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湖南大学学报(自然科学版) 2025年第3期52卷 47-59页

作者：黄育凡陈凌杰吴庆雄林飞鸿福州大学土木工程学院福建福州350116 福建省土木工程多灾害防治重点实验室福建福州350116 工程结构福建省高校重点实验室福建福州350116

工字梁组合刚构桥墩梁节点受力复杂,墩梁节点传力机理与荷载分配规律尚不明确,且缺乏相应的墩梁节点计算方法.通过对比工字梁组合刚构桥墩梁节点试验结果,采用验证后的实体有限元计算模型,根据墩梁节点各部件在桥墩轴力、弯矩、剪力单... 详细信息

工字梁组合刚构桥墩梁节点受力复杂,墩梁节点传力机理与荷载分配规律尚不明确,且缺乏相应的墩梁节点计算方法.通过对比工字梁组合刚构桥墩梁节点试验结果,采用验证后的实体有限元计算模型,根据墩梁节点各部件在桥墩轴力、弯矩、剪力单独作用下的受力状态,分析墩梁节点的传力机理和荷载承担占比,建立各部件的设计计算方法,并开展工字梁组合刚构桥试设计.结果表明:墩梁节点的轴力和弯矩传递机理和路径接近,剪力传递机理有所区别;纵梁与横梁各承担45%~55%荷载传递,轴压力和轴拉力作用下纵梁传力路径及荷载承担占比有所变化,直接由纵梁传递的荷载主要通过纵梁下翼缘传递,传递至横梁的荷载主要由横梁腹板栓钉承担.纵梁设计应考虑桥墩截面附加应力,横梁按照简支梁均布荷载受力模式计算,横梁腹板连接件设计按承担所有传递至横梁的荷载计算,纵梁腹板栓钉及下翼缘栓钉按照构造要求配置.试设计桥梁墩梁节点验算满足要求,有限元分析与理论计算结果相符,建立的墩梁节点设计方法可适用于工字梁组合刚构桥设计.

关键词：组合桥梁节点有限元分析传力机理计算方法

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钢管混凝土KK型节点应力集中系数计算方法

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土木工程学报 2025年第2期58卷 50-62,85页

作者：陈康明樊林杰杨益伦吴庆雄罗健平缪承谕福州大学土木工程学院福建福州350116 福州大学福建省高校工程结构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350016

为研究钢管混凝土KK(CFST-KK)型节点应力集中系数(SCF)计算方法,开展CFST-KK型节点模型试验和实体有限元分析,通过试验与有限元结果对比分析验证了有限元模型正确性;通过有限元参数分析揭示CFST-KK型节点SCF的敏感性以及管内混凝土的影... 详细信息

为研究钢管混凝土KK(CFST-KK)型节点应力集中系数(SCF)计算方法,开展CFST-KK型节点模型试验和实体有限元分析,通过试验与有限元结果对比分析验证了有限元模型正确性;通过有限元参数分析揭示CFST-KK型节点SCF的敏感性以及管内混凝土的影响机理;探讨现有相贯管节点SCF计算方法的适用性,基于节点刚度推导得到钢管KK(CHS-KK)型节点SCF计算方法,基于变形相似原则并考虑管内混凝土与主管管壁的剥离变形作用,提出了CFST-KK型节点SCF计算方法。结果表明:有限元模型最大误差为8.0%,具有良好的精度;计算CFST-KK型节点SCF时,可只考虑轴力和面内弯矩的作用而忽略面外弯矩的作用;主管径厚比对CFST-KK型节点SCF的影响最为显著,主管内填混凝土可提升主管管壁整体径向刚度,使CFST-KK型节点SCF减小28.5%~48.9%;采用现有相贯管节点SCF计算方法计算CFST-KK型节点SCF时均存在较大误差;扩展有限元参数分析验证了文章提出的CHS-KK和CFST-KK型节点SCF计算方法具有良好的精度且计算结果偏于安全。

关键词：钢管混凝土KK型节点应力集中系数计算方法有限元分析理论推导

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整体桥柔性台身-RC桩-土体系振动台试验

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中国公路学报 2025年第2期38卷 175-184页

作者：黄福云李岚何凌峰汤程罗小烨福州大学土木工程学院福建福州350108 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350108 龙岩学院资源工程学院福建龙岩364012

