考虑锚索松弛状态的悬浮隧道参数振动响应分析.pdf

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1、第45卷第4期人民长江Vo1．45．NO．42014年2月YangtzeRiverFeb．，2014文章编号：1001—4179(2014)O4—0089一O5考虑锚索松弛状态的悬浮隧道参数振动响应分析苏志彬，孙胜男(聊城大学建筑工程学院，山东聊城252059)摘要：为研究在索端参数激励作用下考虑锚索松弛效应的水中悬浮隧道振动响应，建立了锚索的参数振动方程，并采用伽辽金法对其进行化简，在此基础上分析了是否考虑锚索松弛两种情况下锚索的跨中位移和轴向张力响应。计算结果表明，锚索较易出现松驰情况，其对隧道振动响应的影响不

2、可忽略，松弛出现与否与轴向激励幅值有关；考虑锚索松弛时，在整个张力时程范围内，锚索轴向张力小于零的时间非常短；是否考虑松弛对锚索的最大正向、负向位移均有影响。关键词：参数激励；锚索松弛；伽辽金法；悬浮隧道；中图法分类号：U45文献标志码：A悬浮隧道是一种跨越水域的新型结构方式，主要了数值求解。在考虑悬浮隧道锚索垂度的情况依靠锚索支撑系统维持其在水中的位置和稳定性。由下，孙胜男等还导出了锚索在轴向激励作用下的非线于具有对周围的环境影响小、全天候工作、布线方便及性振动方程，并采用伽辽金法和龙格一库塔法对典型跨越深水时较

3、好的经济性等优点，悬浮隧道为大跨水悬浮隧道锚索进行了数值求解。苏志彬建立了锚域的交通建设提供了新的交通方式¨。索的参数振动数学方程，采用Lyapunov指数法判断了锚索是悬浮隧道的主要承重构件之一，悬浮隧道锚索振动的稳定性。上作用的荷载绝大部分通过锚索传递到基础上。锚索当锚索由于参数激励产生大幅非线性振动时，锚的状态对整个结构体系的力学性能影响非常大。因索可能会出现松弛现象。然而，前述的锚索非线性参此，众多专家学者一直致力于悬浮隧道锚索的研究工数振动研究中均没有考虑锚索松弛效应。因此，为研作，研究重点主要放在锚索的

4、涡激振动和参数振动两究参数激励作用下悬浮隧道锚索松弛时的振动特性，方面，锚索的振动控制亦略有涉及。葛斐等建立了悬本文将隧道管体对锚索的作用简化为轴向简谐参数激浮隧道锚索在波流场中涡激振动的非线性数学模型，励，建立了索端参数激励作用下考虑锚索松弛状态时考虑了锚索的几何非线性对其涡激振动的影响。的非线性振动方程，并对锚索的相应振动特性进行了陈健云等利用动力学方程和Morison方程，建立了锚分析。索涡激振动方程，计算并讨论了锚索倾角、张力和长度1参数振动方程的建立的改变对其最大动剪力和最大动弯矩的影响。罗刚等将锚索运动

5、简化为弹簧一质量一阻尼系统，利用建立系统坐标系如图1所示，并有如下基本假定：四阶龙格一库塔法计算锚索振动方程，讨论了锚索质(1)由于锚索的抗弯刚度对锚索振动影响较小，量比、阻尼比、是否考虑流向运动和来流速度对锚索涡此处不予考虑。激振动的影响。孙胜男等建立了两种不同的锚索(2)设锚索跨中垂度．厂与锚索无应力状态的长度一隧道体耦合非线性参数振动数学模型，并对其进行的比值小于1／8，锚索的初始构形为抛物线，其方程收稿日期：2013—09—24基金项目：国家自然科学基金资助(51108224)；山东省自然科学基金资助项目(

6、ZR2013EEL006)作者简介：苏志彬，男，硕士，主要从事悬浮隧道锚索动力响应研究。E—mail：suzhibin@126．con通讯作者：孙胜男，女，博士，主要从事悬浮隧道动力响应研究。E—mail：sunshengnan1982@163．eom90人民长江用伽辽金法化简得：为=4厂詈(1一詈)。￡．(3)隧道管体对锚索的作用假定为索端参数激励sin_1，2，⋯，∞(5)频率，激励方程为：Z：ZCOSOJt，其中，z为激励幅值，为激励频率，t为时间。)=(卜1【⋯D·(4)忽略锚索的轴向惯性力。sinTnT'

7、z+Z[Ho+EA8fL2+1EA(n'ITLLL2EA+⋯jLTnTr)nTnqTz+蠢+EA8fL2u+1EA(n~)L“2+_-￡7rLLEAzc。s∞]sfsfEA(6)_：+：其中，R(，t)为留函数。本文取第一阶振动模态化简(5)式得加：图1锚累坐标系示意+(2o)1(++根据Hamilton原理建立锚索的振动方程：~r2EA2+EA17")。++mot+cOt一(Ho+AH)竺一u⋯~．2EA2EA32f32HJ“+一=。(7)(Ho+△)=~'iLcos0+F。(1)AHs++1,Ou,其中，。为锚

8、索的第一阶固有频率，：(詈)+，Zdz](2)；为锚索的一阶模态阻尼比；为单位长F。=÷c。pD√+Ca五(3)mLL仃度水体附加质量和锚索质量之和，：m+c。上述各式中，m为锚索无应力状态下的单位长度质量；“为锚索轴法线方向的由静力平衡位置开始的2结果分析位移；c为锚索的黏性阻尼系数；Ho为锚索的初张力；△日为锚索振动引起的附加张力；y，为锚索的浮容重；参