(2018年度高等学校科学研究优秀成果奖(科技进步奖)一等奖) 成果简介： 随着国民经济的快速发展，我国进行了世界上最大规模的土木工程建设，其 中钢一混凝土组合结构在高层、大跨、重载结构中得到广泛应用，发展钢一混凝 土组合结构是结构工程领域未来发展的重要趋势。但传统的钢管混凝土和型钢混 凝土结构存在节点复杂、施工困难、高强钢材和高强混凝土难以应用等问题；除 此之外，传统的钢管混凝土构件耐火极限偏低，防火成本高，传统的型钢混凝土 构件存在抗震性能不足等问题；这些长期无法解决的问题阻碍了钢管混凝土和型 钢混凝土结构在工程中的进一步广泛应用。 针对这些问题，项目组在国家自然科学基金重点项目和国家重点研发计划等 项目的资助下，历时15年，通过大量模型试验、理论研究、数值模拟、设计理 论与方法研究以及工程实践，取得了系统的技术成果，形成了钢管约束混凝土结 构技术。项目的主要创新性技术内容如下： 创建了钢管约束混凝土结构体系，解决了传统的钢管混凝土和型钢混凝土结 构节点复杂等系列技术难题。 建立了钢管约束混凝土构件的静力与抗震性能分析理论及方法，提出了构件 设计技术。 建立了钢管约束混凝土构件的受火分析理论与方法，提出了构件抗火设计技 术。 建立了钢管约束混凝土结构梁柱节点的静力与抗震性能分析理论及方法，提 出了节点设计技术。 建立了高层、复杂钢管约束混凝土结构体系的弾塑性有限元高效分析方法，提出了结构体系抗震设计技术。

成果的背景及主要用途： 在我国钢产量大、钢种适于房屋建设且粘土砖禁用政策出台的背景下，钢管 混凝土结构及钢结构住宅技术因其材料轻质高强且可回收等优势，成为节能、环 保和可持续发展的建筑技术，既是社会发展和科技进步在建筑业的集中体现，也 是未来建筑结构发展的趋势，近年来得到了专家学者的广泛关注和国家政策的大 力支持。但是，矩形钢管混凝土结构在我国起步较晚，梁柱节点存在构造、受力 和施工上的不足，解决梁柱节点问题是推进建筑可持续发展的迫切需要。十多年 来，本课题组围绕矩形钢管混凝土梁柱节点，先后开展了计算理论、节点构造、 新型节点等关键技术的系列研究，并通过工程应用，形成了成套的矩形钢管混凝 土梁柱节点技术，为矩形钢管混凝土和住宅钢结构的应用提供了重要科学依据和关键技术支撑。 技术原理与工艺流程简介： 1、倒角型隔板贯通节点技术：提出了圆弧倒角型和倒角放坡型隔板贯通式 节点形式，减轻了梁翼缘与隔板连接处的应力集中，避免节点发生脆性破坏。研 究了倒角型隔板贯通节点的静动力性能，确定了节点的应力分布规律、破坏机理 和滞回性能，推导了节点拉伸承载力计算公式。 2、长挑出隔板贯通节点技术：提出了长挑出隔板贯通节点，使塑性铰外移， 提高节点域抗震性能。研发了新型柱端加载装置，解决了现有加载装置难以准确 模拟节点受力状态的技术难题，发现该节点抗震性能良好，并得到了混凝土强度 等级、内隔板厚度及加强板长度等参数对节点性能的影响规律。 3、全螺栓隔板贯通节点技术：提出了全螺栓隔板贯通节点和下栓上焊隔板 贯通节点，克服了焊接质量难以保证的技术难题，实现了节点技术的突破，解决 了一般节点制作安装周期长、人工费用高等技术问题，并获得国家发明专利。 技术水平及专利与获奖情况： 该项科研成果获得发明专利 3 项，达到了国际领先水平。 应用前景分析及效益预测： 本项目所涉及的研究内容解决了传统矩形钢管混凝土梁柱节点存在的应力 集中、脆性破坏和构造尺寸偏大等问题，并提出了理论计算方法，为钢管混凝土 梁柱节点后续研究奠定了基础和宝贵的实践经验。多项新的节点技术在国内甚至 在国际上都是领先的，有着很广阔的应用前景。例如，全螺栓隔板贯通节点的连 接全部采用高强螺栓，避免了现场焊接，施工方便，承载力高，同时实现了塑性 铰外移，保证了结构的安全。 应用领域： 该科研成果已经成功应用于多项矩形钢管混凝土结构工程，应用可推广程度 很高，取得了巨大的经济效益。 

