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定常流作用下拉索式悬浮隧道单节管段的振动初探
| 论文题名： | 定常流作用下拉索式悬浮隧道单节管段的振动初探 |
| 关键词： | 定常流作用;悬浮隧道;单节管段;动力响应;振动数学模型 |
| 摘要： | 悬浮隧道与传统的穿越江河海湾的交通构筑物相比，具有较大的综合优势。拉索式悬浮隧道形式灵活，应用前景必然相当广阔，因此有必要对其作深入的研究。 本文对定常流作用下的圆柱形拉索式悬浮隧道单节管段的动力响应问题进行了一些初步的理论研究，得出一些初步的理论成果。 首先，根据圆柱形拉索式悬浮隧道在定常流作用下的受力特性，建立了一个悬浮隧道体系的力学模型。该模型假定如下：悬浮隧道单节管段简化为实心刚体，在刚体上加线弹性弹簧和阻尼器以模拟其它管段对其的约束作用，刚体固有频率等于把悬浮隧道简化为弹性简支梁时的固有频率；拉索关于隧道管段轴线所在竖直平面对称，每节管段对应四根，简化为张紧弦；来流垂直于管段轴线且水平；振动关于索平面对称。 其次，结合Morison公式的修正形式及牛顿力学定律，推导出上述力学模型对应的微分动力方程组，即悬浮隧道单节管段在定常流作用下振动的数学模型。然后将所建立的微分动力方程组先化简，再根据数值分析理论确定其求解算法。求解过程由笔者自行开发的小型数值计算器“Circular 4Cables_SFT Calculator”执行。 最后，本文参考铁路单线隧道，设置相应参数，并将定常流流速v、拉索与来流夹角θk作为离散自变量，进行了145次计算，响应时长均为3000s。对计算结果进行分析后得知当θk∈(30°，70°)且V∈[0.0015m/s，0.45m/s]时有如下主要结论：随θk增大，管段位移减小且其横向分量减小而顺流向分量增大，拉索末端张力减小，拉索位移先减小后增大且拉索振动时基本保持下垂状态；随V增大，管段位移增大且其横向分量减小而顺流向分量增大，迎流侧拉索末端张力增大而背流侧拉索末端张力减小，拉索的位移增大且拉索振动时基本保持下垂状态；当V小于某一值时，拉索之间会发生内共振，当θk取值适当时，拉索与管段之间会发生1:1内共振，拉索之间的共振所带来的影响远没有拉索与管段之间的共振所带来的影响大。 |
| 作者： | 胡鸿运 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 周晓军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2008 |
| 正文语种： | 中文 |
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