能源和环境问题是社会健康和谐发展的永恒主题，多孔结构结构单元在这些领域的广泛应用将产生不可估量的经济和社会效益。与传统连续介质材料而言,多孔介质结构单元一般具有相对密度低、比强度高、比表面积高、重量轻、隔音、隔热、渗透性好等优点。由于其本身具有的独特性能，多孔介质结构单元已经在我们的日常生活和现代工业生产中得到广泛的应用，包括燃料电池材料、气体传感器、气体隔离器、粒子吸附材料、隔热材料、隔音材料、热交换器、生物反应器等等。 多孔介质结构单元内的单相/两相流动与传热现象在许多工程和科学领域中都有着广泛的研究，涉及包括农业技术，水利工程，生物工程，机械工程，石油化工工程及核动力安全等多个领域。本项目通过对多孔介质结构单元内的流动与传热效应及其特性进行实验和数值理论分析，研究多孔介质结构单元对其内流动传热的影响，改进和提高不同条件下特殊结构的多孔介质单元的使用效能；在此基础上，研发设计新型多孔介质结构单元，并分析其内流动和换热强化/弱化机理。本项目研究一方面是适应当前国内外工程热物理学科前沿研究需要，另一方面也为多孔介质结构单元的实际工程应用提供多种选择和优化设计。

双碳目标下，我国正逐步构建起以新能源为主体的新型电力系统。风电是其中关键一环，发挥着愈加重要的作用。随着风电机组的高度变高，以节省成本为目的进行结构轻量化设计是当前风电发展的必然方向。其中海工基础与风电机组由于设计分工不同，国内一直沿用传统的分离式设计，在塔架底部进行数据交互与迭代设计，导致投资占比增高，设计方法冗余度大，建设阶段成本浪费。如何解决分离式设计的弊端，开发更高效的一体化轻量化设计方法是破局痛点的关键所在。 针对钢制塔筒结构，开展失效型式分析，考察不同参数对钢筒性能的影响；针对海上风电机组基础结构成本高、材料浪费严重的问题，以NREL 5MW海上风电机组的三脚架和导管架基础结构为例开展拓扑优化轻量化设计研究，最终实现结构轻量化设计，得到性能更优，质量更轻的海上风电机组基础结构。 创新点 针对钢制塔筒结构，开展了各类失效型式分析，并考察了设计参数对结果的影响，形成一套钢制塔筒轻量化设计方法。 以5MW海上风电机组模型作为参考模型，将拓扑优化方法引入海上风电机组三脚架和导管架支撑结构的轻量化设计，并进行模态分析、刚强度计算，得到一套在概念设计阶段、考虑结构－载荷耦合效应下海上风电机组三脚架和多导管架的拓扑优化设计及仿真流程。 市场前景 在目前陆上、海上风电机组大型化的趋势下，结构的安全设计、轻量化设计将会成为制约行业发展的一个重要难题，而将拓扑优化及有限元仿真引入风电机组结构设计中可有效解决此类问题。 应用案例 航天万源2MW直驱风电机组塔筒，减重10tons； 5MW海上风电机组三脚架支撑结构，减重276.54tons; NREL 5MW海上风电机组导管架支撑结构，最大位移减少14.89%、最大等效应力减小26.66%。 获奖情况 张承婉、杨晓宇、陈卓；指导教师：龙凯，一带一路暨金砖国家技能发展与创新技术大赛－工程仿真创新设计赛项（研究生组），团体优秀奖 张承婉；指导教师：龙凯，第三届中国工业互联网大赛二等奖 丁文杰，本科生，2020年毕业，论文题目“塔筒法兰螺栓疲劳失效机理和法兰轻量化设计”，校级优秀论文 丁文杰、李泽阳、季元、张承婉；指导老师：廖海涛、龙凯，兆瓦级海上风力发电机组三脚架基础结构设计与强度校核分析APP，第三届中国工业互联网大赛，工业互联网+数字仿真专业赛二等奖 张承婉、陆飞宇、张锦华；指导老师：龙凯，中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛北京赛区一等奖 张锦华，指导老师：龙凯，海上风电机组多导管架的拓扑优化方法研究.2020年北京市普通高校优秀本科毕业设计（论文）

