一种悬浮隧道整体冲击响应分析方法
【专利摘要】本发明涉及一种悬浮隧道整体冲击响应分析方法。本发明方法用于计算悬浮隧道在冲击荷载下考虑非线性流体作用的整体位移和内力响应，具体步骤是：建立悬浮隧道管体简化模型；确定冲击荷载及流体作用；建立管体动力控制方程；结构整体动力响应求解。本发明可以实现在考虑流体非线性作用的情况下，悬浮隧道在任意冲击荷载作用下的整体位移和内力响应计算。
【专利说明】一种悬淳隧道整体冲击响应分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于土木工程【技术领域】，具体涉及一种悬浮隧道整体冲击响应的分析方 法。
【背景技术】
[0002] 悬浮隧道主要由管段、锚索、基础、驳岸段等组成，具有跨越能力强、施工灵活、运 营状态好，环保和经济性好等优点。被认为是21世纪最有挑战和发展潜能的新型交通结构 物。
[0003] 由于各种因素的影响，悬浮隧道管体一般应位于水面以下30米处。因此，由内部 车辆撞击、沉船及渔船拖网、潜艇甚至恐怖袭击等引起的冲击荷载将会对悬浮隧道结构的 安全构成严重的威胁。当前，在尚无针对悬浮隧道冲击动力响应系统的理论计算方法。由 于流体的非线性作用，使得计算复杂。因此，有必要建立考虑流体作用的悬浮隧道整体冲击 响应的分析方法。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种悬浮隧道整体冲击响应的分析计算方法，为悬浮隧道整 体抗冲击设计提供了理论支持。
[0005] 本发明方法通过如下步骤实现：（a)建立悬浮隧道管体简化模型；(b)确定冲击荷 载及流体作用；（c)建立管体动力控制方程；（d)结构整体动力响应求解。
[0006] 步骤（a)简化模型建立具体方法如下：
[0007] 悬浮隧道通过锚索与基础相连，在计算中锚索视为弹簧。由于悬浮隧道管体总长 远远大于锚索间距，在计算整体响应时，可简化为支承在连续地基上的两端约束的弹性地 基梁。所述的约束可为简支或固支。
[0008] 步骤（b)荷载确定的具体方法如下：
[0009] 作用在悬浮隧道管体上的荷载主要有冲击力、流体作用力等。所述的冲击力由
【权利要求】
1. 一种悬浮隧道整体冲击响应分析方法，用于计算悬浮隧道在冲击荷载下考虑非线性 流体作用的整体位移和内力响应，其特征在于该方法的具体步骤是： (a) 建立悬浮隧道管体简化模型； (b) 确定冲击荷载及流体作用； (c) 建立管体动力控制方程； (d) 结构整体动力响应求解。
2. 如权利要求1所述的一种悬浮隧道整体冲击响应分析方法，其特征在于步骤（a)简 化模型建立具体方法如下： 根据悬浮隧道特点，将锚固装置等效成沿管体纵向连续分布的弹性支撑，管体视为两 端约束的弹性地基梁；所述的约束可为简支或固支。
3. 如权利要求1所述的一种悬浮隧道整体冲击响应分析方法，其特征在于步骤（b)荷 载确定的具体方法如下： 作用在悬浮隧道管体上的荷载包括冲击力、流体作用力； 所述的冲击力由P (t) δ (X-ξ )表示，其中荷载作用形式及持续时间由P (t)确定，冲击 位置由δ (χ-ξ)确定；其中X为悬浮隧道管体纵向坐标、ξ为冲击点纵向坐标，坐标原点 为管体的端部，t为距离初始冲击的时间； 所述的流体作用力fD(x，t)包括流体阻力和附加质量力，通过Morison方程确定。
4. 如权利要求1所述的一种悬浮隧道整体冲击响应分析方法，其特征在于步骤（c)悬 浮隧道整体冲击响应动力控制方程建立的具体方法如下： 根据梁弯曲振动理论和由步骤（b)确定的荷载，建立悬浮隧道管体冲击振动的控制微 分方程如下：
(2) 其中：EI为隧道管段的弯曲刚度；c为结构的粘滞阻尼系数;m为单位长度管体质量，k 为弹性地基支撑刚度，y为悬浮隧道管体横向位移。
5. 如权利要求1所述的一种悬浮隧道整体冲击响应分析方法，其特征在于步骤（d)悬 浮隧道整体冲击响应求解的具体方法如下： 采用振型叠加法求解步骤（c)的控制方程，利用振型的正交性，将控制方程简化得到 以广义振型坐标为变量的二阶常系数微分方程组，采用数值方法求解。
【文档编号】G06F19/00GK104063597SQ201410277153
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月19日 优先权日:2014年6月19日
【发明者】项贻强, 杨赢 申请人:浙江大学