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四川建筑 第卷期 1浅谈3dsM AXSCr i pt 在悬浮隧道中的应用杜 凤,王伟峰(西南交通大学土木工程学院,四川成都610031) 【摘 要】 悬浮隧道是一种跨越河口、峡湾和海峡等的结构物,通过水的浮力和锚固力的平衡作用,使其悬浮在水中恰当位置,这种新型的隧道因其施工环境在海底、水下,这就决定了设计和施工人员不方便随时观察现场的施工情况和隧道的发展情况,因此利用3ds MAXSCri p t 脚本语言编程得到的动画管理器以及悬浮隧道底下空间动态演示系统便可以更好地指导设计和施工,再加上目前全球范围内还没有建成一座悬浮隧道,这无疑能更好的把现场的信息反馈给设计和施工人员,达到信息化设计和施工。
【关键词】 3dsMAXSC ri pt; 悬浮隧道; 动画管理器 【中图分类号】 TP391141 【文献标识码】 B 水下悬浮隧道(Sub m ergea Fl oating Funnel,简称SFT ),在意大利又被称作“阿基米德桥”,是一种用于跨越海峡、海湾、湖泊及其他水道的新型交通结构。
水下悬浮隧道是悬浮于水面以下一定深度的管状结构,该结构的空间很大,能够满足公路和铁路的交通运输要求。
1 悬浮隧道的特点 悬浮隧道通过水的浮力和锚固力的平衡作用,使其悬浮在水中恰当位置,因此它要承受复杂的荷载组合。
悬浮隧道在实际使用中的荷载包括:(1)永久荷载主要有自重、静水压力;(2)功能荷载包括交通荷载、建造过程中的变化荷载、压舱荷载;(3)环境荷载有水荷载、波浪荷载、地震及海底生物生长变化引起的荷载增加等;(4)灾害荷载,如船只碰撞、爆炸、洪水、塌方和渗水等灾难引起的荷载。
由于作用在水下悬浮隧道上的水流力、波浪力较汽车荷载要大很多,因此一般计算中只考虑永久荷载及水流力、波浪力。
在这些环境荷载的作用下,悬浮隧道的动力响应就会非常复杂,结构会表现出6个自由度,即沿3个主轴方向的振荡移动(即横荡、纵荡和垂荡)和绕这3个主轴的转动(即横摇、纵摇及垂摇)。
海底悬空管道的动力响应问题研究方法卢召红;高珊珊;刘迎春;闫亮【摘要】在归纳了国内外学者对海底悬空管道动力响应研究成果的基础上,总结出了关于求解波浪荷载的方法、悬空管道模态分析方法及影响动力效应的主要因素,为海底悬空管道的进一步研究分析和设计施工奠定了基础.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2017(043)018【总页数】4页(P12-15)【关键词】波浪荷载;模态分析;动力响应;悬空管道【作者】卢召红;高珊珊;刘迎春;闫亮【作者单位】东北石油大学土木建筑工程学院,黑龙江大庆 163318;东北石油大学土木建筑工程学院,黑龙江大庆 163318;东北石油大学土木建筑工程学院,黑龙江大庆 163318;东北石油大学土木建筑工程学院,黑龙江大庆 163318【正文语种】中文【中图分类】TU311目前，随着海上油气开采量的逐年剧增，海底管道已成为海上油气输送的主要方式之一[1]。
然而，海底管道因波浪冲刷、残余应力等原因形成悬空节段。
悬空节段长期受波浪荷载、潮流冲刷、地震力等往复作用，易形成涡激振动，增加管道的失稳破坏风险[2]。
一旦海底管道发生泄漏将严重的污染海洋环境,且很难立即完成管道修复恢复正常运营。
因此研究悬空管道的动力特性，分析影响动力响应因素，避免悬空管道失稳破坏显得尤为重要。
此文在归纳总结国内外学者对海底悬空管道动力响应研究成果的基础上，整理出波浪荷载的计算、模态分析、动力响应等方面的研究现状及发展趋势，提出了关于海底悬空管道动力响应的未来发展趋势，为进一步研究提供基础。
海底悬空管道主要承受波流荷载的作用，该作用对管道的影响较大[3]。
波流力经常成为海中结构物的主要控制荷载[4]，是决定设计方案和控制工程造价的重要因素之一。
海流流经悬空管跨时，对悬跨节段易产生涡激动力效应，动力效应是决定海底管道的使用周期和引起管道失稳的主要因素[5]。
因此波流力对管道的安全及疲劳破坏起着重要作用。