本发明公开了一种钢管局部斜向磁化装置；该装置包括穿过式线圈和第一、二导磁构件；使用时，穿过式线圈的轴心线 L 与被磁化钢管的轴心线 L’成α夹角斜向布置，0 °＜α＜90 °；第一、二导磁构件分别布置于穿过式线圈的轴心线 L 两侧，导磁构件分别靠近钢管管壁的面为圆弧面，该圆弧面分别与钢管管壁相距 0～60mm。本装置提供的斜向磁化场能同时一并激发出钢管上的纵向和横向缺陷漏磁信号，以便布置于该区域的单一检测探靴完成对钢管的纵横向缺陷的一并检测，从而简化了钢管纵横向缺陷无损检测装置的结构，降低了其造价。

电泳技术是目前检测 PCR 产物的有效方法。电泳技术主要包括毛细管电泳技 术与平板凝胶电泳技术。毛细管电泳技术虽具有灵敏度高、检测速度快、实验试 剂耗量少等优势，但是其高昂的价格限制了其在实验室的进一步推广。平板凝胶31电泳技术凭借其价格优势成为实验室检测 DNA 最常见的方法。传统凝胶电泳技术 主要包括制胶、进样、电泳、染色及成像五个步骤，所涉及设备主要包括制胶槽、 电泳槽、微波炉，直流电源、摇床及凝胶成像仪等。该方法主要存在以下缺陷:(1)

一、 项目简介为了克服现有的热拌沥青修补料不能在冬季严寒及夏季多雨修补的不足，本技术提供一种高性能冷补沥青混合料，冷补料不仅能在雨雪天气下施工，而且材料不需加热随用随取，施工简单，修补效果较好能够有效地改善路面的使用性能，延长了道路的使用寿命。初始强度达到1.5kN，成型后强度8.0kN，残留稳定度>70%，40℃动稳定度>1500次/mm。二、 项目技术成熟程度所采用材料为大宗商品；设备均为常见混合料拌和生产设备；该成果中的核心技术广泛使用有关领域，技术成熟度高。三、 技术指标（包括鉴定、知识产权专利、获奖等情况）2013年已经通过河北省交通运输厅组织鉴定，鉴定结果为国际先进；申请专利一项。四、 市场前景（应用领域、市场分析等）从根本上解决冬季坑槽养护缺乏合适的修补材料、养护成本高、修补结构使用寿命短等问题，对于提高我国公路路面及桥面铺装的使用寿命及服务水平具有重要应用价值，市场前景广阔。五、 规模与投资需求（资金需求、场地规模、人员等需求）生产需自有资金100万元，生产场地规模500m2，仓库规模500m2，人员需求14人。六、 效益分析采用该技术生产的高性能冷补沥青混合料材料成本低于800元/吨，国外相同产品的售价在6000元/吨，价差较大；其成本构成主要是材料费，人员等其他成本可随设备水平提高而明显降低；假如售价为2000元/吨，利润空间可观。七、 合作方式校企合作。八、 项目具体联系人及联系方式（包括电子邮箱）联系人：河北工业大学，肖庆一；联系方式：15022608360，chaphd@sina.com九、高清成果图片2-3张

