重大鋼混結構腐蝕監測與CP控制一體化自治系統

《重大鋼混結構腐蝕監測與CP控制一體化自治系統》是依託哈爾濱工業大學，由喬國富擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：重大鋼混結構腐蝕監測與CP控制一體化自治系統
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：喬國富

項目摘要

腐蝕監測與控制一體化，是實現重大鋼混結構腐蝕精確、可靠控制的根本途徑。本項目立足於智慧地球思想的核心內涵,圍繞無線自集能腐蝕監測與CP控制一體化自治系統展開研究。首先，研究複雜邊界與內環境下CP系統電場投放的BEM模擬方法，建立基於圖論的CP陽極布設最佳化算法，並通過鋼混構件原位監測試驗驗證其可靠性；其次，建立表征混凝土孔隙液離子群與孔壁相互作用的PHREEQC模型，進而得到耦合CP電場下粒子場演化的FEM模擬方法，並通過鋼混構件內離子群監/檢測試驗驗證其可靠性；第三，探索超低功率異構源自集能多指標監測節點的構建模式，進而建立支持高效數據傳輸和自適應實時調控的無線網路CP控制系統；最後，集成重大鋼混結構用腐蝕監測與CP控制一體化原型系統，並通過典型侵蝕環境聯合作用下的鋼混橋樑模型試驗，綜合驗證該系統的可靠性。本項目的研究工作，具有重要的學術價值與顯著的社會、經濟效益和廣闊的套用前景。

結題摘要

鋼筋腐蝕是降低鋼混結構耐久性並造成重大損失的最主要原因, 目前我國已完成腐蝕狀況及控制戰略調查工作，2014年我國腐蝕總成本約占當年GDP的3.34%。鑒於鋼筋腐蝕的重大危害和緊迫形勢，全世界範圍內正投入大量人力、物力與財力探索腐蝕控制方法。國內外大量的工程實踐結果表明，基於實時監測信息的先進陰極保護（Cathodic Protection, CP）腐蝕控制系統的研究勢在必行。腐蝕監測與控制一體化，是實現重大鋼混結構腐蝕精確、可靠控制的根本途徑。 本項目立足於智慧地球思想的核心內涵，圍繞無線自集能腐蝕監測與CP 控制一體化自治系統，採用理論研究、數值仿真與實驗驗證相結合的方法展開研究。首先，研究了複雜邊界與內環境下CP 系統電場投放的有限元數值模擬方法，建立基於成本最低的陽極布設最佳化算法，並通過梁與柱典型鋼混構件原位監測試驗驗證其可靠性；其次，建立了表征混凝土孔隙液離子群與孔壁相互作用的物理化學本質作用模型，進而得到了耦合CP 電場下粒子場演化的有限元數值模擬方法，並通過鋼混構件內離子群監/檢測試驗驗證其可靠性；第三，研製出水泥基/多尺度碳剛性和離子與電子共導電柔性陽極材料，並對其性能進行了試驗驗證；第四，得到了超低功率異構源自集能多指標監測節點的構建模式，建立了支持高效數據傳輸和自適應實時調控的無線網路CP 控制系統；最後，集成了重大鋼混結構用腐蝕監測與CP 控制一體化原型系統，並通過典型侵蝕環境聯合作用下的鋼混橋樑模型試驗，綜合驗證了系統的可靠性。 本項目的研究工作，從結構耐久性的層面豐富和發展了重大工程結構健康監測與控制基礎理論、實用方法和核心技術，提升了我國重大工程防災減災基礎理論研究水平，具有重要的學術價值與顯著的社會、經濟效益和廣闊的套用前景。