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教育部推荐 2014 年度国家科学技术奖公示内容


教育部推荐 2014 年度国家科学技术奖公示内容
项目名称:预应力混凝土结构的创新与工程应用 项目简介: 本项目研究属土木工程中预应力混凝土结构的科学技术范畴。 自 2000 年以 来,以我国预应力学科带头人吕志涛院士为首的科研团队,瞄准国家工程建设重 大需求和预应力混凝土结构的前沿技术发展,系统研究并解决了大跨、超长、重 载等复杂预应力混凝土结构中的几大关键难题——裂缝控制、变形控制、抗震 设计等理论和应用问题, 并开展了预应力混凝土技术在高新技术和特种结构中的 创新应用研究,取得了一大批具有自主知识产权的原创性成果,引领我国预应力 混凝土科学技术跨越式发展,提升了我国土木工程领域的国际学术地位。 1. 主要技术内容: (1) 建立和完善了现代预应力混凝土结构的设计计算理论体系。创新性地建 立了用于预应力混凝土结构应力扰动区(D 区)设计的力流线解析模型和数值生 成方法,提出了 D 区拉压杆模型构建的最小应变能构形等准则,解决了相应的 构形不确定性难题。提出了基于结构变形的力筋极限应力计算方法和桁-拱叠加 模型,完善了体外预应力混凝土梁的抗弯抗剪设计方法。系统提出了长、短期荷 载作用下,有粘结、部分粘结与体外预应力 FRP 筋混凝土梁的设计计算方法。 建立了预应力钢-混凝土组合框架结构的恢复力模型, 提出了预应力型钢混凝土 梁-钢管混凝土柱框架节点受剪承载力计算公式。 (2) 攻克了大跨、超长、重载预应力混凝土结构的裂缝与挠度控制等技术难 题。考虑温度裂缝对轴向刚度的折减,建立了超长混凝土结构间接内力的计算方 法,基于间接作用与直接作用的耦合效应,提出超长预应力混凝土结构“抗”、 “放”结合的抗裂设计新方法及相应的构造措施。 提出了混凝土收缩徐变三层次 试验方法,得到适用于高强混凝土的修正收缩徐变模型,完成了预应力混凝土梁 3000 天长期性能试验,发展了相应的长期变形计算方法。建立了大跨度预应力 混凝土桥梁的微挠度理论和合理成桥状态设计方法, 并成功应用于大量公路预应

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力混凝土桥梁以及磁悬浮轨道交通工程、高铁桥梁的设计,自主研发了智能预应 力控制技术。建立了考虑组合梁截面自应力与连续梁约束次应力影响的、预应力 钢-混凝土组合梁长期变形的计算方法。 (3) 解决了多层多跨预应力混凝土结构抗震设计若干难题,突破了预应力结 构在地震区应用的技术限制。系统地建立了预应力混凝土梁、空间节点与框架的 恢复力模型,提出了加强边柱的方法以实现混合铰机制,从而提升预应力混凝土 框架结构的抗震能力,开发了预应力混凝土框架滞回全过程(包括下降段)分析 软件。建立了预应力 FRP 筋混凝土梁截面弯矩-曲率恢复力模型,提出了预应 力 FRP 筋混凝土梁抗震设计建议。建立了预应力钢-混凝土组合框架结构的恢 复力模型, 提出了预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土柱框架节点受剪承载力计算 公式。建立了预应力混凝土转换层结构在地震作用下的恢复力模型,提出了高层 建筑预应力混凝土转换层结构的抗震设计方法与构造措施。 (4) 研发了环向预应力特种结构高效锚固体系,形成了环向预应力设计理 论。研发了适用于核电安全壳的高效预应力锚固体系,实现了国内核电用预应力 产品国产化。优化了第三代预应力混凝土安全壳的环向预应力筋布置形式,完善 设计寿命为 60 年预应力混凝土安全壳的预应力设计理论,提高了抗裂安全度。 开展了多座大跨斜拉桥索塔锚固区足尺模型试验, 研究了环向预应力的优化配束 方式和抗裂性能。 2. 授权专利情况、技术经济指标 主编国家标准与行业标准 9 部,参编 4 部;主编地方标准 2 部。出版著作 5 部,其中《现代预应力结构体系与设计方法》入选 2011 年国家新闻出版总署 “三个一百”原创出版工程。发表 SCI 收录论文 25 篇(其中,在国际权威期刊 —ACI、ASCE 系列期刊上发表论文 14 篇)、EI 收录论文 80 篇。授权国家发 明专利 12 项,新型实用专利 10 项。经科技查新和专家鉴定,本项目成果达到 国际领先水平。 3. 应用推广及效益情况

