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水中悬浮隧道是一种新型的跨水域交通工具,它因具有跨越能力强和对环境影响较小等优点受到国内外学者和政府的关注。然而,迄今为止世界上还没有建成一座水中悬浮隧道,其主要原因之一就是人们对其安全性还缺乏足够的认识。本文研究的主要内容是水中悬浮隧道在地震载荷作用下的动力响应分析以及减震设计以提高其抗震能力。
本文总结了水中悬浮隧道地震响应分析的方法,建立了有限元模型,并采取一种简化的方法考虑流体的附加质量、流体的阻尼和地震载荷作用下流体对结构的影响。以意大利Messina海峡水中悬浮隧道设计方案之一为工程背景,对水中悬浮隧道的动力特性和在地震载荷作用下的动力响应进行了研究。
通过理论分析和数值计算的方法,分析了水的阻尼、结构的阻尼和水的附加质量对水中悬浮隧道在地震载荷作用下动力响应的影响,并研究其结构动力特性和地震响应随水的附加质量系数变化的变化规律。
针对水中悬浮隧道在地震载荷作用下响应的特性提出了抗震设计方案。通过施加锚索预应力的方法降低岸桥连接处在地震载荷作用下的竖向弯矩和剪力。通过改变岸桥连接方式和选择合理的支座设计参数降低水中悬浮隧道在地震载荷作用下水平方向的地震响应。通过以上两种方法可以使水中悬浮隧道在地震载荷作用下的响应得到显著的降低。
对比了固定支座连接、铰接支座连接、弹性支座连接、双线性弹性支座连接和被动隔振支座连接五种岸桥连接方式的优缺点。提出了调整结构刚度分布的减震设计原理,针对弹性支座连接、双线性弹性支座连接和被动隔振支座连接采用不同的设计方法,并研究了水中悬浮隧道的地震响应随支座参数变化的规律,为设计提供参考。研究表明,通过选择合理的支座设计参数可以有效地降低水中悬浮隧道的地震响应。
对千岛湖水中悬浮隧道原型桥的地震响应进行了研究,其相关计算结果表明,中国和意大利双方提出的原型桥方案能够满足千岛湖地区的抗震设防要求。