一種懸浮隧道整體衝擊響應分析方法
2023-06-01 15:43:11 1
一種懸浮隧道整體衝擊響應分析方法
【專利摘要】本發明涉及一種懸浮隧道整體衝擊響應分析方法。本發明方法用於計算懸浮隧道在衝擊荷載下考慮非線性流體作用的整體位移和內力響應，具體步驟是：建立懸浮隧道管體簡化模型；確定衝擊荷載及流體作用；建立管體動力控制方程；結構整體動力響應求解。本發明可以實現在考慮流體非線性作用的情況下，懸浮隧道在任意衝擊荷載作用下的整體位移和內力響應計算。
【專利說明】一種懸淳隧道整體衝擊響應分析方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於土木工程【技術領域】，具體涉及一種懸浮隧道整體衝擊響應的分析方 法。
【背景技術】
[0002] 懸浮隧道主要由管段、錨索、基礎、駁岸段等組成，具有跨越能力強、施工靈活、運 營狀態好，環保和經濟性好等優點。被認為是21世紀最有挑戰和發展潛能的新型交通結構 物。
[0003] 由於各種因素的影響，懸浮隧道管體一般應位於水面以下30米處。因此，由內部 車輛撞擊、沉船及漁船拖網、潛艇甚至恐怖襲擊等引起的衝擊荷載將會對懸浮隧道結構的 安全構成嚴重的威脅。當前，在尚無針對懸浮隧道衝擊動力響應系統的理論計算方法。由 於流體的非線性作用，使得計算複雜。因此，有必要建立考慮流體作用的懸浮隧道整體衝擊 響應的分析方法。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種懸浮隧道整體衝擊響應的分析計算方法，為懸浮隧道整 體抗衝擊設計提供了理論支持。
[0005] 本發明方法通過如下步驟實現：（a)建立懸浮隧道管體簡化模型；(b)確定衝擊荷 載及流體作用；（c)建立管體動力控制方程；（d)結構整體動力響應求解。
[0006] 步驟（a)簡化模型建立具體方法如下：
[0007] 懸浮隧道通過錨索與基礎相連，在計算中錨索視為彈簧。由於懸浮隧道管體總長 遠遠大於錨索間距，在計算整體響應時，可簡化為支承在連續地基上的兩端約束的彈性地 基梁。所述的約束可為簡支或固支。
[0008] 步驟（b)荷載確定的具體方法如下：
[0009] 作用在懸浮隧道管體上的荷載主要有衝擊力、流體作用力等。所述的衝擊力由
【權利要求】
1. 一種懸浮隧道整體衝擊響應分析方法，用於計算懸浮隧道在衝擊荷載下考慮非線性 流體作用的整體位移和內力響應，其特徵在於該方法的具體步驟是： (a) 建立懸浮隧道管體簡化模型； (b) 確定衝擊荷載及流體作用； (c) 建立管體動力控制方程； (d) 結構整體動力響應求解。
2. 如權利要求1所述的一種懸浮隧道整體衝擊響應分析方法，其特徵在於步驟（a)簡 化模型建立具體方法如下： 根據懸浮隧道特點，將錨固裝置等效成沿管體縱向連續分布的彈性支撐，管體視為兩 端約束的彈性地基梁；所述的約束可為簡支或固支。
3. 如權利要求1所述的一種懸浮隧道整體衝擊響應分析方法，其特徵在於步驟（b)荷 載確定的具體方法如下： 作用在懸浮隧道管體上的荷載包括衝擊力、流體作用力； 所述的衝擊力由P (t) δ (X-ξ )表示，其中荷載作用形式及持續時間由P (t)確定，衝擊 位置由δ (χ-ξ)確定；其中X為懸浮隧道管體縱向坐標、ξ為衝擊點縱向坐標，坐標原點 為管體的端部，t為距離初始衝擊的時間； 所述的流體作用力fD(x，t)包括流體阻力和附加質量力，通過Morison方程確定。
4. 如權利要求1所述的一種懸浮隧道整體衝擊響應分析方法，其特徵在於步驟（c)懸 浮隧道整體衝擊響應動力控制方程建立的具體方法如下： 根據梁彎曲振動理論和由步驟（b)確定的荷載，建立懸浮隧道管體衝擊振動的控制微 分方程如下：
(2) 其中：EI為隧道管段的彎曲剛度；c為結構的粘滯阻尼係數;m為單位長度管體質量，k 為彈性地基支撐剛度，y為懸浮隧道管體橫向位移。
5. 如權利要求1所述的一種懸浮隧道整體衝擊響應分析方法，其特徵在於步驟（d)懸 浮隧道整體衝擊響應求解的具體方法如下： 採用振型疊加法求解步驟（c)的控制方程，利用振型的正交性，將控制方程簡化得到 以廣義振型坐標為變量的二階常係數微分方程組，採用數值方法求解。
【文檔編號】G06F19/00GK104063597SQ201410277153
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月19日 優先權日:2014年6月19日
【發明者】項貽強, 楊贏 申請人:浙江大學