水中懸浮隧道與洋流耦合作用的模型試驗.pdf

1、目前，許多固定的跨水通道如橋梁、浮橋、海底隧道和沉管隧道等已經(jīng)修建了，然而，當(dāng)兩岸距離較遠(yuǎn)、水體較深時，這些傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就不太可行了。水中懸浮隧道為跨越深水水域提供了一種新的選擇，這種結(jié)構(gòu)形式可以用來連接陸地和海峽，水中懸浮隧道不是一種嵌入式結(jié)構(gòu)，而是懸浮于水中一定深度，并通過錨固系統(tǒng)錨固到水床上來維持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。 本文首先簡要地介紹了洋流的一些基本理論，又分析研究了波浪和水流對水中懸浮隧道的聯(lián)合作用，同時也介紹了模型試驗的基本原

2、理及其優(yōu)缺點，以及該管段模型試驗所要考慮遵守的流體相似準(zhǔn)則。利用室內(nèi)管段模型試驗的方法，來模擬洋流與水中懸浮隧道的相互作用，通過調(diào)節(jié)水泵功率以及整流板的過流面積，模擬出水中懸浮隧道管段所處的不同洋流環(huán)境條件，同時也采用了以有限元為基礎(chǔ)的數(shù)值模擬方法(2-D)，對模型試驗中的洋流與水中懸浮隧道管段進(jìn)行流體——結(jié)構(gòu)耦合模擬，數(shù)值試驗?zāi)M了六種不同的工況條件。 通過對這兩種方法的計算結(jié)果進(jìn)行分析，得出了水中懸浮隧道管段結(jié)構(gòu)的受力及變形

3、隨水流流速的變化規(guī)律，即在試驗流場條件下，管段結(jié)構(gòu)的軸力、彎矩的變化值隨水流流速的增大而增大，但管段迎流面一側(cè)的軸力隨水流流速的增大而減小，管段結(jié)構(gòu)外側(cè)的環(huán)向變形較內(nèi)側(cè)的大，迎流面一側(cè)的環(huán)向變形較背流面一側(cè)的環(huán)向變形大，同時管段結(jié)構(gòu)的環(huán)向變形也隨水流流速的增大而增大，而管段結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)與外側(cè)、迎流面一側(cè)與背流面一側(cè)的軸向變形差別不大，其軸向變形也隨水流流速的增大而增大，管段結(jié)構(gòu)的測點位移也隨流速的增大而增大，隧道管段迎流面一側(cè)錨索的軸力隨水

4、流流速的增大而增大，背流面一側(cè)錨索的軸力隨水流流速的增大而減小，模型試驗的結(jié)果發(fā)現(xiàn)管段結(jié)構(gòu)在水流作用下，除了表現(xiàn)出一定的壓彎特性以外，還表現(xiàn)出了一定的受扭特性，在相同流場條件下，每節(jié)管段采用3組錨索較每節(jié)管段采用2組錨索能有效地減小結(jié)構(gòu)的位移和振動，增強結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。最后將數(shù)值分析的計算結(jié)果與室內(nèi)管段模型試驗的結(jié)果進(jìn)行分析比較，試驗結(jié)果和計算結(jié)果符合良好。希望本文的研究成果對今后水中懸浮隧道的設(shè)計、計算能提供一些有益的參考和借鑒，并進(jìn)一