波浪作用下悬浮结构水动力特性分析金瑞佳;刘宇;耿宝磊;张华庆【摘要】悬浮隧道作为一种新型的水上概念交通形式,自该概念提出以来,受到世界各国学者的广泛关注.为了有较好的水动力特性,通常做成类圆管形状.文章基于势流理论,采用高阶边界元方法建立数学模型,分析了悬浮隧道在不同环境参数下的水动力特性,对圆形、椭圆形和双圆截面结构所受波浪激振力、附加质量和辐射阻尼进行了分析比较,研究了结构物不同淹没深度、不同截面形状以及结构不同特征参数对其水动力特性的影响.研究结果表明:当淹没水深增加,圆截面受到的波浪激振力和辐射阻尼都会随之减小,而附加质量的变化较小;对于椭圆和双圆截面的比较,水平方向椭圆截面所受波浪激振力和附加质量都比双圆截面小,而在垂直方向的波浪激振力和附加质量则较大,且椭圆截面所受的辐射阻尼比双圆截面在水平和垂直方向上均较大;对于双圆截面,结构物受到的水平方向上的波浪激振力和辐射阻尼随着中心距的增大而增大,在垂直方向则体现出相反的趋势,附加质量在两个方向上都均随着中心距的增大而减小.本研究计算结果可为悬浮隧道相关工程的截面选择提供参考.【期刊名称】《水道港口》【年(卷),期】2019(040)003【总页数】10页(P249-258)【关键词】悬浮隧道;势流理论;边界元法;波浪力;附加质量;辐射阻尼【作者】金瑞佳;刘宇;耿宝磊;张华庆【作者单位】交通运输部天津水运工程科学研究所港口水工建筑技术国家工程实验室工程泥沙交通行业重点实验室,天津300456;中国海洋大学工程学院,青岛266100;交通运输部天津水运工程科学研究所港口水工建筑技术国家工程实验室工程泥沙交通行业重点实验室,天津300456;太原理工大学水利科学与工程学院,太原030024;交通运输部天津水运工程科学研究所港口水工建筑技术国家工程实验室工程泥沙交通行业重点实验室,天津300456;交通运输部天津水运工程科学研究所港口水工建筑技术国家工程实验室工程泥沙交通行业重点实验室,天津300456【正文语种】中文【中图分类】TV143;U172水下悬浮隧道(Submerged Floating Tunnel)又名“阿基米德桥”，是一种悬浮在水面下方30 m左右的通道，该结构的空间很大，足以满足道路和铁道等交通方式的要求，悬浮隧道这一概念一经提出，其作为一种跨越河流、湖泊、海洋的新型交通方式便受到全世界范围内研究学者的广泛关注，尤其在挪威、意大利、美国、瑞士、日本等国[1-5]。
隧道结构的地震响应分析与抗震设计地震是一种自然灾害，其对隧道结构的影响可能导致灾害性破坏。
因此，在隧道设计中，进行地震响应分析和抗震设计是非常重要的环节。
本文将从地震响应分析和抗震设计两个方面进行探讨。
地震响应分析地震响应分析是通过建立模型，模拟地震作用下隧道结构的响应，从而评估其受力和变形情况。
地震响应分析可分为静力分析和动力分析两种方法。
静力分析是指在地震作用下，假定地震为静力作用，即当地震波通过隧道区域时，结构处于静态平衡状态。
通过对地震波的荷载进行计算，可以确定隧道结构在地震作用下的受力情况。
动力分析是指在地震作用下，考虑结构的动态特性和地震波的动态响应。
动力分析通常分为模态分析和时程分析两种方法。
模态分析通过计算结构的固有频率和振型，得到结构的模态响应，进而评估结构的地震响应。
时程分析则考虑地震波的时程特性，通过求解结构的运动方程，得到结构在时间上的响应。
这两种方法在不同的情况下可互相补充使用，以提高地震响应分析的准确性。
抗震设计抗震设计是指在地震响应分析的基础上，根据结构的受力和变形情况，设计合适的结构措施来提高隧道结构的抗震能力。
首先，合理的结构布置是抗震设计的基础。
隧道结构应采取合理的线形和断面形式，以提高结构的整体稳定性。
另外，隧道结构的承载能力应能适应地震荷载的作用。
其次，对于刚性结构，应采用合适的支撑措施来提高结构的刚度。
例如，可以在隧道内设置横向支撑墙或拉杆等。
对于柔性结构，应采用适当的偏心支撑措施，以提高结构的耗能能力。
此外，隧道结构的材料选择和施工工艺也对抗震能力有着重要影响。
应选用具有较好抗震性能的材料，如高强度混凝土和钢材。
在施工过程中，应严格按照设计要求进行施工，确保结构的质量。
最后，结构的监测和维修也是抗震设计的重要环节。
通过定期监测结构的变形和破坏情况，及时采取维修措施，提高结构的抗震能力和使用寿命。
总结综上所述，地震响应分析和抗震设计对隧道结构的安全性和稳定性具有重要意义。
