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基于钢管K型节点刚度的应力集中系数计算方法

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建筑结构学报 2020年第4期41卷 42-50,118页

作者：陈康明黄汉辉吴庆雄陈宝春福州大学土木工程学院福建福州350116 福州大学福建省土木工程多灾害防治重点实验室福建福州350116

采用通用软件***建立三维实体有限元模型,进行钢管K型节点应力集中系数参数分析。基于现有钢管K型节点试验与有限元分析结果,说明现有规范中钢管K型节点应力集中系数计算公式的不足。采用理论推导和回归分析相结合的方法提出基于节点刚... 详细信息

采用通用软件***建立三维实体有限元模型,进行钢管K型节点应力集中系数参数分析。基于现有钢管K型节点试验与有限元分析结果,说明现有规范中钢管K型节点应力集中系数计算公式的不足。采用理论推导和回归分析相结合的方法提出基于节点刚度的钢管K型节点应力集中系数计算方法,并验证该计算方法的准确性和适用性。研究结果表明:有限元分析与试验得到的钢管K型节点最大位移和最大热点应力偏差分别不超过5.11%和6.83%,验证了有限元分析结果具有较好的精度;对比有限元分析结果发现,由于钢管K型节点几何参数之间存在交叉关系,即变化其中一个几何参数会造成其他几何参数的变化,使得几何参数对钢管K型节点应力集中系数存在相互耦合作用;现有钢管K型节点应力集中系数计算方法是通过单一参数回归得到,无法考虑几何参数对钢管K型节点应力集中系数的相互耦合作用,且安全度相对较低,不适用于桥梁结构中钢管K型节点应力集中系数的计算;本文中提出的基于节点刚度的钢管K型节点应力集中系数计算方法不仅能够考虑节点不同几何参数对钢管K型节点应力集中系数的相互耦合作用,而且能够提高评估和计算桥梁结构中钢管K型节点应力集中系数安全度和精度。

关键词：钢管K型节点应力集中系数有限元分析几何参数耦合作用节点刚度

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斜拉索动应变非接触实时测定方法

福州大学学报（自然科学版） 2019年第3期47卷 385-390,397页

作者：王渠吴庆雄黄宛昆福州大学土木工程学院福建福州350108 工程结构福建省高校重点实验室福建福州350108 福建省土木工程多灾害防治重点实验室福建福州350108

基于单设备多目标高速相机非接触测量动位移测定系统,进行非接触式实时测定斜拉桥拉索动应变的计算方法研究.首先,从斜拉索非线性计算理论,推导拉索整体割线坐标系下由动位移计算动应变的计算公式;其次,采用扁平索的基本假定,得到不考... 详细信息

基于单设备多目标高速相机非接触测量动位移测定系统,进行非接触式实时测定斜拉桥拉索动应变的计算方法研究.首先,从斜拉索非线性计算理论,推导拉索整体割线坐标系下由动位移计算动应变的计算公式;其次,采用扁平索的基本假定,得到不考虑非线性项的斜拉索动应变简化计算公式,并建立采用有限差分法的斜拉索动应变实时测定方法;再次,利用LabVIEW程序开发平台,在圆形边界检测结合模板匹配的图像处理技术的基础上,进行斜拉索动应变实时测定系统的开发.最后,通过室内摆锤模型试验验证斜拉索动应变简化计算公式的正确性和动应变测定方法的可靠性,通过实桥测试验证开发的测定系统的可行性和有效性.

