海流作用下悬浮隧道缆索的运动响应.pdf

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1、第21卷第11期船舶力学Vol.21No.112017年11月JournalofShipMechanicsNov.2017文章编号：1007-7294（2017）11-1356-09海流作用下悬浮隧道缆索的运动响应闫宏生1，2，罗钰淇1，2，余建星1，2（1.天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津300072；2.高新船舶与深海开发装备协同创新中心，上海200240）摘要：考虑参数激励频率，利用涡激振动方程，应用伽辽金和龙格库塔数值积分法，计算出不同流速下参数激励对缆索1阶振动的影响；进一步计算隧道—缆索耦合作用下缆索的振动响应。计算结果表明参数激励为缆索固有频率2倍

2、时，缆索响应最大；隧道对缆索振动有明显的抑制作用。关键词：悬浮隧道；缆索；涡激振动；参数激励中图分类号：U459.5文献标识码：Adoi:10.3969/j.issn.1007-7294.2017.11.005DynamicsresponseofcablesforSFTundercurrenteffectYANHong-sheng1,2,LUOYu-qi1,2,YUJian-xing1,2(1.StateKeyLaboratoryofHydraulicEngineeringSimulationandSafety,TianjinUniversity,Tianjin300072,

3、China;2.CollaborativeInnovationCenterforAdvancedShipandDeep-seaExploration,Shanghai200240,China)Abstract：Basedontheequationsofvortex-inducedvibration,theeffectofparametricexcitationfrequencyonthefirst-orderresponseofcableatdifferentvelocityofcurrentisanalyzedbyconsideringtheparamet-ricexcit

4、ation.Intheanalysis,theGalerkinmethodandtheRunge-kuttanumericalintegrationareused.Inthefurtheranalysis,vibrationofanchorcableiscalculatedwithmodelofcoupledcable-tunnel.There-sultshowsthatwhenthefrequencyofparametricexcitationtwiceasthefirst-ordernaturalfrequencyofcable,thedisplacementrespon

5、seisthelargest.Thedisplacementofcableislimitedbysubmergedfloatingtunnelobviously.Keywords:submergedfloatingtunnel;cables;vortex-inducedvibration;parametricexcitation0引言长期以来，如何快速跨越广袤的水域一直是世人关注的焦点。在最近几十年里，一种新的跨越海峡、大江、湖泊、水道的交通结构物—水下悬浮隧道吸引了世人的目光。水下悬浮隧道的研究历史虽然短暂，但由于该种结构的新颖性与其独有的优越性和应用潜力，使得世界各国的学

6、者专家为此进行了很多有价值的工作。近年来，随着对跨越水域的交通通道型式的要求越来越严苛，为了能够更好地适应各种水域地形，对水下悬浮隧道的研究也愈加深入。本文首先对水下悬浮隧道的选型进行了对比分收稿日期：2017-05-17基金项目：高新船舶开发装备协同创新中心，水利工程仿真与安全国家重点实验室联合资助作者简介：闫宏生（1973-），男，博士，副教授；罗钰淇（1993-），男，硕士研究生；余建星（1958-），男，博士生导师，973首席科学家。第11期闫宏生等：海流作用下悬浮隧道缆索…1357析，综合比较得出了隧道的最佳选型；然后结合算例详细分析了水下悬浮隧道缆索的运动特性，为

7、制定出合理的缆索布置方式提供了可靠的理论依据。1悬浮隧道的选型分析对于横跨水域的交通通道型式，按照空间布局来看，自上而下主要包括：水上桥梁、水下悬浮隧道、海底沉管隧道以及海底深埋隧道等。然而，相比于其他的型式，水下悬浮隧道是迄今为止尚且处在理论分析阶段的前沿技术，目前世界上并没有业已建成或者批准建造的水下悬浮隧道。然而，随着全球经济的快速发展，水下悬浮隧道的技术拥有着广阔的发展前景。图1布索方式Fig.1Cablearrangement图2悬浮隧道截面Fig.2Crosssectionofsubmerg