成果描述：小径厚壁无缝钢管的超声波探伤技术是当今世界难点之一，在超声波探伤过程中由于周围环境的影响，干扰信号的屏蔽也是难点之一，本系统在这两个世界级难点都给出了可行的解决方案与工艺标准。 本系统采用多通道双探头，可一次性实现钢管的周向、纵向的缺陷检测。工作模式采用探头固定静止，钢管在水箱中螺旋前进，这种方式可以实现钢管的连续自动探伤。该超声波探伤系统结构合理、灵敏度高、检测结果满足厂方要求，在钢管质量检测中发挥着重要作用。 该系统主要由四部分组成：①、机械传动部分，②、控制部分，③、超声波系统，④、软件系统。 ①、机械传动部分包括自动送料、出料机构，同步带与齿轮传动机构，摩擦轮传动机构。 ②、控制部分的核心是PLC，主要控制电机的运转包括正转、反转、点动、停止和急停，及控制声光报警、喷标系统、水泵开启与关闭。 ③、超声波探伤系统主要由超声波脉冲发射卡、数据采集卡、A/D转换卡、探头组成。 ④、软件系统主要的功能模块包括：回波采集及预处理模块、缺陷诊断模块、回波显示模块、PLC控制模块、报表生成模块等。采用VC++实现对板卡采集的回波数据进行滤波处理，并将回波数据以波形图显示在工控机的软件界面。缺陷诊断模块对回波数据经过算法计算与标准伤的阀值进行比较从而判定回波是否存在缺陷波，若发现缺陷，则启动进行声光报警及喷标程序，并将缺陷波形数据自动存储到系统数据库。报表生成模块可以管理本批次钢管缺陷记录，或是按月或其他条件生成报表。PLC控制模块主要是通过上位机与下位机的通信，实现对电机的运转、喷标报警、水泵的控制。 该超声波探伤系统主要实现厚壁无缝钢管的全自动探伤检测、智能判伤、监控、数据保存和报表输出一体化操作。市场前景分析：金属材料在高温、高压、高载荷的情况下，内部已有的缺点可能被放大，造成不可估量的经济损失，据估算，我国每年由于不合格产品的经济损失达到2000亿元。并且超声波有很高的缺陷辨识能力。因此，超声波无缝钢管超声波探伤系统的市场需求很大。与同类成果相比的优势分析：1、相比以往厂方委托其他单位检测无缝钢管，既提高了检测效率，又降低了成本。按照厂方提供的每年要送外检测15-20吨的样品的预算，只此一项可节约检测成本约30万元。 2、相比国外同类产品的每套200多万人民币的检测系统，该超声波检测系统既能满足厂方的高检测要求，又价格低廉。 国内领先。

钢-混凝土组合结构被称为除钢结构、混凝土结构、砌体结构、木结构之外的第五大结构。秉承哈工大本部这一学科的传统优势，立足深圳，适应现代工程结构向高耸、大跨、重载方向发展和承受恶劣条件的需要，并符合绿色建筑与工业化要求，历经20余年，在钢管混凝土结构研究方面，揭示其地震、火灾下工作机理、破坏形态和力学模型，建立钢管混凝土结构设计理论和标准，提出复杂钢管混凝土结构建造技术，成功应用于高层和超高层建筑、大跨度拱桥、大跨越输电线塔等