关键词：斜拉索动应变非接触测量实时测定有限差分法

阵列式布设内栓钉的钢管混凝土K型节点足尺模型疲劳性能研究

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土木工程学报 2022年第2期55卷 31-49,72页

作者：吴庆雄郑樵风陈康明中村聖三吴志添福州大学土木工程学院福建福州350116 福州大学福建省土木工程多灾害防治重点实验室福建福州350116 福州大学工程结构福建省高校重点实验室福建福州350116 长崎大学日本长崎852-8521

为研究阵列式布设内栓钉的钢管混凝土K型(CFST KS)节点疲劳性能,进行CFST KS节点和不布设内栓钉的钢管混凝土K型节点(CFST K)足尺模型的疲劳试验和有限元研究,对比分析了2种节点的热点应力分布、疲劳裂纹扩展过程和疲劳破坏模式,研究了... 详细信息

为研究阵列式布设内栓钉的钢管混凝土K型(CFST KS)节点疲劳性能,进行CFST KS节点和不布设内栓钉的钢管混凝土K型节点(CFST K)足尺模型的疲劳试验和有限元研究,对比分析了2种节点的热点应力分布、疲劳裂纹扩展过程和疲劳破坏模式,研究了内栓钉布设区域与排布方式对热点应力的影响,采用基于热点应力的S-N曲线探讨疲劳寿命的判定标准与疲劳寿命评价方法。结果表明:CFST KS节点的热点应力宜采用3点外插法计算,最大热点应力位于冠点处;CFST KS节点的疲劳性能演化过程可以分为疲劳裂纹的萌生、扩展和破坏三个阶段,CFST KS节点较CFST K节点在裂纹扩展阶段荷载反复次数更高,在裂纹破坏阶段疲劳裂纹的扩展速率更低,由于布设了内栓钉,疲劳裂纹扩展至鞍点附近后不再继续沿着相贯线方向扩展,而往主管环向且与主管轴线呈一定角度发展;建议采用CFST K节点冠点应变峰值变化15%对应的荷载反复次数作为疲劳破坏的判定基准;提出了基于热点应力的CFST K节点疲劳设计S-N曲线,并依据S-N曲线预测在同等热点应力幅下,布设内栓钉可以使CFST K节点的疲劳寿命提高45%;减少支管侧内栓钉的轴向间距和径向间距可以提高节点的疲劳性能,非支管侧的栓钉布置、栓钉的尺寸以及栓钉的轴向布置范围对疲劳性能的影响较小,栓钉的轴向布置范围对栓钉自身的受力状态有所影响;基于CFST KS节点静力与疲劳性能提出了内栓钉的合理布置形式。

关键词：钢管混凝土K型节点栓钉疲劳性能试验热点应力应力集中系数疲劳寿命

大跨混合连续箱梁桥钢混结合段传力机理试验与分析

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湖南大学学报（自然科学版） 2023年第7期50卷 44-56页

作者：袁辉辉黄珍珍吴庆雄林镇海福州大学土木工程学院福建福州350116 工程结构福建省高校重点实验室福建福州350116 福建农林大学金山学院福建福州350002 福州三江口建设发展有限责任公司福建福州350007

依托福州马尾大桥设计制作了几何缩尺比为1∶3.5的钢混结合段大比例模型,采用精细化实体有限元方法,开展不同设计荷载组合工况下的静力加载分析,以揭示此类新型钢混结合段在大跨混合连续箱梁桥中的传力机理.结果表明:承载能力极限最大... 详细信息

依托福州马尾大桥设计制作了几何缩尺比为1∶3.5的钢混结合段大比例模型,采用精细化实体有限元方法,开展不同设计荷载组合工况下的静力加载分析,以揭示此类新型钢混结合段在大跨混合连续箱梁桥中的传力机理.结果表明:承载能力极限最大弯矩组合工况下,试验模型混凝土梁段全截面受压,结合面处顶板混凝土最大压应力为-23.6 MPa、底板钢板最大拉应力为115.8 MPa,均小于材料的设计强度;加载至1.4倍承载能力极限状态工况,钢混结合段试验模型并未出现明显破坏,各关键截面测点的荷载-位移/应变曲线基本呈线性关系,结构始终处于弹性工作状态,表明该钢混结合段的设计具有充足的安全储备;同时钢混结合段沿纵桥向分布的各截面竖向变形没有明显突变,说明该钢混结合段传力平顺,可保证主梁刚度从混凝土箱梁段到钢箱梁段的平稳过渡.相关研究成果可为今后此类混合连续箱梁桥的设计与施工提供参考.