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本项目成果已应用于苏通大桥、京沪高铁济南西客站、上海磁浮轨道交通 工程、方家山核电站等近百项建筑、桥梁、轨道交通和特种结构工程中,新增产 值超过数十亿元。主(参)编的国家标准与行业标准完善了我国技术标准体系, 指导了全国预应力混凝土工程的建设。成果的应用提升了结构安全与耐久性能, 降低了全寿命周期成本, 项目还建设了国家预应力工程技术中心和教育部混凝土 及预应力混凝土重点实验室,推动了我国土木工程领域的科技进步。 主要完成人对本项目的贡献: (1)吕志涛:主持本项目的总体规划、技术方案制定与实施工作,主持完成了 预应力钢筋混凝土结构以及预应力混凝土技术在特种结构中的创新应用研究。 领 导的预应力混凝土结构学术研究团队,在预应力钢筋混凝土结构的静力性能、抗 震性能与长期性能以及预应力混凝土技术在特种结构中创新应用等方面开展了 长期、系统的创新研究,解决了许多重大预应力混凝土结构工程中的关键技术难 题。对创新点 1、2、3、4 均有贡献。曾获 1998 年度国家级科技进步二等奖(排 名 2)、1998 年度江苏省科技进步一等奖(排名 1)等。 (2)薛伟辰:参与本项目的研究思路制定,主持完成了本项目中预应力 FRP 增 强混凝土结构与预应力钢-混凝土组合结构的研究。在预应力钢筋混凝土结构、 预应力 FRP 增强混凝土结构与预应力钢-混凝土组合结构的静力性能、抗震性 能、疲劳性能与长期性能等方面开展了系统创新研究,完成了多项创新技术的研 发与推广应用工作。对创新点 1、2、3 有贡献。曾获 2004 年度建设部华夏建设 科学技术二等奖(排名 1)等。 (3)蒋立红:参与本项目的技术方案制定与技术研发,主持完成了多项预应力 混凝土技术创新应用研究工作。对创新点 1、4 有贡献。 (4)张喜刚:参与本项目的技术方案制定与技术研发,主持负责大跨径预应力 混凝土连续梁桥设计技术研究,完成了苏通大桥主跨 268m 连续刚构等多项预 应力混凝土桥梁技术创新应用研究工作。对创新点 1、2 有贡献。曾获 2010 年 度国家科技进步奖一等奖(排名 1)等。

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(5)冯大斌:参与本项目的技术研发与工程应用研究,主要开展了预应力钢筋 混凝土结构与预应力 FRP 增强混凝土结构的创新研究及其应用研究工作。主编 了《无粘结预应力钢绞线》、《建筑工程用索》、《建筑工程预应力施工规程》 等规范,参编《无粘结预应力混凝土结构技术规程》等规程。对创新点 1、2 有 贡献。 (6)孟少平:参与本项目的总体思路与技术方案的制定,主持预应力钢筋混凝 土结构抗震性能、超长预应力混凝土结构、筒仓、储水池等预应力混凝土特种结 构的研究工作,并开展相关创新成果的推广应用研究工作,解决了诸多预应力混 凝土结构工程的技术难题。对创新点 2、3、4 有贡献。 (7)朱万旭:主持开发了满足核电安全壳需要的预应力锚固体系,并开展相关 创新成果的推广应用研究工作, 解决了诸多特种预应力混凝土结构工程的技术难 题。对创新点 4 有贡献。 (8)程建军:参与本项目的技术研发与成果推广应用工作,负责项目组创新成 果的工程应用研究工作,解决了诸多预应力混凝土结构工程的技术难题。对创新 点 2 有贡献。 (9)苏如春:负责大跨径预应力混凝土连续梁桥施工技术研究,完成了多项预 应力混凝土桥梁技术创新应用研究工作。对创新点 2 有贡献。 (10)贺志启:参与完成本项目中的预应力混凝土结构 D 区力流线解析模型和 拉压杆模型构建准则。提出了预应力混凝土结构应力扰动区(D 区)设计的力流 线模型方法,给出了力流线解析模型和数值生成方法,解决了多种情形下 D 区 的复杂应力解析计算问题, 完善了预应力混凝土结构 D 区设计方法。 对创新点 1 有贡献。 (11)潘钻峰:参与完成本项目中的预应力混凝土结构长期性能研究。开展混 凝土收缩徐变三层次试验研究, 提出并验证了配筋对高强高性能混凝土收缩徐变 的约束影响系数;建立合理强度范围的混凝土收缩徐变试验数据库,通过修正强 度影响因子与时间发展曲线,得到修正收缩徐变模型。考虑收缩徐变模型的不确

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定性系数、环境变异等因素的随机性,对预应力混凝土结构时变效应的不确定性 和敏感性展开了分析。对创新点 2 有贡献。 (12)王景全:对体外预应力进行了较为系统的研究,在受弯性能计算方面创 新地提出了基于挠度的体外预应力增量计算方法, 在受剪性能计算方面基于拓扑 优化方法, 提出了体外预应力受剪计算的拉压杆模型, 并提出了相应的计算公式, 并开展相关创新成果的推广应用研究工作。对创新点 1 有贡献。 (13)刘钊:参与本项目的技术研发与成果推广应用工作,负责预应力混凝土 结构应力扰动区拉压杆模型设计理论的研究。 参与大跨度预应力混凝土桥梁的裂 缝及挠度控制研究,负责南京长江第四大桥体内-体外混合配束节段预制拼装桥 梁的应用研究, 负责多座斜拉桥混凝土索塔锚固区的模型试验和环向预应力配束 研究,对 1、2、4 点有贡献。 (14)郭正兴:参与本项目的总体思路与技术方案的制定,参与预应力混凝土 框架结构抗震性能研究和特种结构施工技术研究, 并开展相关创新成果的推广应 用研究工作,解决了诸多预应力混凝土结构工程的技术难题。对创新点 3、4 有 贡献。曾获 2010 年度国家科技进步奖二等奖(排名 1)。 (15)冯健:参与本项目的总体思路与技术方案的制定,参与完成超长、超大 面积预应力混凝土结构的研究工作,并开展相关创新成果的推广应用研究工作, 解决了诸多预应力混凝土结构工程的技术难题。对创新点 2 有贡献。 曾获奖励情况:2013 年教育部科技进步一等奖

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