该成果获2018年度高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）科技进步类二等奖。1.关键技术研究与创新。系统建立了海洋混凝土结构用长寿命高强耐蚀钢筋制备与应用关键技术，包括：（1）严酷环境下混凝土中合金钢筋全寿命连续耐蚀理论与腐蚀自抑制技术；（2）严酷环境下混凝土中高强耐蚀钢筋耐蚀性评价与寿命预测技术；（3）高强耐蚀钢筋混凝土结构应用技术。2. 工程应用与推广。研究成果应用于青连铁路胶州湾特大桥工程，为长寿命高强耐蚀钢筋制备与应用提供了系统技术，有效保障了严酷环境下钢筋混凝土结构耐久性与长寿命服役。

本发明公开了一种混凝土连续箱梁桥的横向拼接结构及其施工方法，包括位于相邻箱梁桥翼缘板拼接缝处的波纹钢板，该波纹钢板的波纹方向与拼接缝长度方向相一致；所述波纹钢板通过横向连接钢筋与两侧的箱梁桥固定连接，且该横向连接钢筋的一端固定于相邻的箱梁桥翼缘板内，另一端与波纹钢板相固定连接，并与波形钢板两侧的纵向分布钢筋焊接形成钢筋骨架；在所述波形钢板波间范围内，填充弹性极好的沥青砂，拼接缝其它区域填充弹性混凝土，形成与两侧翼缘板齐平的后浇带。本发明为设置在新旧混凝土箱梁桥翼缘板之间的横向拼接结构，不但吸收新旧箱梁桥主体结构之间的纵向变形差，同时还能够承受新旧箱梁桥之间的横向内力及相关变形差。

近十年来，大型地下工程尺度达数百米、体量增至上万平方米；建设条件和使用环 境的特殊性给这类地下工程的施做带来极大的挑战。针对地下工程结构现浇混凝土施工 的特征，项目研究从混凝土材料与构件早期性能测试、地下工程混凝土结构早期性能设 计方法、以及施工控制技术等方面展开。 项目研究内容涵括混凝土材料科学与技术、结构设计方法、施工技术与组织等方面 的技术难题。理论方面研究了混凝土材料微观结构形成的物理化学变化与内部温度场、 湿度场的复杂作用过程，并考虑结构宏观层次荷载产生的应力场，建立了多场耦合作用 下复杂结构早期物理力学性能演化机理模型；在早期性能试验测试技术研究中，首次建 立了混凝土主动约束早期变形性能试验方法和操作程序，自行研发了试验装置与自动测 试仪器；融合地下工程混凝土结构早期变形、抗裂能力等提出了地下结构早期性能设计 方法，突破了承载能力极限状态设计的思想；通过仿真分析指导工程实践，结合现场远 程监控技术，实施混凝土改性、构件抗裂设计、养护技术等控制早期性能演化的技术措 施。 研究成果已成功应用于超高层建筑、地下综合体、隧道工程等数十项重大工程，并 为日本地铁 13 号线混凝土早期变形性能分析和香港金门公司地下工程早期变形控制所 采纳，取得了良好的效果。 研究成果的应用不仅可提高地下工程质量，保障其预期服役性能；还可促进信息技 术在传统土木行业的应用；同时，混凝土结构早期性能设计方法的思想可应用于其他结 构工程，对于保障基础设施可持续发展有重要意义。