01.  成果简介 在钢-混凝土连续组合梁桥以及钢-混凝土组合框架，其中采用的钢混凝土组合梁均由钢梁和混凝土板组成，两者通常采用栓钉连接件相连。栓钉连接件的主要作用包括：(1)抗剪：承担钢梁与混凝土板之间的界面纵向剪力，限制两者之间的界面纵向自由滑动，从而保证钢梁与混凝土板协同变形、共同工作，充分发挥组合作用，提高截面刚度和承载能力；(2)抗拔：抵抗混凝土板因整体纵向弯曲以及局部横向弯曲导致的竖向分离和掀起。 钢-混凝土连续组合梁桥以及钢-混凝土组合框架结构目前尚缺少一种用于负弯矩区只抗拔但纵向不抗剪的新型连接件，从而制约了这两种结构形式的推广和应用。 本成果提出的纵向不抗剪螺杆式抗拔连接件（简称“抗拔不抗剪连接件”）及其施工方法于2012年提出，通过改进普通栓钉连接件在钢混凝土组合结构桥梁中的构造方式，释放钢梁与混凝土板的组合作用，使得在负弯矩作用下，混凝土板不随钢梁发生变形，从而降低了混凝土板拉应力水平，防止了混凝土板的开裂，提升了桥梁结构的耐久性能。 该连接件用于连接钢梁和混凝土板，连接件包括螺杆和螺帽，螺杆与螺帽通过螺纹机械连接，螺杆周围外包弹性材料管，并焊接于钢梁的上翼缘板上，若钢梁和混凝土相对滑移量需求较大，可进一步在螺帽周围外包弹性材料管。在钢-混凝土连续组合梁桥以及钢-混凝土组合框架结构的负弯矩区采用该连接件，能有效减小负弯矩区混凝土板的拉应力，提高混凝土板的纵向预应力导入度，改善混凝土板的长期性能和耐久性，同时该连接件具有可靠的抗拔能力，能抵抗混凝土板相对于钢梁的掀起作用。 抗拔不抗剪连接件属于一种桥梁结构建设领域的混凝土防开裂技术，相比于传统的混凝土防开裂技术（例如预应力技术、强配筋技术、非张拉预应力技术等），该技术无复杂的工艺流程，施工速度快，构造简单，材料成本更低，因此具有非常广阔的应用前景和良好的经济效益。 抗拔不抗剪连接件目前在国内部分钢混凝土组合结构桥梁中得到了应用，实践表明，采用该连接件的桥梁结构的混凝土板未发生开裂现象，运营良好，且建造成本更低。目前，钢混组合结构桥梁在全国的应用不断增加，这种防开裂技术将会得到更多的认可。02.  应用前景 可用于桥梁结构和建筑结构，特别是钢-混凝土连续组合梁桥以及钢-混凝土组合框架结构负弯矩区的连接件。   03. 知识产权 成果涉及1项授权专利。   04. 团队介绍 团队负责人现任清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室主任、清华大学未来城镇与基础设施研究院院长。长期从事钢－混凝土组合结构的研究与推广应用工作，研发了一系列组合结构新形式和新技术，发展了组合结构设计计算理论和设计方法，解决了建筑、桥梁、特殊结构和加固改造等领域的诸多难题，拓宽了组合结构的工程应用领域。获中国钢结构协会首届钢结构杰出人才奖、光华工程科技奖、何梁何利科技进步奖。以第一完成人获国家技术发明一等奖、国家科技进步奖(创新团队)、国家科技进步二等奖各1项。   05. 合作方式 技术许可。   06. 联系方式 电话：18811351491 邮箱：zhuangld12@126.com, zhysh@tsinghua.edu.cn

特殊钢是指具有特殊的化学成分、采用特殊的工艺生产、具备特殊的组织和性能、能够满足特殊需要的钢类。本项目提出了采用三步法加工该类模具的新技术，先采用激光成型机加工出模具的预孔；然后用电火花线切割机床切割出模具的定径区、压缩区、倒锥区；最后用自主研发的卧式超声研磨抛光机对模具的各个区域进行研磨和抛光加工。 技术特点: 本项目利用已研发成功的大孔径(孔径5mm以上)拉拔模具专用卧式超声波研磨抛光机，并确定了一套大孔径人造金刚石特殊钢管材拉拔模具的工艺路线，即“三步法”。先采用激光成型机加工出模具的预孔；然后用电火花线切割机床切割出模具的定径区、压缩区、倒锥区；最后用自主研发的卧式超声研磨抛光机对模具的各个区域进行研磨和抛光加工。 主要技术指标： 经济指标：10万吨/年的特殊钢产量在国内属于中等规模的企业。按特殊钢钢管年产10万吨计算，假如钢管的外径为10mm，那么人造金刚石拉拔模的价格约为5000元，一般情况下，每只拉拔模具可以拉拔20吨特殊钢钢管，那么拉拔模具的产值将达到2500万元。 应用范围： 该项目涉及的产品主要用于拉拔各种高精度特殊钢钢管，通过改变拉拔模具压缩区角度的大小，亦可应用于拉拔铜管和铝管等有色金属管，可以大大提高模具的使用寿命和产品的精度。