整体桥常通过台底柔性混凝土桩基(RC桩)来适应上部结构的水平变形,但RC桩的抗变形能力较低,地震作用下易开裂且不易维修。因此,通过柔性台身来适应结构的水平变形已成为整体桥新的发展方向,并已应用于实际工程中。为研究整体桥柔性台身... 详细信息

整体桥常通过台底柔性混凝土桩基(RC桩)来适应上部结构的水平变形,但RC桩的抗变形能力较低,地震作用下易开裂且不易维修。因此,通过柔性台身来适应结构的水平变形已成为整体桥新的发展方向,并已应用于实际工程中。为研究整体桥柔性台身-RC桩-土动力相互作用机制、破坏模式以及地震响应特点,以深圳马峦山整体桥为工程背景,进行了整体桥柔性台身-RC桩-土体系振动台试验。试验研究表明:Ⅵ度设防以下地震作用时,柔性台身-RC桩结构未发生开裂,仅台后土体出现少量沉降变形;Ⅷ度设防地震作用时,台身与主梁连接处以及桩基埋深-1.69 m处出现了细微裂缝,但试验结束后这些微裂缝已基本闭合。地震作用下,受台后土的侧向运动的影响,整体桥柔性台身-RC桩-土体系的一阶振型为台身-桩基共同向外凸,这揭示了实际工程中大量薄壁式桥台出现“鼓肚子”破坏的原因。试验还表明,柔性台身-桩基-土体系的最大加速度和最大位移响应均在台底处,而非台顶处或墩顶处。当台底达到峰值位移时,柔性台身-桩基-土体系的变形以一阶振型为主,并少量叠加二阶振型;当台顶达到峰值位移时,则以三阶振型为主;在台顶、底达到峰值位移时,台身均出现了较大的剪切变形,其剪切位移角界于弹性位移角和塑性位移角之间。

关键词：桥梁工程整体桥振动台试验柔性台身结构-土相互作用动力特性

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钢管混凝土柱-软钢板组合高墩施工与运营阶段的稳定性

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工程力学 2025年第2期42卷 216-228页

作者：蔡哲罕卓卫东王志坚黄新艺刘秋江福州大学土木工程学院福州350108 福建开放大学理工学院福州350003 福建省土木工程多灾害防治重点实验室福州350108 福建省交通规划设计院有限公司福州350043

以京台高速公路某大桥为工程背景,设计了相应的新型组合高墩。通过有限元方法,考虑包括材料与几何非线性,分别采用实体单元建立了针对高墩悬臂施工阶段的模型,以及梁单元建立了全桥运营阶段模型分析其稳定性,获得其稳定承载力以及稳定... 详细信息

以京台高速公路某大桥为工程背景,设计了相应的新型组合高墩。通过有限元方法,考虑包括材料与几何非线性,分别采用实体单元建立了针对高墩悬臂施工阶段的模型,以及梁单元建立了全桥运营阶段模型分析其稳定性,获得其稳定承载力以及稳定系数。通过有限元参数分析,探讨了不同工况、墩身高度、软钢板厚度、屈服强度以及系梁间距对高墩稳定性的影响。计算结果表明,悬臂不平衡施工为最不利工况,组合高墩发生纵桥向压弯变形失稳,该阶段高墩的稳定系数相较悬臂平衡施工阶段下降30%。不同工况下,墩身的最不利截面处于受压侧钢管混凝土柱距离墩底0.1~0.2高度区域;随着墩身长细比增大,稳定系数出现显著下降,其破坏模式由弹塑性失稳逐渐转变为弹性失稳;软钢板厚度增大有利于稳定系数的提高;系梁间距按照传统高墩经验设计,取10 m~12 m最有利高墩稳定。基于参数分析结果,提出新型组合高墩简化模型,所得到的稳定承载力计算方法,适用于长细比超过70的组合高墩;当长细比小于70,建议采用短柱极限承载力折减方法计算。

关键词：桥梁工程稳定参数分析组合高墩简化模型

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钢管混凝土混合柱抗震性能试验研究

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工程力学 2025年第3期42卷 167-180页

作者：袁辉辉程军吴庆雄杜雨鸿陈宝春吴祎贤福州大学土木工程学院福州350116 福建省土木工程多灾害防治重点实验室福州350116 工程结构福建省高校重点实验室福州350116 厦门市市政工程设计院有限公司厦门361008 福建诚铄建设工程有限公司福州350800

