基于磁弹效应的钢结构应力监测方法，由于具有与被测构件无机械接触、耐腐蚀、结构简单、使用寿命长、不需要了解受力历史便能实现对应力绝对值的监测等优点，成为一种很有潜力的在役钢结构应力监测方法。然而由于采用测量线圈作为信号检测元件，现有的磁弹仪响应慢，信号弱，精度低，同时体积大、对励磁要求高、与励磁线圈存在互感效应，因而限制了其推广应用。本项目提出了一种基于磁弹效应和磁电材料的新一代应力传感器—磁电磁弹式(EME)应力监测装置，利用智能磁电传感元件代替测量线圈作为信号检测元件，实现对钢结构的在役应力监测。智能磁电传感元件是由智能磁电层合材料制成的，具有体积小、响应快、磁场灵敏度高、磁电转换系数高、价格低等优点，大大提高了传感器的性能。 遵照研究计划，本项目出色地完成了预定研究任务，实现了预定研究目标。 对用于一维应力监测的套筒式磁电磁弹仪和面向一维及二维应力监测的旁路式磁电磁弹仪，进行了理论分析、数值仿真、样机制作和实验研究。 在此基础上，研发了基于Labview平台的套筒式磁电磁弹应力监测系统，通过实验室小型构件实验、实验室足尺拉索实验、面向工程应用的索厂实索标定，证明了所研发的应力传感器比传统的磁弹传感器具有测量精度高、响应速度快、信噪比高、易于安装等优点。 现已将其应用到浙江省椒江二桥上进行斜拉索索力的智能监测，成为一套较为完善的磁电磁弹式（EME）斜拉索索力智能监测系统。本项目已发表科研论文29篇（SCI 8篇、EI 7篇、其他核心期刊及国际会议论文14篇），出版著作1部，申请中、美、日、韩等国家发明专利6项（其中3项已授权）。组织或参与组织国际学术会议3次，参加国际学术会议16人次（邀请报告6次）。培养博士生 2 人（在读1人，毕业1人），硕士生11人（在读7人，毕业4人）。本项目的创新性在于，提出并研发了一种基于磁弹效应和磁电材料的新型钢结构应力传感器—磁电磁弹式应力传感器，并首次将其应用到实际工程进行斜拉索索力智能监测；提出并研究了旁路式磁电磁弹应力监测装置，可为在役钢结构的一维及二维应力监测提供解决方案。本项目的研究成果既可以应用于大量在役空间钢结构，也可以扩展到我国急需的高速铁路铁轨监测、石油输送钢管监测、高压输电铁塔监测等领域，具有广泛的应用前景。 2100433B

构件应力水平是决定结构安全的最重要因素之一。在我国，大量早期空间钢结构已服役数十年，现代大跨空间钢结构被广泛应用于工业厂房和大型体育场馆等标志性社会公共建筑,监测在役空间钢结构构件的实际应力（而非相对变化量）用于结构安全评估已成为一项迫切而重要的科学与工程任务。然而，目前常用的应力/应变监测方法（如电阻式、振弦式、光纤式应变仪或振动频率法）都无法或难以实现在役空间钢结构的应力监测。本项目拟基于铁磁材料的磁弹效应，应用智能磁电层合材料作为信号检测元件，通过理论分析、数值模拟、实验研究和现场测试等方法，研究在役空间钢结构构件（钢索、钢棒、钢管、型钢、钢板等）在拉、压、弯、剪、扭及其组合受力下的应力监测方法与装置，探索旁路式多磁极磁路设计、最佳励磁工作区间选择、温度补偿及磁隙影响控制等关键问题的有效解决方案，实现对在役空间钢结构构件应力的实时在线无损监测，为空间钢结构的安全评估提供科学依据。