成果与项目的背景及主要用途： 普通路桥的铺设大多都是水泥混凝土，这样的铺装有它很多优点，但是容易 开裂。对于一些超长或超大面积的地面，由于地面对混凝土的约束很强，并且， 混凝土一般来说不是很厚，这就为裂缝的控制带来了一定的难度。橡胶集料混凝 土(又称橡胶混凝土）是由普通混凝土中掺入汽车废弃轮胎经过机械粉碎、研磨、 洗净等加工处理而得到的橡胶微粒配置而成。采用橡胶集料混凝土应用于路桥的 铺装，可以既保持传统水泥混凝土桥面铺装优点，同时显著改善混凝土开裂问题。 橡胶集料混凝土具有很好的抗疲劳载荷和很好的能量耗散能力, 也具有很好的 抗冲击能力,抗冻融性能及抗渗性能都有一定的提高。 技术原理与工艺流程简介： 原材料由橡胶集料、水泥、粉煤灰、砂石料、水等，配合高效减水剂配比而 成。经长期研究，寻求到使材料强度、工作性、变形性能、韧性、耐久性等综合 指标最优的配合比。找到既提高混凝土性能，又能降低材料成本的最佳契合点。 应用前景分析及效益预测： 价格约在每吨 1500-2000 元之间，随配合比变化，价格有所波动。从全寿命 观点来看，相较于普通混凝土或者沥青铺装层，橡胶集料混凝土桥面铺装在价格 上，仍有很好的优势。可在对抗开裂性能或者抗震性能有优先考虑的结构或者子 结构中应用推广，发挥橡胶集料混凝土的特点，从而带来工程和成本效益。已在 天津武清区武香路二百户东口桥桥面上建造了了一段 7m×24m，厚度为 120mm 的橡胶集料混凝土桥面铺装试验段，事实表明橡胶集料混凝土桥面铺装这一新型 结构形式值得进一步应用和推广。 应用领域： 对抗高温、耐低温、抗压性、抗震性有较高要求的道路和桥梁上使用

模仿生物组织损伤愈合机能，基于“开裂→O2/CO2 扩散驱动→微生物萌发矿化→裂缝封闭”自修复策略，在混凝土中添加微生物自修复剂，形成智能型混凝土自修复系统。 一、微生物自修复性能 及时、有效地避免了水泥基材料早期和后期开裂产生的耐久性、安全性和防水等使用功能下降的危害。与普通混凝土相比，掺加微生物自修复剂的自修复混凝土，修复裂缝后的抗水渗透性、抗氯离子渗透 性和护筋性都得到了大幅提高。 二、微生物自修复混凝土应用方法 微生物自修复剂用量取决于混凝土配比，拌和过程中与水混合均匀后加入混凝土即可。 三、适用范围 可广泛应用于地下防水混凝土结构、水工混凝土结构、海洋混凝土结构、各种工业、民用建筑的外墙面、 道路及桥梁混凝土等。

成果简介钢铁冶金过程中产生的废钢铁渣（ 包括高炉矿渣和钢渣） 约为钢产量的40％， 是钢铁冶金工业的主要副产品。 我国钢渣在建材领域的利用率大约只有10% ， 其中只有小部分用于钢渣水泥的生产， 而大部分主要用于筑路和回填， 属于低附加值的利用模式。 钢渣的硬度通常较高， 易磨性差， 作为水泥组分或者用作活性掺合料进行磨细时必须消耗大量能量， 同样不是合理的资源化利用方式。如果粗集料使用甚至配制全钢渣集料混凝土， 一则能够加大钢渣资源化力度， 二则不需要象用于生产钢渣水泥

NELD-CRH610型流变仪是一种全新多功能和轻便的混凝土流变仪，用于检测骨料32mm以下的混凝土流变性。NELD-CRH610型混凝土流变仪是耐尔得根据混凝土试验室及现场测量的经验设计开发，可用于研究单位的配合比设计及现场流变性监控使用。 软件自动控制采集数据，自动计算Bingham流变参数—屈服应力和塑性粘度，绘制曲线，储存试验结果及导出试验数据。

结构材料轻量化是目前国民经济、国家重大需求的重大挑战，材料结构功能一体是新材料的重要发展方向。 轻质高强泡沫铝合金复合夹芯板以超轻质的泡沫铝合金为芯层，与铝合金面板实现冶金结合，具有比重小，高刚度，高阻尼减振，高能量吸收的特点，同时实现与阻燃、电磁屏蔽功能兼容性，在先进交通、航空航天领域具有广泛的应用前景。通过可调控的芯层泡沫铝合金孔结构，复合夹芯板的实现了同等质量钢板6倍的高刚度，同时比重仅与水接近，该成果已经应用于我国重要装备制造。