钢管混凝土(CFST)混合柱是在柱底一定高度内采用钢筋混凝土(RC)腹板、其余节段采用空钢管缀杆连接CFST柱肢的一种新型组合结构。为研究CFST混合柱的抗震性能,以RC腹板高度系数(腹板高度与柱高的比值)和柱肢纵向间距为参数,进行了6个CFS... 详细信息

钢管混凝土(CFST)混合柱是在柱底一定高度内采用钢筋混凝土(RC)腹板、其余节段采用空钢管缀杆连接CFST柱肢的一种新型组合结构。为研究CFST混合柱的抗震性能,以RC腹板高度系数(腹板高度与柱高的比值)和柱肢纵向间距为参数,进行了6个CFST混合柱试件的拟静力试验。研究结果表明:水平低周反复荷载作用下,CFST混合柱的抗震性能良好,荷载-位移滞回曲线呈饱满梭形,主要破坏形式表现为格构段的剪切型破坏、柱肢塑性铰区域钢管的局部鼓曲变形以及RC腹板顶部刚度过渡段混凝土开裂、剥落;当RC腹板高度系数从0.0变化到0.3时,CFST混合柱的塑性铰区域由柱底截面上移至RC腹板顶部,试件弹性刚度和水平峰值荷载分别增大了约53%和31%,极限位移延性系数略微提高了约5%;而当RC腹板高度系数从0.3变化至0.7时,CFST混合柱的塑性铰区域均出现在RC腹板顶部,试件弹性刚度和水平峰值荷载显著增大,分别增加了约172%和98%,相同位移下的累积滞回耗能也明显增加,但极限位移延性系数减少了约16%;当柱肢纵向间距从650 mm减小至250 mm,柱肢塑性铰区域由RC腹板顶部转移至柱底截面,且结构的破坏形态逐渐转变为整体失稳破坏,弹性刚度和水平峰值荷载分别减小了约67%和47%。根据结构受力特点,提出了CFST混合柱水平承载力计算方法,得到的计算值与试验值吻合较好。

关键词：钢管混凝土混合柱拟静力试验腹板高度系数柱肢纵向间距抗震性能水平承载力

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柱脚形式不同的部分填充混凝土装配式钢桥墩抗震性能研究

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土木工程学报 2025年

作者：吴庆雄郑其鑫袁辉辉秦志清福州大学土木工程学院福建省土木工程多灾害防治重点实验室福州大学工程结构福建省高校重点实验室福建省交通规划设计院有限公司

为探究不同柱脚连接形式对部分填充混凝土装配式钢桥墩（简称“PS-PFC桥墩”）的抗震性能的影响，以柱脚形式为主要参数，进行了3个混凝土填充率为25%的大比例PS-PFC试件的拟静力试验，并采用ABAQUS软件开展了此类桥墩的精细化有限元模... 详细信息

为探究不同柱脚连接形式对部分填充混凝土装配式钢桥墩（简称“PS-PFC桥墩”）的抗震性能的影响，以柱脚形式为主要参数，进行了3个混凝土填充率为25%的大比例PS-PFC试件的拟静力试验，并采用ABAQUS软件开展了此类桥墩的精细化有限元模拟与拓展参数分析。结果表明：采用埋入式柱脚的桥墩具有最强的滞回耗能能力，但延性最差，混凝土填充面上方的钢管破坏严重，震后修复困难。采用端承式柱脚与外包式柱脚的桥墩受力机理相似，耗能水平相当，均具有优良的延性，前者达到极限状态时表现为锚杆拉伸变形和柱底钢板屈曲变形，震后修复较易，而后者外包层混凝土破碎、承台混凝土崩裂，震后修复不易。埋入式桥墩的峰值荷载和延性皆与轴压比呈负相关，而端承式与外包式桥墩则相反；钢管强度、锚杆直径和外包层高度等参数均会不同程度地影响桥墩的抗震性能。进而提出了PS-PFC桥墩的水平承载力理论计算方法，其计算结果与有限元分析结果吻合良好。

