获奖项目名称:铁基形状记忆合金主动加固钢桥疲劳裂纹关键技术及工程应用

　　主要完成单位:同济大学、重庆大学、江苏苏通大桥有限责任公司、上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司、中交公路规划设计院有限公司、江苏东方路桥建设养护有限公司、广州大学、嘉兴同睿土木工程有限公司

　　主要完成人:强旭红、姜旭、柯珂、刘勇、秘志辉、王猛、徐志民、于洋、舒悦、任飞、佟连鹏、吕志林、段欣然、王楷昊、罗程巍

　　二、项目背景 

　　疲劳裂纹为钢桥长期服役的主要病害，是影响桥梁高耐久长效安全的重要因素，也是钢桥领域亟待解决的关键问题。本项目立足“交通强国”、“城市更新”、“双碳”等国家战略，以钢桥疲劳裂纹修复的实际需求为导向，基于自主研发的国产铁基形状记忆合金（Iron-based Shape Memory Alloy，Fe-SMA），首创Fe-SMA主动加固钢桥疲劳裂纹的新型理论与设计方法，该主动维护技术经科技成果评价会认定总体达到国际领先水平。

图1 Fe-SMA主动加固钢桥疲劳裂纹的关键技术

　　三、创新成果 

　　项目团队依托国家科研任务，历经十余年攻关，取得以下核心成果：

　　（1）自主研发土木工程用低成本国产Fe-SMA，其力学性能和形状记忆效应可比肩甚至超过同类国际产品，但造价仅为国际产品的1/4；建立Fe-SMA“预拉伸-激活-回复”本构模型，掌握其激活回复特性，明确高温热激励Fe-SMA的温度传递规律，研发Fe-SMA预应力的智能控制与补偿技术。

图2 Fe-SMA板的预张拉和热激励技术以及温度传递规律

　　（2）揭示Fe-SMA与钢板间螺栓连接、胶结连接与胶栓混合连接的损伤演化机理，建立粘结-滑移模型，建立融合元启发式智能优化算法的连接极限承载力预测方法，提出Fe-SMA与钢结构的高效连接方法及其长寿命高耐久设计理论。

图3 Fe-SMA-钢胶结连接的内聚力模型与力学性能预测模型

　　（3）在国际上首创Fe-SMA主动加固钢桥疲劳裂纹的关键技术，利用Fe-SMA的形状记忆效应，在裂纹周围引入预压应力使其闭合，经疲劳试验与多座千米级钢桥实桥应用验证，该主动修复方法的疲劳寿命提升效果是传统止裂孔法的12.68倍，是未加固的99倍。长期实桥跟踪监测表明：经该主动维护方法修复的钢桥疲劳裂纹均未发生二次开裂，修复效果显著。

图4 粘贴Fe-SMA主动加固钢桥横隔板疲劳裂纹及U肋对接焊缝技术

　　四、推广应用情况

　　项目发表SCI/EI检索论文125篇，出版学术专著4部；授权专利40项，软件著作权10项；主编CECS标准《钢结构桥梁疲劳裂缝主动修复技术规程》等协会标准2部，参编国家/地区及协会标准8部，并成功应用于苏通大桥、杭州湾跨海大桥等多座千米级钢桥的实桥加固，取得了显著的经济、社会和环境效益。

（a）苏通大桥

（b）杭州湾大桥

图5 Fe-SMA主动修复钢桥疲劳裂纹的实际应用