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项目名称:既有建筑钢结构检测评定与加固改造关键技术及工程应用

推荐单位:中国钢结构协会

完成单位：清华大学，中冶建筑研究总院有限公司，同济大学，沈阳建筑大学，四川省建筑科学研究院，北京市建筑工程研究院有限公司，浙江精工钢结构集团有限公司，中国京冶工程技术有限公司

完成人：石永久，王元清，郑云，顾祥林，刘明，岳清瑞，左勇志，吴体，侯兆新，洪国松，张德海，李建洪，李少甫，龚超，宗亮

项目简介：

我国大量既有工业与民用建筑钢结构随着使用年限的增加出现了结构性能退化、安全性和耐久性降低的问题，工业建筑钢结构的腐蚀和疲劳损伤问题尤其突出，建筑钢结构受地震、火灾和暴风雪等自然和人为灾害的作用，也造成了既有建筑钢结构不同程度的破损，部分建筑年久失修，存在安全隐患，且使用功能不完善，房屋舒适性低，亟待更新改造和功能提升。我国的建筑钢结构已进入改造和新建并重阶段，提出了发展对既有建筑钢结构安全性检测评定与加固改造新技术的战略需求。

本项目在国家自然科学基金、国家“863”、国家“十一五”科技攻关项目等国家、省部级科研计划的资助下，结合重大工程应用需求，解决了既有建筑钢结构安全性检测评定与加固改造的关键技术难题，本项目的主要创新点有：

（1）提出了既有建筑钢结构的灾害评估新技术，建立了轻钢和网架结构风雪灾害评估和设计方法，提出了火灾后钢结构损伤评估技术，建立了基于案例数据库的建筑钢结构事故分析方法，提出了建筑钢结构震后快速评估方法，解决了建筑钢结构地震灾害评价问题。

（2）发展了建筑钢结构抗风揭性能检测新方法；建立了基于断裂力学和累积损伤理论的厂房建筑钢结构疲劳损伤检测评定方法，揭示了在役钢吊车梁疲劳可靠度变化规律，提出了含裂纹缺陷钢结构构件及焊接接头安全性评定的断裂力学分析方法。

（3）研发了既有建筑钢结构加固改造新技术，建立了既有钢结构构件、节点和体系的加固新方法，提出了钢结构疲劳损伤修复和加固技术，建立了负载下建筑钢结构加固与置换技术；发明了既有建筑钢结构加层与扩建新技术。

本项目研究成果实现了对既有建筑钢结构安全性的检测、鉴定和加固技术的重要创新，显著提升了既有建筑钢结构的使用品质、保证结构安全可靠，有利于保护环境，符合可持续发展的战略具有突出的技术进步推动作用。

推广应用情况：

本项目研究成果获得授权发明专利9项、国家级工法2项，实用新型专利1项，在国内外发表学术论文150余篇，其中sci论文10篇，ei论文50篇，出版专著3部，主要研究成果已纳入多部国家、行业、地方标准，主编和参编了《钢结构加固设计规范》、《高耸与复杂钢结构检测与鉴定技术标准》、《工业建筑可靠性鉴定标准》等9部国家和行业标准，3部地方和专项标准，实现了科技成果的转化，推动了行业的科技进步，规范了既有建筑结构加固改造时的检测评定、设计与施工，得到了广泛的推广应用。

本项目研究成果项目研究成果在人民大会堂、北京工人体育场、新加坡环球影城、高铁站房和各类厂房钢结构等国内外近百个既有建筑钢结构安全性检测评定和改造加固工程中成功应用，取得了显著的经济效益和社会效益。