关键词：装配式钢桥墩柱脚形式抗震性能试验有限元分析水平承载力

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基于开源程序的大跨桥梁模型更新

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工程力学 2025年第3期42卷 181-190页

作者：郑俊浩王达荣管仲国林楷奇福州大学土木工程学院福建福州350116 可持续与创新桥梁福建省高校工程研究中心福建福州350108 福建省交通规划设计院有限公司福建福州350004 同济大学桥梁工程系上海200092 福建省土木工程多灾害防治重点实验室福建福州350116

大跨桥梁作为重要的基础工程设施,准确评估其即时服役状态、建立高保真数值模型是提升城市交通防灾水平的重要途径,实现上述目标依赖于高效可靠的复杂结构模型更新与分析技术。但已有研究多依赖商业软件平台,存在价格昂贵、算法更新速... 详细信息

大跨桥梁作为重要的基础工程设施,准确评估其即时服役状态、建立高保真数值模型是提升城市交通防灾水平的重要途径,实现上述目标依赖于高效可靠的复杂结构模型更新与分析技术。但已有研究多依赖商业软件平台,存在价格昂贵、算法更新速度较慢和软件接口复杂等局限性,限制了相关研究的深入发展。因此,该文基于开源有限元分析平台OpenSees和编程语言Python,开发了适用于复杂工程结构模型更新的开源程序框架。基于Python开发了工程结构模型更新所需的高效并行优化算法,进一步编写不同功能模块的软件接口,连接模型分析平台与并行优化算法,实现复杂工程结构模型的并行分析和模型更新。在此基础上,以一个简支梁损伤识别为例,验证了上述计算程序的有效性与计算精度。以苏通大桥振动台试验缩尺模型为研究对象,采用模态置信准则匹配有限元模型和振动台试验获得的模态振型和频率数据,构建模型更新所需的优化函数,采用高性能计算平台,开展试验桥梁的模型更新并验证上述程序框架的计算效率。结果表明,该框架可以实现大跨斜拉桥精细有限元模型的高效更新,匹配实测获得的结构模态数据,各阶计算频率与试验模型的误差在1%以下。进一步地,计算更新后的数值模型在PGA=0.1 g地震动作用下的动力时程响应,与试验数据对比验证了模型更新结果的准确性。研究成果可以为基于开源平台的复杂大跨桥梁的精细化与数据驱动建模提供参考。

关键词：开源程序框架并行优化算法大跨度桥梁精细化有限元模型模型更新

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干湿循环下煤矸石土石混合体大型直剪试验研究

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岩石力学与工程学报 2025年第2期44卷 331-341页

作者：刘红位游诗琪简文彬黄云冯嵩邓涛福州大学紫金地质与矿业学院福建福州350108 福建省地质工程勘察院福建省地质灾害重点实验室福建福州350002 福建省地质工程勘察院自然资源部丘陵山地地质灾害防治重点实验室福建福州350002 福州大学土木工程学院福建福州350108

煤炭开挖和选煤过程中产生大量煤矸石,堆积于地表的煤矸石易受到环境的影响引发灾害。目前,干湿循环条件下煤矸石土石混合体的强度特性研究较少。通过大型直剪试验,探究干湿循环和含石量对煤矸石土石混合体强度特性的作用机制;揭示含石... 详细信息

煤炭开挖和选煤过程中产生大量煤矸石,堆积于地表的煤矸石易受到环境的影响引发灾害。目前,干湿循环条件下煤矸石土石混合体的强度特性研究较少。通过大型直剪试验,探究干湿循环和含石量对煤矸石土石混合体强度特性的作用机制;揭示含石量(PR)和干湿循环次数对土石混合体积变化及相对破碎率(Br)的影响规律;建立干湿循环下土石混合体抗剪强度劣化方程。试验结果表明,随着含石量的提高,煤矸石土石混合体的内摩擦角呈现线性增加,而黏聚力则呈现出下降趋势;煤矸石土石混合体在剪切过程中呈现明显的剪切收缩现象;煤矸石土石混合体的剪切强度和法向应变最大值随着含石量的增加而增加,并随着干湿循环次数的增加而减小。首次干湿循环对土石混合体的抗剪强度劣化作用显著,3次干湿循环后土石混合体抗剪强度变化不明显;干湿循环加剧了土石混合体中岩块的破碎趋势,提高岩块的Br,导致土壤颗粒含量(粒径<5 mm)增加。高法向应力下(σ_(n)=800kPa),Br随干湿循环次数增加而提高,而低法向应力下(σ_(n)=200 kPa)干湿循环对岩块破碎影响有限。

