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

项目名称推荐单位推荐国家科技进步奖项目公示项目名称推荐单位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。主要知识产权证明日录：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：ZL201210291252.52、 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：ZL200810006474.13、 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：ZL201110137234.74、 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：ZL201010173606.75、 林峰；顾祥林；崔玮。试件受扭试验系统。专利号：ZL200910054344.X6、 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：ZL201210336603.X7、 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：ZL201110432140.28、 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：ZL201010223522.X9、 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：ZL201110087193.5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：ZL200520046882.1。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，2012SR0518382、 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，GJYJGF037-20122、 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：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。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；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；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。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：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。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。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。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。相关研究成果获中冶集团科技进步一等奖。3、 同济大学对既有建筑物结构检测与评定方法、旧危房屋抗震安全性评定、建筑结构加固施工设计进行了系统研究工作，对本项目的科技创新和推广应用贡献情况如下：提出了含缺陷焊接钢结构疲劳损伤和寿命预测方法；⑵提出了FRP加固和改善焊接钢节点提升寿命的方法；主编《高耸与复杂钢结构检测与鉴定技术标准》、《既有建筑物结构检测与评定标准》、《旧危房屋抗震安全性评定标准》等国家、行业和地方标准；指导既有建筑物的安全性检测评定、改造、加固和增层的设计与施工，解决了工程设计中关键难题。4、 沈阳建筑大学长期开展既有建筑结构安全性检测评定与加固改造关键技术及其工程应用领域的，主要创新贡献有：（1） 完成了国家“十一五”科技攻关项目子课题，“既有建筑使用技术与改造融资模式研究”和沈阳市科学计划项目“轻钢和网架结构抗风雪灾害可靠性分析及其加固技术应用研究”，以及国家自然科学基金“基于可拓学的既有建筑安全性和抗震性能鉴定理论与方法研究”。（2） 多项既有建筑物的安全性检测评定、改造、加固课题已通过鉴定或验收，部分研究成果达到国际先进水平，并纳入国家和地方标准。（3） 对建筑钢结构安全性检测评定与加固技术研究成果获辽宁省科技进步一等奖。5、 四川省建筑科学研究院对既有建筑钢结构检测与安全评定技术方面开展了大量系统研究工作，对本项目的科技创新和推广应用贡献情况如下：（1） 对地震发生后既有建筑钢结构的快速评估技术进行研究，提出了既有建筑钢结构震后安全状态快速评估方法。（2） 对既有建筑钢结构的检测鉴定方法进行研究，提出既有建筑钢结构按不同建造年代分为三类进行鉴定的划分方法。（3） 研究成果被国家标准《建筑抗震鉴定标准》和行业标准《建筑抗震加固技术规程》采纳，促进了研究成果的推广应用。（4） 结合本项目研究与多家检测机构和高校、科研单位合作，采用以上成果开展既有建筑钢结构的研究和检测鉴定与加固工作，通过将研究成果上升到国家标准的方式实现了技术成果的转化。除在日常的既有建筑钢结构的检测鉴定与加固工作中应用本项目研究成果以外，同时在芦山地震、玉树地震、康定地震中应用本项目的既有建筑钢结构快速评估方法，使本项目研究成果得到了广泛的推广应用。