关键词：桥梁工程混合连续箱梁桥钢混结合段模型试验有限元分析传力机理

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波形钢腹板混凝土箱拱地震响应分析

地震工程与工程振动 2007年第3期27卷 47-53页

作者：陈宝春吴庆雄王远洋福州大学土木工程学院福建福州350002

采用时程分析法,对三向地震动作用下的波形钢腹板混凝土箱拱新型结构的地震特性进行分析,通过与混凝土腹板的混凝土箱拱动力特性和地震响应特点的对比,得出该新型拱圈结构具有较优越的抗震性能。同时,把三向地震作用的结果与在两个主方... 详细信息

采用时程分析法,对三向地震动作用下的波形钢腹板混凝土箱拱新型结构的地震特性进行分析,通过与混凝土腹板的混凝土箱拱动力特性和地震响应特点的对比,得出该新型拱圈结构具有较优越的抗震性能。同时,把三向地震作用的结果与在两个主方向(纵桥向和横桥向)同时施加地震动的计算结果进行比较,得到竖向地震动对波形板箱拱地震响应的影响程度。

关键词：拱桥波形钢腹板地震响应分析抗震

部分填充混凝土薄壁带肋箱型钢桥墩拟动力试验

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河海大学学报（自然科学版） 2016年第6期44卷 504-511页

作者：袁辉辉唐艺航吴庆雄党纪福州大学土木工程学院福建福州350108 崎玉大学理工学研究科

为研究部分填充混凝土的薄壁带肋箱型截面钢桥墩在多遇和罕遇地震作用下的非线性动力性能,制作3根试件,分别不填充混凝土、底部填充20%及40%桥墩高度混凝土,通过MTS伺服加载系统进行此类试件的拟动力试验。试验采用日本阪神地震的JRT-NS... 详细信息

为研究部分填充混凝土的薄壁带肋箱型截面钢桥墩在多遇和罕遇地震作用下的非线性动力性能,制作3根试件,分别不填充混凝土、底部填充20%及40%桥墩高度混凝土,通过MTS伺服加载系统进行此类试件的拟动力试验。试验采用日本阪神地震的JRT-NS波,得到不同工况下试件的位移时程曲线、荷载-位移滞回曲线和累积滞回耗能时程曲线。结果表明:多遇地震作用下,试件均处于弹性工作状态;罕遇地震作用下,底部填充混凝土的钢桥墩处于弹塑性状态,没有明显的破坏现象,表现出良好的抗震性能;对于试验采用的钢桥墩试件,随着底部塑性铰区域混凝土填充率的增加,管内混凝土对外围薄壁钢管发生局部屈曲的约束作用逐渐增大,桥墩的结构刚度、水平承载能力、最大响应位移、残留位移、耗能能力等抗震性能指标都随之得到显著改善。

关键词：部分填充混凝土钢桥墩薄壁箱型截面抗震性能拟动力试验罕遇地震

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钢管混凝土K形节点应力集中系数计算方法

土木工程学报 2022年第12期55卷 94-104页

作者：陈康明黄汉辉吴庆雄郑樵风福州大学土木工程学院福建福州350116 福州大学工程结构福建省高校重点实验室福建福州350116 福州大学福建省土木工程多灾害防治重点实验室福建福州350116

以钢管混凝土K形(CFST-K)节点为研究对象,进行了7个CFST-K形节点和1个钢管K形(ST-K)节点足尺模型试验和实体有限元分析;分析了现有CFST-K形节点应力集中系数的适用性;基于管内混凝土约束作用对CFST-K形节点变形形态的影响,提出了CFST-K... 详细信息