关键词：岩石力学煤矸石土石混合体干湿循环剪切强度相对破碎率

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暴雨型泥石流特征参数反演方法及透水格栅效能评价研究

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水力发电学报 2025年第2期44卷 1-14页

作者：林川林彦喆林威伟郭朝旭黄学钊杜哲镓潘依琳福州大学土木工程学院福州350108 自然资源部丘陵山地地质灾害防治重点实验室福州350002 福建省地质灾害重点实验室福州350002 福建省地质工程勘察院福州350002

我国东南沿海地区丘陵山地广布,在台风暴雨等因素激发下,各类地质灾害频发。该地区由暴雨引发的泥石流灾害具有突发性、群发性和破坏性特点,当此类灾害发生在临近河道沟谷时,可能冲击水工建筑物甚至造成堵江等严重危害。由于灾害过程的... 详细信息

我国东南沿海地区丘陵山地广布,在台风暴雨等因素激发下,各类地质灾害频发。该地区由暴雨引发的泥石流灾害具有突发性、群发性和破坏性特点,当此类灾害发生在临近河道沟谷时,可能冲击水工建筑物甚至造成堵江等严重危害。由于灾害过程的高度不确定性,有效的动力学参数反演方法对分析灾害演化特征和制定有效的减灾措施具有重要意义。本研究以“5·8泰宁泥石流”事件为案例,提出了一种基于多输出支持向量回归机(MSVR)子模型的参数反演方法。首先,在泥石流动力学计算模型Geoflow_SPH的基础上,构建并行调用框架,对包含内摩擦角、容重、平均物源厚度的触发特征参数组合进行数值模拟,生成了包含输入参数和运动特征的初始训练样本。随后,将该样本集(1000组)按比例划分训练集和测试集,并结合网格搜索技术训练得到M-SVR子模型。再后,使用该子模型对所建反演计算细分样本集(8000组)进行预测计算,以地勘报告中记录的3处控制断面泥石流流通速度为基准,通过计算预测结果的均方误差(MSE),筛选出MSE值最小的参数组合作为最终的反演结果。最后,进一步分析透水格栅结构在阻滞泥石流运动和控制影响范围的作用。研究成果有助于明晰暴雨型泥石流的灾害演化规律,为减灾措施的科学应用提供理论支撑。

关键词：泥石流多输出支持向量回归参数反演透水格栅

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基于电磁原理的吊杆瞬时失效触发控制方法与应用

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福州大学学报(自然科学版) 2025年第1期53卷 86-93页

作者：王渠魏小康吴庆雄陈康明杨戬耿哲王欢围福州大学土木工程学院福建福州350108 福建省土木工程多灾害防治重点实验室福建福州350108 山东高速建设管理集团有限公司山东济南250031 山东高速高商公路有限公司山东济南251600 福建省高校工程结构重点实验室福建福州350108

针对现有模型试验无法有效模拟吊杆瞬间断裂问题,提出吊杆瞬间失效模拟装置应具备的基本条件,并基于电磁原理和杠杆原理研发出一种吊杆瞬时失效触发装置.该触发装置主要包括一个钢制夹具和两个楔形连接块.推导吊杆瞬时失效触发装置磁吸... 详细信息

针对现有模型试验无法有效模拟吊杆瞬间断裂问题,提出吊杆瞬间失效模拟装置应具备的基本条件,并基于电磁原理和杠杆原理研发出一种吊杆瞬时失效触发装置.该触发装置主要包括一个钢制夹具和两个楔形连接块.推导吊杆瞬时失效触发装置磁吸力计算方法,得到适用于下承式钢管混凝土拱桥吊杆断裂大比例缩尺模型试验的吊杆瞬时失效触发装置的合理尺寸,并通过拉伸试验和模型试验验证触发装置的有效性.试验结果表明:吊杆瞬时失效触发装置的断索时间均小于0.1 s,可满足吊杆瞬间失效的要求.模型试验与有限元方法得到的断索过程动力响应基本一致,说明该吊杆瞬时失效触发装置可行、有效.

关键词：吊杆瞬时失效触发控制电磁原理杠杆原理拉伸试验

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