曲线形水中悬浮隧道的几个重要力学问题分析

来源 :中国科学院力学研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ktaxx01
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由于水中悬浮隧道的设计和建造所涉及的科学和技术问题,至今没有水中悬浮隧道建成。十余年来学术界和工程界关注水中悬浮隧道的研究,已有的报道主要针对直线形结构。由于某些地形、地貌的限制,水中悬浮隧道要满足交通线形要求(纵向、横向),可能需要在与岸壁联系处设置曲线过渡段。本文研究了水中悬浮隧道的曲线结构的静力和动力问题。主要内容包括:   ⑴用传统结构力学的力法分析浮力作用下的两组径向定位的曲线水中悬浮隧道纵向内力,给出柔度系数的理沦公式,可供工程设计计算参考。计算结果与直线形结构相比,两者剪力差异很小,可忽略;弯矩相差很大,并且直线结构扭矩为零,曲线结构扭矩与弯矩量级相同,必须考虑。   ⑵混合法分析由于温度变化而带来的结构受力变化。数值实验表明,影响曲线形水中悬浮隧道的温度力因素复杂,如隧道刚度、定位系统的刚度、隧道圆心角和曲率半径,其中定位系统的刚度和圆心角影响较大。   ⑶采用参考直角坐标系作为分析空间曲线坐标系下的几何关系的桥梁,为分析空间曲线结构的运动方程提供一类方法。在拉格朗日体系下,运用哈密顿原理分析交通线型中常见的空间螺旋曲线结构的运动方程。微分方程组的四个自由度相互耦合,当退化到平面曲线结构时,相互垂直的两个平面上两个自由度两两耦合。   ⑷用勒让德变换将拉格朗日体系转换到哈密顿体系,在哈密顿体系下建立曲线形水中悬浮隧道的运动方程,用分离变量法求解,避免了求解拉格朗日体系下的高阶微分组,为水中悬浮隧道(包括直线形和曲线形)的动力行为研究提供一类方法。最后,分析波浪作用下平面曲线形水中悬浮隧道的动力行为。
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