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悬浮隧道竖向平面分析理论研究与结构设计分析
| 论文题名： | 悬浮隧道竖向平面分析理论研究与结构设计分析 |
| 关键词： | 悬浮隧道;弹性边界;离散弹性支撑;有限元法;动力响应 |
| 摘要： | 悬浮隧道（SubmergedFloatingTunnel，简称“SFT”）将是一种新型水下交通结构物，其所处的环境条件与如今的桥梁、隧道等交通结构均不相同。对悬浮隧道的研究需要建立准确的分析模型，然而目前的理论研究大多基于弹性地基梁模型或只对单跨结构进行分析。本文在已有研究的基础上进一步完善了平面理论分析模型，逐步建立了任意边界的悬浮隧道多节段离散弹性支撑力学模型，并对其在不同荷载作用下的振动响应进行了理论和有限元分析，以东吾洋海域为选址设计了悬浮隧道的初步方案并进行了结构分析。主要的研究成果如下： （1）根据锚索式悬浮隧道的弹性假定条件，基于Euler-Bernoulli梁理论，建立了悬浮隧道多节段离散弹性支撑力学模型，该模型可以适用于悬浮隧道任意的弹性边界约束、任意的锚索弹性支撑刚度以及任意的弹性接头转动刚度。采用传递矩阵法求解了分析模型的振型函数，根据振型叠加法编写MATLAB计算程序，以移动荷载为例研究了悬浮隧道的动力响应，并对边界条件、锚索刚度、接头刚度等参数对结构响应的影响进行了讨论。 （2）对比分析了连续弹性地基梁（BOEF）模型和离散弹性支撑梁（BOES）模型的动力特性和在移动荷载作用下的振动响应，并分别研究了两端简支、两端固支和两端弹性支撑三种不同边界条件下两种模型的差异性。分析结果表明即使当两种模型的一阶频率差异较小（1.84%）时，其位移和弯矩仍会表现出明显的差异。 （3）基于ABAQUS通用有限元程序建立了有限元数值模型，通过自编*DLOAD子程序和AQUA模块分别模拟车辆荷载和悬浮隧道的海洋环境，分析了结构的动力响应并与理论分析结果进行对比，进而验证多节段离散弹性支撑梁模型的准确性。分析了悬浮隧道在波浪流以及车辆共同作用下的结构响应以及边界条件对波流荷载效应的影响。 （4）依据东吾洋海域的相关水文地质资料和现有悬浮隧道研究内容，提出了该海域悬浮隧道的初步设计方案，包括整体布置设计、管体截面设计、锚索布置设计、接头及驳岸段设计等。总结了东吾洋海域的环境设计荷载，并分析了悬浮隧道在恒载（自重+浮力）、环境荷载、交通荷载以及最不利荷载组合下的结构内力和变形情况。并根据分析结果对初步设计方案进行了优化，提高了结构的安全冗余度。 |
| 作者： | 高超奇 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 项贻强 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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