定常流作用下拉索式懸浮隧道單節(jié)管段的振動(dòng)初探.pdf

1、懸浮隧道與傳統(tǒng)的穿越江河海灣的交通構(gòu)筑物相比，具有較大的綜合優(yōu)勢。拉索式懸浮隧道形式靈活，應(yīng)用前景必然相當(dāng)廣闊，因此有必要對其作深入的研究。 本文對定常流作用下的圓柱形拉索式懸浮隧道單節(jié)管段的動(dòng)力響應(yīng)問題進(jìn)行了一些初步的理論研究，得出一些初步的理論成果。 首先，根據(jù)圓柱形拉索式懸浮隧道在定常流作用下的受力特性，建立了一個(gè)懸浮隧道體系的力學(xué)模型。該模型假定如下：懸浮隧道單節(jié)管段簡化為實(shí)心剛體，在剛體上加線彈性彈簧和阻尼器以

2、模擬其它管段對其的約束作用，剛體固有頻率等于把懸浮隧道簡化為彈性簡支梁時(shí)的固有頻率；拉索關(guān)于隧道管段軸線所在豎直平面對稱，每節(jié)管段對應(yīng)四根，簡化為張緊弦；來流垂直于管段軸線且水平；振動(dòng)關(guān)于索平面對稱。 其次，結(jié)合Morison公式的修正形式及牛頓力學(xué)定律，推導(dǎo)出上述力學(xué)模型對應(yīng)的微分動(dòng)力方程組，即懸浮隧道單節(jié)管段在定常流作用下振動(dòng)的數(shù)學(xué)模型。然后將所建立的微分動(dòng)力方程組先化簡，再根據(jù)數(shù)值分析理論確定其求解算法。求解過程由筆者自行

3、開發(fā)的小型數(shù)值計(jì)算器“Circular 4Cables_SFT Calculator”執(zhí)行。 最后，本文參考鐵路單線隧道，設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，并將定常流流速v、拉索與來流夾角θk作為離散自變量，進(jìn)行了145次計(jì)算，響應(yīng)時(shí)長均為3000s。對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析后得知當(dāng)θk∈(30°，70°)且V∈[0.0015m/s，0.45m/s]時(shí)有如下主要結(jié)論：隨θk增大，管段位移減小且其橫向分量減小而順流向分量增大，拉索末端張力減小，拉索位移先減