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水中悬浮隧道是一种全新的跨越水域的交通形式，因其卓越的经济优势和环保优势引起了世界上很多科学家和工程师的关注。但是迄今为止，世界上还没有一座真正的水中悬浮隧道建成，其中一个重要的原因就是对其安全性能的研究还不够充分。本文主要研究了水中悬浮隧道在偶发载荷作用下的动力响应问题，其中偶发载荷主要考虑冲击载荷和水下外部爆炸产生的冲击波作用。
研究过程中需要涉及如何处理流固耦合问题。因此本文首先介绍了两类求解流固耦合问题的方法，即数值分析方法和简化计算方法。通过比较两种方法的精确性和简便性，选择简化计算方法来处理流固耦合问题，即将流体对结构的作用简化为流体附加质量和流体阻尼力的影响。
建立了水中悬浮隧道在冲击载荷作用下的简化计算模型，用等效质量法将圆柱壳分布质量折算成冲击点处的集中质量，模型中考虑流体附加质量和系统阻尼的影响。根据碰撞过程中的动量守恒、变形过程中的能量守恒以及结构的位移与内力关系，得到问题的解析解。为验证解析解，在ANSYS/LS-DYNA中建立了动态冲击有限元分析模型。通过算例分别考察了在忽略和考虑流体附加质量两种情况下，冲击点位置和冲击速度对冲击点处最大径向位移的影响，将解析解与数值解进行对比，结果吻合较好。然后采用数值模拟方法得到了系统阻尼对计算结果的影响规律。数值模拟过程中还可以得到冲击点处的最大Mises应力。
建立了水中悬浮隧道在爆炸冲击波作用下近似求解的计算模型，通过推导得到了结构动力响应的控制方程，用四阶龙格库塔方法进行求解。通过算例分别得到在无附加质量无系统阻尼、有附加质量无系统阻尼和有附加质量有系统阻尼三种情况下，壳体上各点的径向压力和径向位移。计算结果显示，在算例给定的条件下，爆炸冲击波对结构的影响较小。
介绍了千岛湖原型桥的建造背景和相关信息，采用刚度等效原理，将原型桥3层结构方案等效为一定厚度的铜壳。通过对各锚固方案在冲击作用下的数值模拟，结果显示冲击作用是一种局部效应。通过综合比较各方案的经济性和安全性，方案5是一种比较好的选择。