水下悬浮隧道锚索涡激动力响应分析.pdfVIP

第42卷 第 1期 人 民 长 江 Vo1．42．No．1 2011年 1月 Yangtze River Jan．， 2011 文章编 号 ：1001—4179(2011)O1—0072一O4 水下悬浮隧道锚索涡激动力响应分析 苏 志 彬 ，孙 胜 男 ，刘 金 云 (1．聊城大学 建筑工程学院，山东 聊城 252059； 2．黑龙江八一农垦大学 工程学院，黑龙江 大庆 163319) 摘要：为研究涡激振动和参数振动共同作用下水下悬浮隧道锚索的振动响应，考虑锚索的几何非线性，将管体 对锚索的作用简化为轴向激励 ，建立 了悬浮隧道锚索非线性涡激振动方程 ，并用伽辽金法和龙格 一库塔法对 悬浮隧道锚索进行数值求解 ，分析 了锚索产生涡激谐振 、参数共振 时跨 中位移 响应和轴 向力的改变幅度 ，以及 锚索倾斜角度对其振动特性的影响。研究结果表 明，锚索产生涡激谐振和参数共振时跨 中位移和轴向力大幅 增大 ；垂度效应使得锚索的跨 中位移关于平衡位置呈现 出不对称性；随着锚索倾角的增大，锚索跨 中位移偏移 值、一阶固有频率、一阶频率锁定流速都逐渐减小。 关 键 词 ：海洋工程 ；悬浮隧道 ；动力响应 ；涡激振动 ；参数振动 ；锚索 ；垂度 中图法分类号 ：U459．5 文献标志码 ：A 水下悬浮隧道 (亦称作 “阿基米德桥”)是一种跨 了研究 ，得出张力腿的位移响应 、动弯矩、动剪力与参 越水域的新型结构形式。自从水下悬浮隧道的概念问 数激励频率的关系 。本文选取如图1所示的锚索式 世以来 ，这种跨越水域的创新方案得到 了国内外专家 悬浮隧道为研究对象 ，探讨流作用下悬浮隧道锚索的 的广泛关注 叫 。中国于 1999年加入水下悬浮隧道 动力响应 问题 ，建立 了考虑悬浮隧道锚索垂度效应的 研究行列。2000年 6月 中国和意大利政府签署 了科 非线性振动模型，使其更符合实际情况 ，并在此条件下 技合作协议 ，就金塘海峡建造水下悬浮隧道进行 了可 探讨 了流场中锚索的涡激振动问题。 行性分析。此后 ，双方开始共同致力于世界首条水下 悬浮隧道的建设。 水下悬浮隧道锚索阻尼小 、质量轻、柔度大 ，是一 种极易发生振动的构件 。经常性的振动一方面容易引 起锚索的疲劳破坏 ；另一方面也容易产生疲劳裂纹 ，破 坏锚索的防腐系统 ，严重的还会导致锚索丧失承载力。 作为悬浮隧道的关键构件 ，锚索处于复杂 的海洋波流 环境 中，其稳定性会直接影响到整条悬浮隧道的稳定 性 ，因此锚索的动力响应 问题值得关注。葛斐等建立 了悬浮隧道锚索在波流场中顺流向涡激振动的数学模 型，考虑了波浪作用下悬浮隧道的运动引起的强迫激 图 1 锚索式悬浮隧道 励和参数激励对锚索顺流 向涡激振动的影响 ；李剑 1 运动方程的建立 对悬浮隧道锚索的涡激锁定流速进行 了研究 ；麦继 婷等对流作用下悬浮隧道张力腿的横向涡激振动进行 建立图2所示坐标系，基本假定如下：① 流为均 收稿 日期 ：2010—04—28 基金项 目：山东省优秀 中青年科学家科研奖励基金 (BS2010HZ005) 作者简介 ：苏志彬 ，男，助教，硕士，主要从事悬浮隧道锚索振动特性研究。E—mail：suzhibin@126．conl 通讯作者：孙胜男，女，讲师，博士，主要从事悬浮隧道动力响应研究。E—mail：sunshengnanl982@163．con 第 1期 苏志彬 ，等 ：水下悬浮隧道锚索涡激动力响应分析 73 匀流，流的方 向与 Y轴平行 ； 阻尼力之和 ¨ ：