6、 北京市建筑工程研究院有限责任公司主持完成国家“十一五”科技攻关项目子课题、北京市科技新星计划、北京市科技计划课题、住宅和城乡建设部科学技术项目计划等多项课题；对既有建筑结构检测鉴定、可靠性评估及加固技术进行了系统的理论和试验研究，并推广到工程应用，做出了创新性贡献：（1） 系统研究了影响钢结构耐久性的敏感性因素以及结构可靠性评估及预测方法，开发了结构可靠性评估软件，集结构构件、系统可靠性评估预测，结构损伤评估、经济评估、决策评估于一体。同时又能依据现行规范进行评估，获得了软件著作权，并在工程应用；（2） 从基于案例推理的结构事故分析方法入手，通过结构破坏的特点、对收集大量事故案例的分析、结合事故案例推理特点，建立事故案例模糊检索方法与知识索引模型与事故分析方法，最大化的利用以往事故案例的经验知识，最终为钢结构事故信息平台提供理论方法基础，并对钢结构事故进行了系统分析。获得了软件著作权，并在工程应用；（4）结合本项目研究与多家设计和施工单位合作，完成了大量既有建筑的检测鉴定与加固工作，解决了工程中关键问题，实现了研究成果的转化。7、 浙江精工钢结构集团有限公司主持完成多项大型建筑钢工程项目的改扩建、加固施工，并对建筑钢结构工程的改造加固施工技术进行了创新并推广应用于多个工程项目，主要贡献如下：在完成既有大跨建筑钢结构改扩建工程施工过程中，解决了负载加固改造工程施工的技术难题，技术创新达到国际先进水平；在应用和实践的基础上，发展了既有建筑钢结构改造扩建的施工新技术，授权发明专利，研发了大跨钢结构负载加固的国家级工法；通过多项工程实践，研究总结了多项技术成果，并成功应用于工程项目施工，取得了显著的经济效益、社会效益和环境效益。8、中国京冶工程技术有限公司主持完成大量大型厂房建筑钢工程项目的加固施工，并对建筑钢结构围护系统的抗风揭检测加固技术进行了创新，主要贡献如下：创新了工业建筑钢结构的检测、评定技术，并将应用于钢结构厂房疲劳剩余寿命评估。发展了碳纤维加固和修复损伤钢结构加固技术，解决了既有工业建筑钢结构修复与加固的技术难题。发展了建筑钢结构金属围护结构抗风性能检测试验新技术和新方法，为金属屋面板的选型和优化提供了依据。相关研究成果已广泛应用于大型公共建筑钢结构检测鉴定和加固改造工程中，成功解决了建筑钢结构在强风、动载等环境下建筑钢结构检测加固问题。主要完成人情况：（具体报名包括完成人姓名、排名、技术职称、工作单位、完成单位、对本项目技术创造性贡献、曾获国家科技奖励情况）1、 石永久，第一完成人，教授，清华大学（1） 主持完成国家“十一五”科技攻关子课题；（2） 建立了钢结构节点和连接的检测和鉴定方法，研究成果纳入《复杂高耸钢结构检测评定技术规范》；（3） 给出了负载下钢结构节点与构件加固设计方法,研究成果纳入《钢结构加固设计规范》；（4） 对创新点1、2、3做出重要贡献。（5） 2011年获国家科技进步二等奖，排名第一2、 王元清，第二完成人，教授，清华大学（1） 主持完成国家“十一五”科技攻关子课题；（2） 建立了钢结构顶部加层和跃层夹层技术及设计方法，研究了钢结构栓焊并用加工设计方法，研究成果纳入《钢结构高强度螺栓连接技术规程》；（3） 完成了负载下钢结构节点与构件加固设计方法，研究成果纳入《钢结构加固设计规范》；（4） 对创新点1、2、3做出了重要贡献。（5） 2009年获国家科技进步二等奖，排名第四；2011年获国家科技进步二等奖，排名第五3、 郑云，第三完成人，教授级高工，中冶建筑研究总院有限公司（1） 长期从事工程结构可靠性鉴定加固研究，致力于建筑钢结构加固技术推广和应用；（2） 完成大量建筑结构诊治和改造，提出钢结构疲劳损伤检测鉴定及剩余疲劳寿命评估、圆弧端钢吊车梁疲劳损伤检测鉴定及剩余疲劳寿命评估方法；（3） 建立了工业厂房钢结构鉴定方法，研究成果纳入《工业建筑可靠性鉴定标准》、《火灾后建筑结构鉴定标准》等国家标准规范；（4） 对创新点1、2、3做出了重要贡献。4、 顾祥林，第四完成人，教授，同济大学（1） 提出了焊接结构疲劳损伤和寿命预测和评价方法；（2） 提出了采用FRP加固焊接钢结构节点的分析计算方法；（3） 主编《既有建筑物结构检测与评定标准》、《旧危房屋抗震安全性评定标准》等技术标准；（4） 对创新点1、2、3做出了重要贡献。5、 刘明，第五完成人，教授，沈阳建筑大学（1） 主持完成国家“十五”和“十一五”科技支撑计划子课题等；（2） 提出了既有建筑结构安全性检测评定技术、轻钢和网架结构风雪灾害评估、负载下杆件和檩条置换及加固技术，研究成果出版学术专著，并在工程中成功应用；（3） 出版学术专著1部，授权发明专利1项；（4） 对创新点1、2、3做出了重要贡献。6、 岳清瑞，第六完成人，教授级高工，中冶建筑研究总院有限公司（1） 对厂房钢结构疲劳可靠度、碳纤维加固钢结构理论及应用进行了深入研究，开发了钢吊车梁疲劳损伤检测鉴定及剩余疲劳剩余寿命评估方法，解决了建筑钢结构吊车梁疲劳损伤检测评估及疲劳剩余寿命评估的技术难题；（2） 首次提出碳纤维（CFRP）加固钢结构的“三维实体-弹簧-板壳”计算模型和理论机理，提出CFRP加固疲劳损伤钢结构提高剩余疲劳寿命的加固技术。（3） 出版学术专著1部，研究成果纳入《工业建筑可靠性鉴定标准》，指导工程应用；（4） 对创新点1、2、3做出了重要贡献；（5） 2013年获国家科技进步二等奖，排名第一7、 左勇志，第七完成人，教授级高工，北京市建筑工程研究院有限公司（1） 完成结构可靠度敏感性分析方法、钢结构事故分析及其处理关键技术、既有建筑幕墙安全性综合评估方法研究；（2） 完成混凝土结构可靠性评估系统，并取得软件著作权；（3） 主持多项重大建筑钢结构工程的安全性检测评定和加固改造项目；（4） 对创新点1、2、3做出了重要贡献。8、 吴体，第八完成人，教授级高工，四川省建筑科学研究院（1） 主持和参加完成国家“十一五”科技攻关子课题及四川省科研项目；（2） 发展并建立了建筑结构震后快速检测技术，提出了按不同建造年代分为三类进行鉴定的划分方法；（3） 研究成果纳入国家标准《建筑抗震鉴定标准》和行业标准《建筑抗震加固技术规程》，促进