水下悬浮隧道缆索动力响应与腐蚀疲劳研究

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1、水下悬浮隧道缆索动力响应与腐蚀疲劳研究TheDynamicResponseandCorrosionFatigueResearchoftheTethersoftheSubmergedFloatingTunnel工程领域：船舶与海洋工程作者姓名：罗钰淇指导教师：闫宏生企业导师：苏士琦天津大学建筑工程学院2017年12月摘要随着经济的不断发展和交流的不断深入，如何快速安全地跨越江河湖海成为了人们越来越关心的问题。目前，桥梁仍然是跨越式结构的主要形式，但由于其对两岸的地形要求较高，在一些险峻的地方无法实现桥梁通行。沉管隧道是另一种跨越式结构形式，虽然它对两岸地形要求较低，

2、但由于隧道埋入海底，对水深以及海底土质的要求较高，也不具备广泛的实用性。作为一种新型的交通结构，水下悬浮隧道已经受到了许多相关人员的重视。在水下结构所受的载荷会出现没有规律、不可控制的变化，水下悬浮隧道的稳定性和安全性是目前需要亟待解决的问题。本文在对大量国内外文献进行查阅的基础上，主要针对水下悬浮隧道的锚固结构——缆索进行了参数响应、腐蚀疲劳等方面的分析，主要研究内容如下：（1）对比分析了水下悬浮隧道的不同类型和不同的缆索布置方法，并根据琼州海峡的实际海况，最终决定锚索式以及倾斜布索的方式。（2）对水下悬浮隧道缆索的振动响应进行了数值模拟分析，在控制参数激励相同

3、的情况下，当海流流速达到4m/s时缆索的振动达到最大值，发生涡激锁定；在控制流速相同的情况下，当参数激励频率为缆索固有频率的2倍时，缆索的振动响应幅值最大。（3）利用Palmgren-Miner线性累计损伤理论以及S-N曲线这两种手段针对水下悬浮隧道缆索寿命进行计算以及总结，将隧道-缆索耦合模型柔性结构动力学方程式作为利用手段，来研究并计算出缆索的应力幅值。采用多阶段的腐蚀疲劳模型，再额外加上钢丝镀锌层的腐蚀时间来对缆索的疲劳腐蚀寿命进行评估，从计算结果来看，腐蚀会在很大程度上加快疲劳的产生，使缆索的寿命降低。（4）讨论了新型材料CFRP的主要力学性能和在水下悬浮

4、隧道领域中的应用，结合缆索的振动方程对比了CFRP缆和钢缆的振动情况。发现在不考虑阻尼的情况下，钢缆无论从振动幅值还是振动频率来讲都具有更加优秀的性能，但在考虑了阻尼之后，CFRP缆的振动幅值出现明显下降，比钢缆更低，不过振动频率仍然高于钢缆。关键词：水下悬浮隧道，振动响应，腐蚀疲劳，新型材料IABSTRACTWiththecontinuousdevelopmentofeconomyandthedeepeningofcommunication,howtoquicklyandsafelycrosstherivers,lakesandseashasbecomemore

5、andmoreconcerned.Atpresent,thebridgeisstillthemainformofthespanstructure,butbecauseofitshighdemandfortheterrainonbothsidesoftheriver,thebridgecannotbeimplementedinsomesteepplaces.Immersedtubetunnelisanotherkindofspanstructure.AlthoughithaslowrequirementsonbothsidesoftheStrait,thetunne

6、lisembeddedintheseafloor,soithashighrequirementsforwaterdepthandseabedsoilquality.Anditdoesnothaveextensivepracticability.Asanewtypeoftrafficstructure,submergedfloatingtunnelhasattractedmoreandmoreexperts'attentionbecauseofitsgoodeconomyandapplicability.Duetothecomplexityanduncertaint

7、yofunderwaterenvironment,thestabilityandsafetyofsubmergedfloatingtunnelaretheproblemsthatneedtobesolvedurgently.Onthebasisofconsultingalargenumberofdomesticandforeignliteratures,theparameterresponse,corrosionfatigueandotheraspectsoftheanchoragestructure-cableareanalyzedinthispaper.The

8、mainc