河北省大型结构健康诊断与控制实验室 |
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| 基本信息 | 服务提供机构名称 | 河北省大型结构健康诊断与控制实验室 | |||||||||||||||||||||||||||||
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| 验收年月 | 20041231 | 批准文号 | 冀科财200430号 | ||||||||||||||||||||||||||||
| 所属领域 | 高技术服务业 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 依托单位名称 | 石家庄铁道大学 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 共建单位名称 | 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 办公电话 | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 负责人 | 杜彦良 | 联系人 | 李剑芝 | ||||||||||||||||||||||||||||
| 通讯地址 | 邮编 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 研究方向及主要研究内容 |
1.智能材料与结构系统的研究与应用 1）智能材料的本构关系及其成型工艺研究；2）现代传感测试技术研究与开发及其他现代新型材料的特殊性能进行传感元件、驱动元件和控制元件的研制与开发；3）具有自诊断、自控制、自适应智能结构系统研究与设计 2.大型结构健康诊断与控制技术的研究 1) 大型结构健康诊断与控制理论研究；2) 大型结构健康诊断与控制系统的研究与设计；3) 大型结构健康评价及损伤识别理论研究 3.大型结构力学行为及关键技术研究 ⑴ 大型结构稳定性及动力学研究；⑵ 大型时变结构理论及控制技术研究 4.大型施工设备与施工新技术研究 ⑴ 特种施工机械与成套设备的研究与开发：针对桥梁与隧道等大型工程，进行相关施工机械的开发与研制。 ⑵ 新型施工结构体系的研究：主要解决各种复杂条件下的施工结构技术问题。 5.大型结构风致振动与控制研究 （1）大跨度桥梁、高层建筑和大跨度空间结构风荷载分布、风致振动和控制研究；（2）两相流对结构的作用和响应研究；（3）大跨度桥梁、高层建筑和大跨度空间结构的风荷载干扰效应研究。 |
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| 内设研究机构情况 | 内设智能材料研究室、工程结构研究室、检测与控制研究室、动力学研究室、TBM研究室、工程结构检测中心、风工程研究中心 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 代表性成果 |
1.基于光纤传感的工程结构长期监测技术 本成果针对工程结构健康监测的迫切需求，研究开发了多种基于光纤传感的工程结构长期监测技术与方法。攻克了高精度、大量程、交叉敏感、光纤与特殊结构复合等技术难题，实现了工程结构关键受力构件（如钢筋、预应力筋、斜拉索等）的长期监测，为保障工程结构的施工质量与运营安全提供了重要依据。 本项目涉及土木、交通、安全、光纤传感和测试仪器等学科领域。通过多学科技术集成和系列攻关，取得了多项创新成果，主要技术发明内容如下： 1、首次提出基于材料热应力的光纤光栅温度剔除机制，自主开发了具有免温度影响功能的微型光纤光栅应变传感器，并采用光纤光栅在线植入斜拉索丝的成型技术，研制出具有承力和自动监测功能的智能斜拉索丝，实现了斜拉索张力与分布应力的全寿命监测。 2、首次提出基于双膜结构的光纤激光加速度传感器灵敏度控制方法，自主开发了适应于工程结构长期监测的光纤激光加速度传感器，提高了加速度的测试灵敏度，解决了恶劣环境中大型工程结构低频振动微弱信号自动探测的技术难题。 3、首次提出光纤光栅监测预应力筋单轴大应变的螺旋倾斜复合方法，自主开发了具有自动监测功能的预应力筋，解决了预应力筋分布应变长期监测的技术难题，实现了预应力筋从建设到运营的全寿命周期监测。 研究成果已在太原铁路枢纽西南环线疏解特大桥、湛江海湾大桥、广州东沙大桥、封开西江大桥、广东云梧高速公路和石家庄槐安路高架桥等项目中推广应用，为保障工程结构的建设质量和运行安全发挥了重要作用，取得了显著经济社会效益，共计产生各种经济效益7762万元,其中近三年取得的间接经济效益为4932万元。获国家授权专利5项（发明专利3项），出版专著1部，发表论文60篇，其中被SCI、EI收录等收录33篇。本项目成果总体达到国际先进水平，其中在智能预应力筋和智能斜拉索研究方面达到国际领先水平。