本项目以海底水下盾构隧道管片衬砌结构为主要研究对象，采用资料调研、理论分析、数值仿真和电化学腐蚀试验、室内模型实验相结合的方法，针对结构受力性能的衰退演化过程与机理开展了系统研究。调研了跨江越海水下盾构隧道耐久性特征，确立了盾构隧道耐久性主要影响因素；开展了钢筋混凝土室内加速锈蚀及力学加载试验，揭示了钢筋锈蚀引起海底水下盾构隧道材料的劣化机理与劣化过程。根据室内加速锈蚀试验结果建立了基于弹性模量衰减模型的混凝土时效损伤变量，推导了混凝土材料损伤演化模型。采用数值分析及理论分析等研究手段，分析了腐蚀劣化管片接头的抗弯性能，揭示了腐蚀劣化隧道衬砌结构耐久性能及承载能力退化规律，分析了管片接头及自身缺陷等腐蚀劣化对管片衬砌结构力学性能的影响，构建了盾构隧道管片衬砌结构性能劣化计算模型。通过考虑腐蚀劣化效应的管片衬砌结构相似模型试验，研究了侵蚀环境与荷载环境联合作用下管片衬砌结构力学性能的衰退演化规律，探明了不同腐蚀劣化区域、不同荷载条件、不同拼装方式下海底盾构隧道管片结构的受力与形变特征，揭示了腐蚀劣化管片结构开裂、失稳破坏发生发展过程中受力性能的变异过程与阈值。 2100433B

随着国民经济的发展和沿海地区经济建设步伐的加快，跨越海峡和海湾的交通需求与日俱增，海底隧道必将成为我国今后跨越海湾、海峡等水域阻隔的重要手段，渤海湾跨海工程、杭州湾海湾工程、琼州海峡跨海工程等世界级大型海底隧道的建设即将开展。本项研究采用资料调研、理论分析、数值仿真和电化学腐蚀试验、室内模型实验相结合的方法，研究不同环境条件下海底盾构隧道管片混凝土腐蚀劣化特征与性能、不同腐蚀劣化程度下管片接头的力学性能，以及不同腐蚀劣化程度、不同荷载条件、不同拼装方式下海底盾构隧道管片结构的受力与形变特征，旨在探明海底侵蚀环境与荷载环境联合作用下管片衬砌结构力学性能的衰退、演化规律，揭示高水压条件下管片结构腐蚀、开裂、失稳直至灾变溃损的发生发展过程中受力性能的变异机制与阈值，并基于此对海底盾构隧道管片结构体系的设计与性能评价提出建议和指标，以保障海底盾构隧道衬砌结构的长期安全性。

海底光缆是用绝缘外皮包裹的导线束铺设在海底，海水可防止外界光磁波的干扰，所以海缆的信噪比较高；海底光缆通信中感受不到时间延迟；海底光缆的设计寿命为持续工作25年，而人造卫星一般在10到15年内就会燃料用尽。

海底光缆的基本结构为：聚乙烯层、聚酯树酯或沥青层、钢绞线层、铝制防水层、聚碳酸酯层、铜管或铝管、石蜡，烷烃层、光纤束等

海底光缆系统主要用于连接光缆和Internet，它分为岸上设备和水下设备两大部分。岸上设备将语音、图象、数据等通信业务打包传输。水下设备负责通信信号的处理、发送和接收。水下设备分为海底光缆、中继器和“分支单元”三部分：海底光缆是其中最重要的也是最脆弱的部分。

深海光缆的结构比较复杂：光纤设在U形槽塑料骨架中，槽内填满油膏或弹性塑料体形成纤芯。纤芯周围用高强度的钢丝绕包，在绕包过程中要把所有缝隙都用防水材料填满，再在钢丝周围绕包一层铜带并焊接搭缝，使钢丝和铜管形成一个抗压和抗拉的联合体。在钢丝和铜管的外面还要再加一层聚乙烯护套。这样严密多层的结构是为了保护光纤、防止断裂以及防止海水的侵入。在有鲨鱼出没的地区，在海缆外面还要再加一层聚乙烯护套。

