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原文传递不同锚泊方式悬浮隧道在锚索失效下的动力响应研究

论文题名：	不同锚泊方式悬浮隧道在锚索失效下的动力响应研究
关键词：	悬浮隧道;锚索失效;锚泊方式;动力响应;SFT连续破坏
摘要：	悬浮隧道（SubmergedFloatingTunnel,简称SFT），是一种跨越长深水域的创新性交通结构物，主要由隧道管体、锚固系统以及两岸的驳岸段组成。相比于传统的跨海桥梁和隧道，SFT具有建设成本低、不影响通航、受地形影响小等优势。但目前还没有实际工程的应用，如何最大限度地保证SFT的安全性和可靠性，是制约SFT能够成为现实的最大挑战。锚索作为SFT锚泊系统的关键构件，承担着将SFT绝大部分荷载传递到基础的作用。由于SFT长期处于外部海洋环境中，锚索容易出现腐蚀、疲劳和磨损等现象，导致其截面损失和承载能力降低，从而极易引起锚索破断，即锚索失效。锚索失效事件的发生，势必会引起SFT巨大的运动响应变化和剩余锚索内力的重新分布，甚至可能导致整个结构发生连续破坏。因此，本文采用物理模型试验和数值仿真模拟方法，建立了三种不同锚泊方式SFT在锚索失效下的动力响应特性分析模型，分析了锚索失效下SFT管体的运动响应和剩余锚索的张力变化规律，探究了波浪周期、波高、浮重比及锚索失效方式等对SFT动力响应特性及SFT连续破坏现象的影响，为今后SFT实际工程设计和施工提供科学的参考和依据。得出的结论如下：　　（1）利用物理模型试验方法，建立了三种不同锚泊方式的节段SFT试验模型，分析了不同波浪载荷作用下节段SFT的动力响应特性。结果表明：对于运动响应，横荡方向运动总是大于垂荡方向，特别是锚泊方式1，其横荡响应是垂荡响应的10倍左右。这表明在波浪荷载激励下，SFT在横荡方向上的运动顺应性比较强烈。对于锚索张力，迎流面的张力略高于背流面的张力，这是因为在波浪作用下的SFT始终保持向背流面运动的趋势。　　（2）在节段SFT试验模型的基础上，提出了一个特别设计的锚索破断触发监测装置，分析了波流载荷作用下不同锚泊方式SFT在锚索失效后的动力响应，探究了波浪周期、浮重比以及锚索失效方式对SFT的动力响应及SFT连续破坏现象的影响。结果发现：随着SFT浮重比的增加，三种不同锚泊方式在锚索失效下的动力特性基本呈现出一定的规律性。而随着波浪周期的变化，曲线表现出明显的波动性和不规律性。SFT的运动响应和锚索张力对波浪周期的敏感性不同，SFT在锚索失效前和锚索失效后的运动响应均对波浪周期有更高的敏感度，且在接近其固有周期时容易产生更大的响应。　　（3）利用ANSYS-AQWA有限元软件，建立了与节段SFT试验模型对应的三种不同锚泊方式SFT数值模型。通过对比试验数据和数值模拟的结果，验证了数值模拟方法的有效性和准确性。　　（4）利用ANSYS-AQWA有限元软件，建立了三种不同锚泊方式全尺度SFT在锚索失效下的数值模型，分析并讨论了全尺度SFT在多根锚索失效下的动力响应特性及SFT鲁棒性。结果表明：随着载荷环境更加恶劣，锚泊方式1在锚索失效下的运动轨迹逐渐变得发散且不稳定，直至运动急剧上升随后发生连续破坏。而锚泊方式2和3有更强的抵抗连续破坏能力，在相同恶劣环境下，其运动轨迹变得很大且不规则，但仍能保持稳定状态。　　（5）从SFT鲁棒性评价指标R和?的结果来看，这两个评价指标对SFT抗连续破坏设计有非常重要的指导意义。不仅反映了不同极端海况下三种锚泊方式SFT鲁棒性的差异，还可以大致判断该结构的鲁棒性强度范围，为今后如何提高SFT鲁棒性研究提供了科学的研究思路和理论依据。
作者：	牟礼旺
专业：	(建筑与土木工程)工程
导师：	巫志文;汤冬云
授予学位：	硕士
授予学位单位：	广西大学
学位年度：	2022