水下悬浮隧道是一种新型的跨海交通构筑物,相比桥梁和海底隧道等传统跨海通道,具有不影响通航、受天气影响小、受水深条件限制小和通道长度短等优势。近年来,随着我国跨海通道工程的建设向深大海峡水域发展,悬浮隧道在海洋工程界引起的关注也越来越多。波浪作用下水下悬浮隧道的动力响应,也成为海岸工程领域亟待解决的重要问题。本文应用ANSYS商业软件建立了模拟波浪作用下水下悬浮隧道动力响应的整体数学模型和截断数学模型。通过选取适当的截断长度,在管段的截断边界处施加合适的刚度约束,使截断管段的固有频率与整个管体相应模态的固有频率相同。应用截断模型得到的管段计算结果能基本反映全长度管体相应位置处的动力响应。所建立的截断数学模型可为在实验室水槽开展的考虑截断边界影响的管段试验设计提供参考依据。通过悬浮隧道整体模型的数值计算,研究了波浪作用下不同长度管体结构的动力响应特性。计算结果表明:保持管体截面、布缆方式及锚缆间距等不变,随着隧道全管体长度的增加,结构水平方向和扭转方向固有频率逐渐减小,而竖直方向固有频率基本不变;跨中位置处管体位移幅值和应变幅值随着管体长度的增加逐渐增大,且水平方向位移和应变幅值大于竖向位移和应变幅值。应用所建立的整体数学模型和截断数学模型,分别计算了波浪作用下全管体的动力响应和截断管段的动力响应。数值计算对比结果表明:当在截断管段边界处施加水平、竖向和绕x轴扭转3个方向的约束刚度时,计算得到的管段位移幅值和由整体模型得到相同位置处的位移幅值相比误差在15%以内,但二者应变幅值相差较大;为考虑管段截断处两侧管段对截断部分的弯矩作用,在管段截断边界同时施加约束刚度和转角位移约束,截断模型的计算结果与整体模型相比位移幅值和应变幅值误差均在15%以内。通过对比由截断模型得到的管段与由整体模型得到的全管体相同位置处的动力响应,给出了截断数学模型的适用条件和截断管段边界约束优化方案。数值计算结果表明:当波浪频率小于整体模型水平方向一阶固有频率时,整个管体结构按一阶模态运动,应用截断数学模型计算的管段动力响应与由整体模型得到的相同位置的动力响应较一致,所提出的截断数学模型是适用的。通过数值计算研究了不同波浪条件下悬浮隧道的动力响应,讨论了波高和周期对管段动力响应的影响。计算结果表明:随着波高的增大,管段的位移响应幅值呈线性增大;随着周期增大,管段的位移响应幅值也逐渐增加,其增加幅值逐渐减小。