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地震和波流联合作用下悬浮隧道动力响应研究
| 论文题名： | 地震和波流联合作用下悬浮隧道动力响应研究 |
| 关键词： | 悬浮隧道;动力响应;缩尺模型试验;数值模拟;地震;波流 |
| 摘要： | 悬浮隧道（Submergedfloatingtunnel，简称SFT）作为创新型交通结构物，相较于传统的桥梁和隧道，具有巨大的优势，例如受到地形的影响比较小、在施工期间并不影响正常通航、更低的单位成本等。但是由于悬浮隧道一直处在海洋环境中，它所面临的环境荷载也更加复杂，比如：波浪荷载、海流荷载以及海冰荷载。对于建立在部分特殊海域的悬浮隧道，例如渤海湾和东海，悬浮隧道的规划和设计还应该考虑地震荷载；地震荷载和波流荷载的非线性联合作用，也使得SFT的动力响应更加复杂。目前尚未有系统地考虑地震和波流联合作用下悬浮隧道动力响应的研究。因此，为了确保悬浮隧道在服务期间的安全性和可靠性，本文通过缩尺模型试验和全尺度数值模拟的方法，探究了荷载的关键参数，如地震的PGA、地震类型、波高以及地震和波流的不同联合形式对地震和波流联合作用下SFT动力响应的影响，对悬浮隧道设计的危害防治具有重大的理论和工程意义。主要研究成果如下所示： (1)以喷火湾悬浮隧道设计方案为原型，设计了悬浮隧道节段缩尺试验模型；提出了一种水下地震发生装置来模拟海洋地震荷载，并通过所制定的三个规则确保了该装置所输出海洋地震的可靠性；基于数值模拟与模型试验的结果建立了SFT边界约束的数值仿真方法，以获取模型试验边界约束的参数值，并验证了该边界约束的可靠性；结合节段缩尺模型，水下地震发生装置以及边界约束装置，开展了考虑边界约束的地震和波流联合作用下SFT动力响应的缩尺模型试验研究。 (2)通过缩尺模型试验，分析了不同地震PGA、地震类型、波流荷载参数以及地震和波流荷载的不同联合形式对SFT动力响应的影响。试验结果表明：地震对SFT动力响应的影响主要还是体现在管体的加速度和锚索缆力，并且，地震PGA越大，管体的加速度和锚索缆力越大；而波流荷载对SFT的影响主要还是体现在对锚索的缆力以及管体转角上，同时，还应该考虑流对SFT管体的冲击作用。地震和波浪荷载的联合作用下SFT的动力响应具有较大的随机性和波动性，并不是二者的单纯叠加，这可能与地震、波和流之间的复杂作用有关。 (3)采用有限元模拟软件ABAQUS，并通过调用AQUA子程序，以摩西拿海峡悬浮隧道为原型，建立了全尺度地震和波流联合作用下SFT动力响应数值分析模型，并探究了不同荷载参数对SFT动力响应的影响。最终结果同样表明：单独地震作用下SFT动力响应与地震PGA以及种类有关，并且PGA越大，动力响应越大。地震和波流之间的联合作用则体现出较大的非线性，波流参数的改变对SFT动力响应的影响不算明显，但是可能存在地震和波流联合作用和管体发生共振的情况，这是需要避免的。 |
| 作者： | 王鼎鑫 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 巫志文 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 广西大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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