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原文传递局部锚基础失效下悬浮隧道的动力响应研究

论文题名：	局部锚基础失效下悬浮隧道的动力响应研究
关键词：	悬浮隧道;锚基础失效;数值模拟;物理试验;动力响应
摘要：	悬浮隧道（Submergedfloatingtunnel，简称SFT）是一种新型的跨越长深水域的交通结构物，主要由隧道管体、锚固装置、基础及衔接两岸的驳岸结构组成。与常规交通结构形式相比，有着巨大优势，比如跨越能力大、布线灵活、可全天候运营等。吸力锚基础作为拟建悬浮隧道方案中极具竞争力的锚固形式，在波浪等循环荷载的作用下，会产生沿系泊方向的累积循环位移，导致悬浮隧道锚索逐渐松弛，锚索缆力水平下降，相应的循环荷载的幅值会逐渐减小，进而致使循环累积位移的增长速率减慢，两者之间产生复杂的耦合作用。因此分析局部锚基础失效下悬浮隧道的动力响应对悬浮隧道及其锚固基础的设计具有重要意义。本文对考虑局部锚基础失效下悬浮隧道的动力响应进行了一系列的数值模拟和试验研究。主要研究成果如下：　　（1）开展吸力锚基础静力承载试验，研究了其在不同荷载作用点及加载角度下的静力承载特性；开展未考虑锚基础失效下悬浮隧道在波浪荷载作用下的动力响应试验，并引入循环荷载特征参数来描述悬浮隧道的缆力特征，基于此拟定了考虑局部锚基础失效下，悬浮隧道动力响应试验中吸力锚基础的加载角度及加载位置。　　（2）开展了波浪荷载作用下悬浮隧道吸力锚基础的失效研究，分析了不同波浪参数下吸力锚基础的变形及悬浮隧道的动力响应特征。结果表明：波浪荷载加载初期，吸力锚系泊点沿系泊方向的位移累积较快，随着循环次数的增加，位移累积速率逐渐变缓。锚基础失效过程中，与其相连的锚索缆力衰减，相邻侧锚索及对跨锚索承受了更高的应力水平，而对跨相邻侧的锚索承受的应力水平有所下降。　　（3）基于ABAQUS软件建立吸力锚-土体相互作用的三维有限元模型，分析吸力锚基础在静荷载与循环荷载作用下的承载特性，并通过幂函数关系来表征吸力锚基础承受斜向循环荷载时，其系泊点的斜向累积位移与循环次数的关系，同时通过已有的试验结果验证了该幂函数关系的合理性。　　（4）基于ABAQUS/AQUA模块，建立了波浪作用下SFT局部锚基础渐进失效动力响应数值模型，研究了悬浮隧道在锚基础未失效时，完全失效时及逐渐失效时的动力响应。结果表明，第一次循环的累积位移较小时，吸力锚基础沿系泊点的斜向循环位移相对较小，各锚索的缆力在锚基础失效过程中的变化较为均匀；第一次循环的累积位移较大时，吸力锚基础沿系泊点的斜向循环位移相对较大，且在第一个循环周期内锚索的缆力变化最为剧烈，各锚索的缆力振幅发生较大变化。随着循环次数的增加，各锚索应力水平的变化与锚基础完全失效下的变化相同。同时，管体的横荡和垂荡的振动中心位置发生逐渐偏移。　　（5）基于波流水槽和专门设计的水下振动装置，开展了悬浮隧道物理节段模型缩尺试验，探讨了三种锚基础失效模式下悬浮隧道受地震、波浪联合作用的动力响应，得出以下结论：锚基础未失效时，在地震与波浪的联合作用下，悬浮隧道的缆力表现出明显的波动性和随机性特征；锚基础失效时，在地震与波浪联合作用下悬浮隧道锚索的缆力幅值要比未失效时大。但横荡的幅值并不是总大于未失效模式，这取决于锚基础的失效模式以及地震与波浪的联合作用。
作者：	柯威
专业：	(建筑与土木工程)工程
导师：	巫志文;苏林王
授予学位：	硕士
授予学位单位：	广西大学
学位年度：	2022