海底光缆的结构要求坚固、材料轻，但不能用轻金属铝，因为铝和海水会发生电化学反应而产生氢气，氢分子会扩散到光纤的玻璃材料中，使光纤的损耗变大。因此海底光缆既要防止内部产生氢气，同时还要防止氢气从外部渗入光缆。为此，在90年代初期，研制开发出一种涂碳或涂钛层的光纤，能阻止氢的渗透和防止化学腐蚀。光纤接头也要求是高强度的，要求接续保持原有光纤的强度和原有光纤的表面不受损伤。

本课题面向目前桥梁结构疲劳寿命预测领域尚无法考虑桥梁服役期内由于材料性能劣化、局部损伤累积、交通流量增加等重要因素所导致的疲劳性能衰退的问题，研究了涉及结构疲劳性能衰退的结构多尺度的建模策略、模型修正和验证技术、结构最不利部位的疲劳损伤检测技术、以及桥梁关键构件疲劳状态评定、寿命预测与可靠性评估等关键问题。一方面，结合大跨桥梁结构健康监测系统，基于实时监测信息和时间多尺度分析与信息集成、分离与提取技术,研究了结构疲劳状态反演(反分析)的疲劳状态识别方法，对当前结构响应指纹信息进行提取并完成了程序实现。另一方面，突破了单一的反分析的诊断方法，建立了以疲劳损伤累积和劣化过程分析为目标的桥梁结构一致多尺度有限元模型，探讨了多尺度模型的修正和验证技术，基于该模型模拟和分析了桥梁结构疲劳损伤累积和抗力衰减的过程，并在结构疲劳性能衰退分析基础上预测结构疲劳寿命并进行了疲劳可靠度的更新。主要研究内容有：建立了一个兼顾结构整体尺度、局部构件尺度和局部细节尺度的桥梁结构有限元模型，实现了在同一模型上同时提取结构整体响应、焊接细节处局部损伤累积信息；研究了基于桥梁竣工试验的测试信息和健康监测信息的模型修正和模型验证技术，为结构状态评估和失效仿真分析提供了准确的基准模型；进一步深化多尺度有限元模型，针对疲劳裂纹萌生和疲劳裂纹扩展两个不同阶段，建立了面向结构疲劳性能衰退分析和疲劳状态评估为目标的多尺度模型；基于桥梁监测信息和人工检测、无损探伤等手段获得的桥梁结构锈蚀、裂纹、损伤状态修改和修正模型; 深入研究了环境参数变化和随机性因素对结构疲劳状态特征指标的影响，确保在变化的环境参数下能够准确识别结构的疲劳状态；创建了基于疲劳性能衰退过程分析进行桥梁结构关键焊接构件、缆索锚固区和钢箱梁体系的疲劳寿命预测与时变可靠性评估方法。最后，编制了与桥梁结构健康监测系统相配套的疲劳寿命和疲劳可靠性可视化的程序，以期与现有的疲劳状态识别和寿命预测的软件相集成，为大跨桥梁疲劳损伤的及早侦测和准确的寿命评估提供依据。借助本项目的资助，完成论文7篇，其中SCI收录4篇，EI收录3篇，完成专著1部，参与的项目“长大跨桥梁结构状态评估关键技术与应用”，分别获得2012年度江苏省科技进步一等奖，和2013年度国家科技进步二等奖。已经受理的发明专利4项。 2100433B

目前桥梁疲劳寿命预测尚无法考虑桥梁服役期内由于材料性能劣化、局部损伤累积以及交通流量增加等重要因素所导致的疲劳性能衰退。本课题拟结合桥梁结构健康监测系统，建立以疲劳损伤累积过程分析为目标的桥梁结构多尺度有限元模型，模拟和分析桥梁结构疲劳损伤累积和抗力衰减的过程，并在结构疲劳性能衰退分析基础上预测疲劳寿命。主要研究内容有：建立一个兼顾结构整体尺度、局部构件尺度和局部细节尺度的桥梁结构有限元模型，以实现在同一模型上同时提取结构整体响应、焊接细节处局部损伤累积信息；基于桥梁监测信息和人工检测、无损探伤等手段获得的桥梁结构锈蚀、裂纹、损伤状态修改和修正模型；探索典型桥梁焊接构件和锚固件在不同钢结构局部锈蚀程度上，其疲劳强度衰退模型；创建基于疲劳性能衰退过程分析进行桥梁结构关键焊接构件、缆索锚固区和钢箱梁体系的疲劳寿命预测与时变可靠性评估方法，为大跨桥梁疲劳损伤的及早侦测和准确的寿命评估提供依据。