曾获科技奖励情况：

2011年中冶集团科技进步一等奖，2012年辽宁省科技进步一等奖，2012年中冶集团科技进步一等奖，2014年中国钢结构协会科学技术特等奖。

主要知识产权证明目录：

本项目取得9项授权发明专利，1项实用新型专利，2项国家级工法，2项软件著作权。

发明专利

1、王元清；周晖；石永久。一种咬扣式金属屋面板抗风加固自适应装置。专利号：zl 201210291252.5

2、侯兆欣；刘浩；魏云波；吴明超；蔡昭昀。屋面板抗风标准试验装置及试验方法。专利号：zl 200810006474.1

3、吴伟杰；许超诣；刘中华；洪国松；李建洪；高良；郑雪祥；胡向萍；黄利顺。一种既有大跨度桁架扩建方法。专利号：zl201110137234.7

4、石永久；孙巍；王元清；施刚。一种用于土木工程中温度应力测量的温度控制装置。专利号：zl 201010173606.7

5、林峰；顾祥林；崔玮。试件受扭试验系统。专利号：zl 200910054344.x

6、王元清；刘希月；石永久。用于装配式冷弯型钢结构连接的销轴法兰节点结构。专利号：zl 201210336603.x

7、吴伟杰；吴长路；蔡文刚；张悦；杨智艳；王玉生；单云；高良；李建洪；陈水祥；吴亚东；林海通；李赞等。既有大跨度桁架结构扩建后支撑阶梯状卸载方法。专利号：zl 201110432140.2

8、侯兆新；孙庆东；钱刚毅；隋作刚；张慧东；缪友武；彭铁红。一种钢筋混凝土外包钢板复合防爆柱及施工方法。专利号：zl 201010223522.x

9、张德海；孙晓伟 ；姜肇琴。一种轻钢结构屋面雪荷载超载保护装置。专利号：zl 201110087193.5

实用新型专利

1、顾祥林, 高鹏, 张伟平, 李翔. 碳纤维布加固梁张拉锚固机构。专利号：zl 2005 2 0046882.1。

软件著作权

1、北京市建筑工程研究院有限责任公司。钢结构事故分析与处理信息化平台软件，2012sr051838

2、北京市建筑工程研究院有限责任公司。火灾后钢结构剩余承载力及损伤评估系统，2014sr090915

国家级工法

1、浙江精工钢结构集团有限公司。负载运营的大跨度桁架扩建工法，gjyjgf037-2012

2、中国京冶工程技术有限公司。复杂钢结构仿真施工工法，gjyjgf032-2010

主要完成单位及创新推广贡献：

1、清华大学

对既有建筑结构安全性检测评定与加固技术进行了系统的理论和试验研究和工程应用推广方面做出了创新性贡献：

(1)研究了钢结构检测与评定技术，建立了轻钢和网架结构抗风雪灾害可靠性分析方法，提出了钢结构连接和节点安全性的检测与评估方法。

(2)系统研究了既有建筑结构加固新技术，及其力学机理和设计方法，建立了负载钢结构构件和节点加固分析与设计方法；

(3)基于研究成果主编了国家标准《钢结构加固设计规范》等，参编《高耸与复杂钢结构检测与鉴定技术标准》、《既有建筑评定与改造技术规范》、《建筑金属板围护系统检测鉴定及加固技术标准》等，促进了研究成果的推广应用；

(4)结合本项目研究与多家设计和施工单位合作，完成了大量采用既有建筑结构安全性检测评定与加固技术的分析和设计工作，解决了工程设计中关键问题，实现了技术成果的转化。

(5)相关研究成果获中国钢结构协会科学技术特等奖项、辽宁省科技进步一等奖项。

2、中冶建筑研究总院有限公司

对建筑钢结构可靠性鉴定、加固修复研究进行了深入研究，对厂房建筑钢结构疲劳可靠度、建筑钢结构疲劳损伤检测鉴定及剩余疲劳寿命评估方法的做出创新性贡献：

(1)创新了厂房建筑钢结构疲劳损伤检测、评定理论与方法体系。首次提出了钢结构疲劳剩余寿命评估的成套技术，解决了厂房建筑钢结构疲劳损伤检测、评定和剩余疲劳寿命评估的关键技术难题。

(2)率先对在役钢结构吊车梁承受的疲劳荷载效应与等效等幅应力进行了统计分析。视吊车荷载与疲劳强度为随机过程，建立了基于极限应力模式的疲劳动态可靠性分析模型及基于累积损伤模型的疲劳动态可靠性分析模型，解决了在役钢吊车梁疲劳可靠度校准研究的难题。

(3)开发了修复钢结构疲劳损伤的关键技术、提出碳纤维加固疲劳损伤钢结构的理论机理和提高剩余疲劳寿命方法，提出了钢结构疲劳损伤修复、加固效果评价技术，解决了既有工业建筑钢结构疲劳损伤修复与加固的技术难题。

(4)相关研究成果已广泛应用于冶金、石化、机械、电力行业的厂房建筑钢结构检测鉴定和加固改造工程中，成功解决了上百项建筑钢结构在腐蚀、重载、动载等环境下建筑钢结构诊治问题，经济效益和社会效益显著。

(5)相关研究成果获中冶集团科技进步一等奖。

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