以钢管混凝土K形(CFST-K)节点为研究对象,进行了7个CFST-K形节点和1个钢管K形(ST-K)节点足尺模型试验和实体有限元分析;分析了现有CFST-K形节点应力集中系数的适用性;基于管内混凝土约束作用对CFST-K形节点变形形态的影响,提出了CFST-K形节点应力集中系数的缓解系数,并采用理论分析方法推导得到考虑管内混凝土约束作用的CFST-K形节点应力集中系数计算方法。结果表明:CFST-K形节点的最大应力集中系数均出现在受拉支管与主管相贯焊缝靠近主管侧冠点位置;CFST-K形节点应力集中系数与壁厚比呈正相关关系,而径厚比与管径比对CFST-K形节点应力集中系数影响较小;CFST-K形和ST-K形节点最大应力集中系数分别为3.98和6.08,管内混凝土能使CFST-K形节点应力集中系数下降约34.5%。现有CFST-K形和ST-K形节点应力集中系数计算方法未能充分考虑管内混凝土约束作用对CFST-K形节点应力集中系数的影响,且未考虑几何参数之间的耦合关系,采用其进行CFST-K形节点应力集中系数计算时精度较低;所提出的考虑管内混凝土约束作用的CFST-K形节点应力集中系数计算方法可将计算误差由现有计算方法的58.0%降低至19.6%。

关键词：钢管混凝土K形节点应力集中系数缓解系数理论推导计算方法

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新西海桥的非线性地震响应分析

地震工程与工程振动 2008年第5期28卷 55-64页

作者：吴庆雄陈宝春高桥和雄福州大学土木工程学院福建福州350108 长崎大学工学部日本长崎

本文讨论了日本第一座公路钢管混凝土拱桥——主跨230m的新西海桥的非线性地震响应特性。采用三维有限元计算模型,用纤维单元法考虑钢管混凝土的材料非线性,用P-δ效应考虑几何非线性,讨论了在纵桥向地震作用、横桥向地震作用以及纵、... 详细信息

本文讨论了日本第一座公路钢管混凝土拱桥——主跨230m的新西海桥的非线性地震响应特性。采用三维有限元计算模型,用纤维单元法考虑钢管混凝土的材料非线性,用P-δ效应考虑几何非线性,讨论了在纵桥向地震作用、横桥向地震作用以及纵、横桥两方向同时作用情况下该桥的非线性地震响应特性和抗震性能。计算表明,在纵桥向地震作用时轴力的作用显著,拱脚附近产生的内力较大;而横桥向地震作用时轴力和面外弯矩作用显著,拱脚以及拱肋与桥面连接附近产生的内力较大;横向地震响应远大于纵向地震响应;应考虑纵、横桥向地震力共同作用的影响。

关键词：钢管混凝土拱桥地震响应分析新西海桥日本

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变截面平缀管式钢管混凝土格构柱的抗震性能

重庆大学学报（自然科学版） 2018年第1期41卷 17-29页

作者：欧智菁陈盛富袁辉辉吴庆雄福建工程学院土木工程学院福建福州350116 福州大学土木工程学院福建福州350118

应用OpenSEES通用程序建立变截面平缀管式钢管混凝土格构柱有限元模型,试件的分析结果与拟静力试验结果吻合良好。以柱肢坡度为计算参数,对四肢变截面平缀管式钢管混凝土格构柱开展抗震性能研究,探讨了构件的耗能能力、骨架曲线、结构... 详细信息

应用OpenSEES通用程序建立变截面平缀管式钢管混凝土格构柱有限元模型,试件的分析结果与拟静力试验结果吻合良好。以柱肢坡度为计算参数,对四肢变截面平缀管式钢管混凝土格构柱开展抗震性能研究,探讨了构件的耗能能力、骨架曲线、结构延性、刚度退化等方面的受力性能和规律,并与等截面钢管混凝土格构柱进行对比研究。在此基础上进一步分析了轴压比、试件高度(长细比)、平缀管竖向间距、柱肢含钢率、支主管管径比、钢材屈服强度、混凝土强度等参数对变截面平缀管式钢管混凝土格构柱抗震性能的影响,为钢管混凝土计算理论的进一步完善和变截面钢管混凝土格构式桥墩的工程应用提供参考。

关键词：变截面平缀管钢管混凝土格构柱抗震性能