本文關鍵詞：懸浮隧道結(jié)構(gòu)選型關鍵參數(shù)理論研究

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【摘要】：懸浮隧道,英文名譯為Submerged Floating Tunnel,簡稱SFT,是一種能夠用于跨越江河湖泊、海灣、海峽和其他水道的一種新型管狀交通構(gòu)筑物。與傳統(tǒng)隧道的不同在于隧道結(jié)構(gòu)完全被水包圍,既不在地層上也不穿越地層,其力學原理是利用結(jié)構(gòu)自身的重量、水體對結(jié)構(gòu)的浮力和錨固力三者的平衡作用,來達到隧道結(jié)構(gòu)懸浮于水中一定深度的目的。這種新型交通結(jié)構(gòu)形式具有通行時間短、不受極端自然天氣的影響、建造地點選擇較為自由、對自然景觀能達到最大程度保留、經(jīng)濟效益高、建造費用合理等等眾多優(yōu)點,這將使得未來懸浮隧道在解決各國島嶼與陸地連接、海灣通道和近海岸工程建設等領域扮演越來越重要的角色。正是這種潛在的巨大工程應用價值,懸浮隧道正成為現(xiàn)今隧道專業(yè)方向新的研究領域。本文針對懸浮隧道主要開展了以下研究工作:1.概述了懸浮隧道在水環(huán)境下所受到的荷載作用類型,并對各種荷載加以歸納總結(jié)。2.對波浪理論做了簡要介紹,重點對波浪和水流對懸浮隧道的作用力進行了計算方法分析,同時對波流聯(lián)合作用下的懸浮隧道管段結(jié)構(gòu)作了分析,并得到了運用定常流理論來計算水流對懸浮隧道的荷載值。3.對流固耦合基本原理做了詳細介紹,并對流體運動方程和湍流模型做了詳細說明,用來分析流體運動的實質(zhì)力學原理,對流體運動有一個清晰的認識。4.運用有限元軟件建立二維模型,利用流固耦合原理,分析在八種斷面形式下,懸浮隧道管段截面周邊的流場、壓力場分布規(guī)律,并加以研究總結(jié)。5.運用有限元軟件構(gòu)建三維模型,利用流固耦合原理,參考前者分析結(jié)果,選擇3種斷面形式,在改變洋流流速、懸浮深度、斷面類型3種影響懸浮隧道結(jié)構(gòu)選型的關鍵參數(shù)下,分析隧道管體的位移分布和應力應變分布情況,并對結(jié)果作分析研究,確定最為合適的斷面形式,為將來懸浮隧道的斷面設計、工程建設提供一些參考。
【關鍵詞】：懸浮隧道 荷載作用 波浪理論 定常流 流固耦合 有限元
【學位授予單位】：重慶交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U459.5
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-21
• 1.1 課題研究背景10-11
• 1.2 懸浮隧道簡介11-14
• 1.2.1 懸浮隧道的概念11-12
• 1.2.2 懸浮隧道的特點12-14
• 1.3 懸浮隧道國內(nèi)外研究概況14-19
• 1.3.1 國外研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀16-19
• 1.4 研究內(nèi)容與技術(shù)路線19-21
• 1.4.1 主要研究內(nèi)容19-20
• 1.4.2 技術(shù)路線20-21
• 第二章 水中懸浮隧道管段荷載作用分析21-41
• 2.1 荷載作用分類21-22
• 2.2 波浪理論簡介22-26
• 2.2.1 波浪理論的控制方程23-24
• 2.2.2 方程邊界條件24-26
• 2.3 常見規(guī)則波浪理論26-29
• 2.3.1 線性波浪理論26-27
• 2.3.2 非線性波浪理論27-29
• 2.4 懸浮隧道波浪作用力分析29-35
• 2.4.1 引言29-31
• 2.4.2 Morison方程及其參數(shù)值的確定31-35
• 2.4.3 波浪力的折減35
• 2.5 懸浮隧道水流作用力分析35-40
• 2.5.1 引言35-36
• 2.5.2 拖曳力36
• 2.5.3 漩渦泄放現(xiàn)象36-39
• 2.5.4 渦激振動作用39-40
• 2.6 懸浮隧道波浪和水流的聯(lián)合作用分析40
• 2.7 本章小結(jié)40-41
• 第三章 流固耦合基本原理及流體運動方程41-49
• 3.1 流固耦合基本原理41-42
• 3.1.1 流固耦合簡述41
• 3.1.2 流固耦合坐標系41-42
• 3.2 流固耦合計算42-44
• 3.2.1 流固耦合控制方程42-43
• 3.2.2 耦合界面間的數(shù)據(jù)傳遞43
• 3.2.3 求解方法43-44
• 3.3 流體運動基本方程44-46
• 3.3.1 連續(xù)方程44-45
• 3.3.2 運動方程45
• 3.3.3 雷諾方程45-46
• 3.4 湍流計算模型46-48
• 3.4.1 零方程模型46
• 3.4.2 一方程模型46-47
• 3.4.3 RNG k-ε方程模型47-48
• 3.5 本章小結(jié)48-49
• 第四章 水中懸浮隧道流固耦合數(shù)值分析49-81
• 4.1 ADINA有限元軟件介紹49-50
• 4.1.1 引言49
• 4.1.2 軟件歷史49-50
• 4.1.3 用戶界面介紹50
• 4.1.4 軟件分析過程及控制參數(shù)50
• 4.2 流固耦合模型建立的基本步驟50-51
• 4.3 懸浮隧道幾何模型的建立51-57
• 4.3.1 繞流場模型的選擇及模型邊界條件51-53
• 4.3.2 三維懸浮隧道模型選擇53-57
• 4.4 二維繞流模型計算結(jié)果分析57-65
• 4.4.1 流場分析57-60
• 4.4.2 穩(wěn)態(tài)壓力及穩(wěn)態(tài)壓力系數(shù)分析60-65
• 4.5 流速影響作用分析65-74
• 4.5.1 橫向位移值65-67
• 4.5.2 豎向位移值67-70
• 4.5.3 端部、跨中斷面處應力分布分析70-74
• 4.6 懸浮深度影響作用分析74-77
• 4.6.1 橫向位移值75
• 4.6.2 豎向位移值75-76
• 4.6.3 端部、跨中斷面處應力分布分析76-77
• 4.7 斷面變化影響作用分析77-79
• 4.8 本章小結(jié)79-81
• 第五章 結(jié)論與展望81-84
• 5.1 結(jié)論81-82
• 5.2 不足與建議82-83
• 5.3 展望83-84
• 致謝84-85
• 參考文獻85-88
• 在學期間發(fā)表的論著及取得的科研成果88

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本文編號：593408