随着时间的推移，空间钢结构荷载变化、预应力松弛，钢材腐蚀等一系列问题将逐渐凸显出来，为结构的安全性能带来隐患，因此如何评估荷载变化、预应力松弛、材料腐蚀对在役空间钢结构安全性能的影响，如何根据结构真实性能给出合理的处理意见，提出合适的加固补强措施，对延长其使用寿命，节省资源具有重要意义。为此申请人对在役空间钢结构进行了以下主要研究工作： （1）圆钢管构件非均匀温度荷载研究 对圆钢管构件实际日照下非均匀温度场分布进行了系统的试验与模拟研究，研究了不同辐射强度、不同风速、不同尺寸大小以及涂层对构件温度场的影响规律，得到了圆钢管日照温度场分布规律；并采用温度场数值模拟方法对温度场试验进行了模拟分析，验证了构件温度场数值模拟方法的准确性，分析了不同参数对圆钢管日照非均匀温度场的影响规律；得到了影响圆钢管构件温度场的主要控制参数，为在役结构非均匀温度场的分析提供了技术参考。 （2）预应力结构索力松弛后整体结构性能研究 对现有索预应力松弛模型进行了归纳总结，并开发了索力松弛分析子程序，对典型预应力结构进行了不同松弛程度的结构安全性能分析，总结索力松弛对预应力结构安全性能的影响规律；并针对现有预应力结构索力测量方法进行研究，基于传统频率法索力测量技术，给出了多索频率法索力测量方法，为在役结构预应力松弛后的索力测量提供了技术参考。 （3）圆钢管构件腐蚀后力学性能研究 设计了圆管构件大气、游泳馆、海洋等不同环境下的自然腐蚀试验和加速腐蚀试验；分析不同腐蚀模式下圆钢管稳定承载力退化规律，并开发等效壁厚折减法对腐蚀后圆钢管承载力试验进行模拟分析，验证模拟方法的可靠性，在此基础上，对不用腐蚀模式及不同腐蚀程度的圆钢管承载力进行了大规模参数分析和敏感性讨论，给出了不同腐蚀模式及腐蚀程度对圆钢管承载力退化影响规律及其腐蚀后承载力计算方法。 2100433B

上世纪80年代是我国大跨空间钢结构发展的第一个高潮期，如今第一批大跨空间钢结构即将进入其设计使用年限后期，为了更好的根据结构真实性能给出合理的处理意见，提出合适的加固补强措施，使这些重要的大型空间结构得到充分利用，延长其使用寿命，达到节省资源，和谐发展的目的，申请者以我国在役大跨空间钢结构为研究对象，针对其服役过程中的安全性能展开研究：（1）对在役大跨空间钢结构的力学性能检测技术进行研究，建立适合于该类结构的性能检测方法（2）对在役大跨空间网格结构安全性能进行研究，给出其安全性能评估方法和标准；（3）对在役大跨预应力结构安全性能进行研究，给出其安全性能评估方法和标准。通过本项目的研究建立在役大跨空间钢结构安全性能评估相关科学问题的完整理论体系，并获得技术突破，为我国解决即将到来的大跨空间钢结构老化期所带来的一系列问题提供技术保障。

1、桥梁性能诊断:在役桥梁结构性能诊断、预测理论与方法研究；混凝土桥梁结构性能快速评定系统开发研究；基于动力参数或易检测结构参数信息的桥梁结构性能评估与预测技术研究；桥梁健康监测及诊断技术的开发研究；桥梁工程中的信息技术研究。

2、桥梁安全评价：桥梁安全评价理论与方法研究；桥梁结构安全评定指标研究；桥梁抗自然灾害（撞击、洪水、泥石流等）能力研究；桥梁耐候（寒、沙尘暴、酸雨等）能力研究。

3、桥梁抗震及评估：桥梁结构抗震分析；在役桥梁结构抗震性能评估理论与方法研究；桥梁结构抗震性能检测方法研究；桥梁结构抗震性能评估标准研究；桥梁抗（减、隔、防）震构造措施与抗震能力研究；

4、桥梁抗风及评估：桥梁结构抗风分析；在役桥梁结构抗风性能评估理论与方法研究；桥梁结构抗风性能检测方法研究；桥梁结构抗风性能评估标准研究；桥梁抗风技术改造研究。

5、桥梁时变可靠度：在役桥梁损伤（退化）模型研究；桥梁时变损伤评定理论与方法研究；在役桥梁荷载建模；桥梁结构的耐久性研究；桥梁可靠性评价方法和标准研究；桥梁结构系统可靠度理论研究；桥梁损伤结构残余寿命研究。

6、桥梁极限承载能力：桥梁结构的极限承载能力研究；桥梁结构承载能力标准预测方法研究；桥梁结构承载能力动态（快速）预测方法研究；桥梁结构超载能力研究；桥梁结构剩余承载能力。2100433B