本研究成果为大型预应力结构、斜拉桥桥索结构的健康监测和安全评价提供了一种具有自主知识产权的新技术、新方法，为保证工程结构的安全运营发挥了重要作用，推动了工程结构长期监测技术领域的科技进步，具有广阔的推广应用前景。本项目获得河北省技术发明一等奖。 2.重载铁路桥梁和路基监测与强化技术 本成果围绕大轴重运输条件下重载铁路安全保障技术，依托国家863计划等多项科研课题，率先提出开展30 t轴重条件下重载铁路桥梁、路基实时监测与快速强化技术研究，攻克了大轴重和复杂环境运输条件下重载铁路桥梁和路基监测系统的稳定可靠性、安全评估的准确有效性和强化加固的快速耐久性等关键技术难题，建立了以预防性维修为主体、集检测/监测/评价/加固于一体的重载铁路线路安全保障体系。 （1）提出了适用于30 t轴重运输条件下重载铁路桥梁和路基静动力性能检测方法，制定出相应的技术规程（建议稿）。 （2）提出了基于多层束界法的重载铁路桥梁安全评估和分级预警预报方法；创建了基于嵌入式智能终端的多参量、网络化、微型化多座桥梁广域实时监测系统，实现了重载铁路桥梁健康状态的长期实时监测、安全评估与预警预报。 （3）提出了重载铁路路基关键截面内激光同时测量动位移和沉降变形方法，发明了自适应自标定扫描路基沉降自动监测装置和测试技术，开发了路基与道床病害快速识别系统，实现了路基状态的连续检测与关键断面的实时监测。 （4）开发了30 t轴重运输条件下碳纤维筋（CFRP）体外预应力和自锁锚杆锚固钢板的桥梁快速加固技术，攻克了不间断运输下提高桥梁承载力的技术难题。 （5）开发了基于玻璃钢螺旋锚（GFRP）联合混凝土框架梁的重载铁路路基边坡快速加固技术，为路基病害整治提供了一种经济有效的方法。 该成果成功应用于大秦铁路，实现了对重载铁路桥梁和路基结构状态的长期远程实时监测；所建立的道床和路基状态快速检测与病害识别系统达到了探测深度6米、检测速度60公里/小时以上；所开发的桥梁、路基加固体系其桥梁承载力提高15%、路基边坡稳定性提高29%以上。该成果还在朔黄重载铁路、京沪高铁、高速公路等重大工程中推广应用。近三年多来共产生经济效益17000余万元，社会经济效益显著。围绕该项目研究，获发明专利6项，实用新型专利4项，出版专著2部，在ChineseOptics Letters等期刊发表论文38篇，其中SCI、EI收录24篇。经教育部组织的以王梦恕院士为主任，王景全、秦顺全院士为副主任的专家委员会鉴定，认为该成果整体达到了国际先进水平，其中重载铁路桥梁实时监测与快速加固技术达到了国际领先水平。铁道部总工程师何华武院士、刘人怀院士对本项目给予高度评价。 该成果为我国既有重载铁路运营安全提供了技术保障，对既有线重载线路进行27-30 t大轴重扩能改造起到了示范引领作用，促进了相关学科技术融合与学科发展。 3.大型土木工程结构抗风关键技术及应用研究 风灾害造成严重的经济损失，研究强风下大型土木工程结构的破坏机理具有十分重要的社会和经济意义。本项目首先进行了多功能风洞设计和试验技术的研究，在此基础上，针对大跨度桥梁、高层建筑、大跨度空间结构的风荷载、风致振动和控制问题进行了系统深入的研究，取得了一系列重要成果，主要创新如下： 1、具有曲面结构的雷诺数效应及风荷载计算问题。本研究指出在特定雷诺数范围内结构上的横风向力是结构振动或破坏的原因，利用层流和湍流分离理论揭示了该雷诺数效应发生的机理，给出了临界雷诺数下结构风荷载的准确计算方法。 2、首次建成回直流可变双试验段大气边界层风洞，在洞体内外实现了风雨模拟等试验功能。 3、提出了抑振效果好、气动阻力小的斜拉索风雨振抑振措施；提出了提高颤振临界 风速的气动措施并成功应用于大桥的设计中；揭示了群体高层建筑和空间结构风荷载的分布特征及机理。 本项目成果已经在50多项大型工程中得到应用，如石家庄新火车站、河北奥林匹克体育中心、石家庄勒泰中心、衡水文化中心、石联化工大跨度钢结构、大连鞍钢金融大厦、金东大桥、低气动阻力抗风雨振斜拉索、窄基输电线塔等。研究成果成功应用，取得了显著的社会效益。 4.复杂地质小直径开敞式TBM设计施工关键技术 云南那邦水电站引水隧洞是我国首次采用4.5m小直径开敞式TBM施工的引水隧洞，先前我国无小直径开敞式TBM设计与施工的技术和经验积累。由于开挖直径小，布置空间有限，给TBM设计和施工都带来很大不便，TBM系统设计布置和施工技术具有特殊性。除此之外，引水隧洞地处我国云南地区，围岩形成年代较晚，地质条件十分复杂，围岩以坚硬片麻岩为主，抗压强度达到220MPa以上，同时存在多段泥化围岩蚀变带、断层、涌水等严重不良地质，岩石或极硬或泥化极为软弱，TBM掘进贯入困难或撑靴无法支撑前行，刀盘刀具振动冲击大、磨损开裂严重，给TBM施工带来很大的技术难度和风险。本成果主要以云南那邦水电站引水隧洞为工程背景，通过TBM及其后配套系统的选型设计、掘进参数优化匹配、围岩支护方法、检查维修技术等系统研究，解决了复杂地质条件下小直径开敞式TBM安全高效掘进的关键技术难，形成了一套完整的小直径开敞式TBM设计和施工的技术成果。 （1）通过TBM合-理的选型设计，在TBM上优化配置支护设备，开发应用开敞式TBM配置设备与支护工艺有机结合的支护方法，创建了开敞式TBM穿越泥化围岩蚀变带施工技术，解决了软弱围岩TBM掘进被卡受困的技术难题。 （2）通过TBM及其后配套系统集成创新设计，以及优化匹配主参数设计和掘进参数，创建极硬岩条件下开敞式TBM掘进参数控制技术和刀盘刀具检查维修技术，解决了制约开敞式TBM安全高效掘进的关键技术难题。 （3）开发应用了小直径长隧洞独头压入式TBM施工通风系统、杠杆夹轨器与楔块联合制动的滚轮式步进机构等新型TBM施工配套装置，为TBM安全高效施工提供了技术保障。 创新成果于2013年3月通过了由王梦恕院士等专家组成的鉴定委员会鉴定，其结论为"整体达到国际先进水平"，并出版专著1部，授权国家专利6项。创新成果在云南那邦水电站工程中获得全面应用，获得直接经济效益合计3192万元，确保了那邦水电站及早投入运行，促进了我国边疆地区工农业生产和生活水平提高，带动了当地经济社会发展。本创新成果使我国首次具有了小直径开敞式TBM系统设计和施工方面的成功经验和技术，促进了我国隧道工程TBM设计与施工领域的科技进步。 |
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| 人才队伍情况 | 固定人员总数 | 35 | 其中研究人员数 | 20 | |||||||||||||||||||||||||||
| 领军人才 |
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| 实验条件 | 实验室用房总面积（㎡） | 3200 | 仪器设备台套 | 692 | 30万元以上设备数 | 25 | |||||||||||||||||||||||||
| 可向社会提供特色服务 |
本实验室作为科学研究、技术服务与人才培养基地，主要从事的科学研究方向与具备的技术服务能力和内容如下： (1) 工程结构状态与性能长期自动监测技术 大型长期自动监测系统的架构、设计、开发、集成、咨询 温度、压力、挠度、位移、加速度等传感技术开发、校准 海量长期监测数据的存储、加工、清洗、融合、分析 分布式多参量自动智能化检测\监测设备的研发 大型工程结构（路基、桥梁、隧道、边坡等）状态监测 (2) 工程结构隐蔽性及表观病害无损探测技术 多种结构表观病害先进视觉检测技术与系统 岩土与地下工程（路基、隧道、桩基等）隐蔽性病害连续检测与识别技术研发 地震法测试、薄板冲击测试、探地雷达测量、边坡长期变形监测等测试服务。 交通基础设施自动化检查系统与安全预警系统 (3) 工程结构性能分析与安全风险评估技术 路基与岩土工程结构稳定性数值模拟、模型试验与分析 桥梁与结构工程性能仿真计算与安全评价 轨道结构检测与交通工程运行风险源识别与控制 隧道超前地质预报、监控量测及施工过程动态风险评估 (4) 桥梁施工监测与结构检测技术 桥梁（公路、铁路）检测，例如桥梁常规普检及劣化等级评定、静载试验、动载试验、运营性能试验、疲劳试验、管道摩阻测试、桥梁承载能力检算； 桥梁监控，例如施工监控、转体监控、临时支架设计与检算、梁场设计、桥梁状态评价； 结构实体及构件检测，例如混凝土强度、混凝土缺陷、钢筋锈蚀率、保护层厚度、混凝土密实度、承载能力、无损检测、疲劳性能、静动态参数（应变、加速度、速度、位移及振动等）、锚具静载锚固试验、千斤顶力值检验； 桥梁支座（板式及盆式橡胶支座、球型支座等）性能检验，例如抗压弹性模量、极限抗压强度、抗剪弹性模量、竖向承载力、水平承载力、转角、摩擦系数、转动性能。 (5) 智能材料结构 从事智能材料的本构关系与多场耦合性能、光纤传感器件的科学研究与开发工作； 提供光纤传感器（温度、应力、应变、位移等）测试与开发服务，提供光纤传感及智能结构应用于工程结构健康监测系统方案与技术，如大坝、隧道、桥梁的混凝土结构变形和开裂监测；隧道、地铁、公路的火灾监测及报警；隧道及铁轨的故障点定位监测。 (6) 大型结构风荷载、致振动与控制 研究风荷载的分布特征、风致振动机理，风雨、风雪在结构上的荷载分布特征和结构的静力、动力响应； 开发结构荷载优化和动力稳定的措施； 提供高层建筑、高耸结构、大跨度空间结构、大跨度桥梁和工业产品的风荷载、风致振动和控制的技术服务工作。 |
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| 服务提供机构名称 | 石家庄铁道大学 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 联系方式 | 负责人 | 宋宁 | 邮箱 | songning@stdu.edu.cn | |||||||||||||||||||||||||||
| 地址 | 河北省石家庄北二环东路17号 | ||||||||||||||||||||||||||||||