2.3 浮体在波浪中的运动响应2.3.1 浮体动力学方程单自由度刚体自由振动时其动力学方程为:(M+∆M)X+BX+KX=0(2-48)式中：M为刚体对应自由度的质量或惯性质量；∆M为刚体对应自由度的附加质量或附加质量惯性质量；B为阻尼；K为刚体对应自由度的恢复刚度。
式（2-48）每一项都除以(M+∆M)，则式子变为：X+2ζλX+λ2X= 0（2-49）式中：ζ=B/[2(M+∆M)λ]为无量纲阻尼比；λ=√KM+∆M为刚体对应自由度的运动固有周期。
当浮体受到简谐载荷作用时，其运动方程为：X+2ζλX+λ2X=F0M+∆Msinωt （2-50）浮体运动稳态解为：X(t)=Asin(ωt−β)（2-51）其中：A=0K√(1−γ2)+(2ζλ)2为运动幅值；γ=ωλ为简谐载荷频率与结构固有频率的比；β=arctan2ζλ1−γ2为运动滞后于简谐载荷的相位。
运动幅值与静位移的比称为动力放大系数DAF（图2.9），即：DAF=AF0/K =√(1−γ2)2+(2ζλ)2（2-52）图2.9 动力放大系数与无量纲阻尼及频率比的关系无量纲阻尼比ζ=0时，DAF=，当激励频率与固有频率接近时，√(1−γ2)2DAF趋近于∞；；当无量纲阻尼比ζ≠0时，DAF极值为DAF max=2ζ√1−ζ2当无量纲阻尼比ζ较小时，DAF极值近似为DAF max≈1。
2ζ由此可以看出，系统阻尼越大，动力放大系数DAF越小，阻尼的存在对于抑制共振幅值起着关键作用。
对于相位：当阻尼比较小，且频率比γ远小于1时，相位角β趋近于0；当频率比γ远大于1时，相位角β趋近于π；当频率比γ=1时，无论阻尼比为何值，响应相位β=π/2。
如图2.10所示为相位角与无量纲阻尼比及频率比的关系。
图2.10 相位角与无量纲阻尼比及频率比的关系在多种环境载荷作用下，浮体动力方程可以表达为：[M+∆M]X+[B rad+B vis]X+[K stillwater+K mooring]X=F1+F2Low+F2Higℎ+F wind+F current+F otℎers（2-53）其中：M为浮体质量矩阵；∆M 为浮体附加质量矩阵；B rad 为辐射阻尼矩阵；B vis 为黏性阻尼矩阵；K stillwater 为静水刚度；K mooring 为系泊系统刚度；F 1为一阶波频载荷；F 2Low 为二阶低频载荷；F 2Higℎ为二阶高频载荷；F wind 为风载荷；F current 为流载荷；F otℎers 为其他载荷。
海洋桥梁波流力作用与基础冲刷问题及对策研究李永乐;向琪芪;房忱;裘放;唐浩俊;胡勇;夏云峰;魏凯;吴联活;杨绍林【摘要】随着海洋桥梁不断向深海延伸,桥梁基础波流力作用与基础冲刷问题已成为威胁桥梁安全的主要因素.为了确保海洋桥梁设计的合理性以及建设运营的安全性,本文系统地梳理了海洋桥梁在波流力作用与基础冲刷方面所面临的主要问题,进而有针对性地提出了海洋桥梁需要在高精度预测方法、环境预报和预警系统、环境多因素耦合作用、冲刷数值模拟技术、波浪力计算方法等方向发展.研究表明,波流力作用与基础冲刷研究是海洋桥梁安全的重要保障,研究从宏观管理、行业应用、学术技术三个层面对当前问题提出了对策.【期刊名称】《中国工程科学》【年(卷),期】2019(021)003【总页数】7页(P18-24)【关键词】海洋桥梁;波流力;基础冲刷【作者】李永乐;向琪芪;房忱;裘放;唐浩俊;胡勇;夏云峰;魏凯;吴联活;杨绍林【作者单位】西南交通大学桥梁工程系,成都 610031;西南交通大学桥梁工程系,成都 610031;西南交通大学桥梁工程系,成都 610031;西南交通大学桥梁工程系,成都610031;西南交通大学桥梁工程系,成都 610031;中铁大桥勘测设计院集团有限公司,武汉 430056;南京水利科学研究院,南京 210029;西南交通大学桥梁工程系,成都610031;西南交通大学桥梁工程系,成都 610031;西南交通大学桥梁工程系,成都610031【正文语种】中文【中图分类】U443.22;U443.15一、前言随着“一带一路”倡议和“海洋强国”战略的提出，海洋桥梁的建设迎来了一个发展的高峰期，越来越多的桥梁建设在我国沿海的重要航道上。
随着海洋桥梁不断向深海延伸，桥梁下部结构所遭受的波流荷载也愈加显著，波流力已成为海洋桥梁的控制性荷载[1]，许多在建或已建成的海洋桥梁，如港珠澳大桥[2]、平潭海峡大桥[3]、东海大桥[4]、乐清湾大桥[5]等都对其桥梁下部结构的波浪力进行了专题研究。
