θ不變,r變化。r的取值過大或過小都不是最佳選擇,建議r的取值在1.5m~3.5m范圍。(3)θ、r不變,v變化。v增大,流體對結(jié)構(gòu)擾動(dòng)頻率成倍數(shù)增長,結(jié)構(gòu)響應(yīng)加劇,建議在低流速或中等流速區(qū)域修建懸浮隧道,最好選擇1~2m/s。
【學(xué)位授予單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U451
【圖文】：

幾種跨海交通結(jié)構(gòu)物

圖1-2張力腿式懸浮隧道

浮筒式懸浮隧道

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 宋克志;鄧建俊;王夢恕;;煙大渤海海峽隧道的可行性研究初探[J];地下空間與工程學(xué)報(bào);2008年01期

2 葛斐;惠磊;洪友士;;水中懸浮隧道錨索的非線性渦激振動(dòng)研究[J];中國公路學(xué)報(bào);2007年06期

3 董滿生;葛斐;惠磊;洪友士;;水中懸浮隧道研究進(jìn)展[J];中國公路學(xué)報(bào);2007年04期

4 陳健云;孫勝男;;海底巖土性質(zhì)對懸浮隧道所受動(dòng)水壓力的影響——P波[J];自然科學(xué)進(jìn)展;2007年01期

5 董滿生;葛斐;洪友士;;曲線形水中懸浮隧道的溫度內(nèi)力研究[J];工程力學(xué);2006年S1期

6 孫勝男;陳健云;;地震下懸浮隧道所受動(dòng)水壓力研究—SV波[J];防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào);2006年04期

7 宋建;陳百玲;范鶴;;水下隧道穿越江河海灣的綜合優(yōu)勢[J];隧道建設(shè);2006年03期

8 劉繼國;朱光儀;郭小紅;梁巍;;廈門海底隧道建設(shè)中涌水量流固耦合數(shù)值模擬[J];現(xiàn)代隧道技術(shù);2006年02期

9 張鴻雁,李鳳蔚,王元;非定常來流對建筑周圍流場影響的數(shù)值模擬[J];西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2005年03期

10 李玉成,劉德良,陳兵,李林普;大尺度圓柱墩群周圍的波流場的數(shù)值模擬[J];海洋通報(bào);2005年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 麥繼婷;波流作用下懸浮隧道的響應(yīng)研究[D];西南交通大學(xué);2005年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 疏義廣;深海懸浮隧道荷載組合及效應(yīng)分析[D];重慶交通大學(xué);2012年

2 楊俊超;水下懸浮隧道管段結(jié)構(gòu)分析與健康監(jiān)測方案設(shè)計(jì)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

3 謝立廣;水中懸浮隧道管段接頭的力學(xué)行為分析[D];西南交通大學(xué);2007年

本文編號：2773235