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原文传递定常流状态下悬浮隧道结构外型与涡激响应理论研究

论文题名：	定常流状态下悬浮隧道结构外型与涡激响应理论研究
关键词：	悬浮隧道;结构外型;涡激响应;定常流状态
摘要：	悬浮隧道，英文名“Submerged Floating Tunnel”，简称“SFT”，是一种跨越水域的新型交通结构物。基本组成为:管体、支撑系统、基础结构、驳岸结构，其力学原理是依靠重力、浮力、锚固力共同作用达到平衡。和传统的跨海交通运输方式相比，悬浮隧道具有布置灵活、不受恶劣气候条件的影响、对自然景观能最大程度的保护、经济效益高等诸多优点，使其在解决各国海岛与陆地相连接、海峡通道等领域扮演越来越重要的角色。正是这种潜在的巨大工程应用价值，悬浮隧道正成为当今隧道领域的前沿课题。　　在水平洋流作用于悬浮隧道单管段的条件下，结构外型的选取与优化是研究的主要问题，本文主要采用FLUENT软件进行悬浮隧道二维绕流模型计算和三维管段模型计算。二维方法的目的是:确定悬浮隧道管段的最优横断面类型;三维方法的目的是:在假定的工程参数下，计算出悬浮隧道在建造完成后运营阶段的应力应变值，为设计提供一些工程参考。本文主要开展以下三方面的工作: 　　1.概述悬浮隧道在水中所受的环境荷载，重点对洋流力和波浪力进行理论分析。洋流作用于悬浮隧道时，对拖曳力的计算以及升力的形成原理进行详细的阐述，并且对洋流作用下悬浮隧道的涡激效应原理进行理论分析;波浪作用于悬浮隧道时，针对假定的工程参数，阐明采用Morison方程计算波浪力的理论基础。　　2.采用FLUENT有限元软件进行二维绕流计算，计算过程采用控制变量法，在三种变量截面顶部转角θ、截面过渡缓和倒角半径r、洋流流速v综合作用时，假设其中两个变量保持不变，调整第三个变量，进行流场特性、压差阻力、表面压力系数的计算分析。通过绕流计算，可得出不同断面参数的悬浮隧道在洋流场中的力学特性:(1)v、r不变，θ变化。θ增大，横断面上最大压力减小、结构压差阻力减小，结构稳定性增强。(2)v、θ不变，r变化。r增大，横断面上最大吸附力减小，应力集中区域减小，对尾流区涡激有明显的抑制。(3)θ、r不变，V变化。v增大，横断面上压力、吸附力增大，结构压差阻力增大，结构受到流体扰动增大。　　3.采用FLUENT有限元软件进行三维管段计算，在三种变量截面顶部转角θ、截面过渡缓和倒角半径r、洋流流速v综合作用时，假设其中两个变量保持不变，调整第三个变量，进行结构应力应变的计算。通过结构响应计算，可得出以下结论:(1)v、r不变，θ变化。适当增大θ，能减小结构所受洋流力，减小管体上的应力和应变，削弱悬浮隧道的结构响应。(2)v、θ不变，r变化。r的取值过大或过小都不是最佳选择，建议r的取值在1.5m～3.5m范围。(3)θ、r不变，v变化。v增大，流体对结构扰动频率成倍数增长，结构响应加剧，建议在低流速或中等流速区域修建悬浮隧道，最好选择1～2m/s。
作者：	叶腾超
专业：	建筑与土木工程
导师：	涂忠仁
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文