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重大钢混结构腐蚀监测与CP控制一体化自治系统
结题报告
批准号:
51378156
项目类别:
面上项目
资助金额:
80.0 万元
负责人:
乔国富
依托单位:
学科分类:
E0806.工程建造与服役
结题年份:
2017
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
余逊、孙国栋、张志春、洪毅、徐怀兵、李宏海、徐叶波、郭冰冰
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中文摘要
腐蚀监测与控制一体化,是实现重大钢混结构腐蚀精确、可靠控制的根本途径。本项目立足于"智慧地球"思想的核心内涵,围绕无线自集能腐蚀监测与CP控制一体化自治系统展开研究。首先,研究复杂边界与内环境下CP系统电场投放的BEM模拟方法,建立基于图论的CP阳极布设优化算法,并通过钢混构件原位监测试验验证其可靠性;其次,建立表征混凝土孔隙液离子群与孔壁相互作用的PHREEQC模型,进而得到耦合CP电场下粒子场演化的FEM模拟方法,并通过钢混构件内离子群监/检测试验验证其可靠性;第三,探索超低功率异构源自集能多指标监测节点的构建模式,进而建立支持高效数据传输和自适应实时调控的无线网络CP控制系统;最后,集成重大钢混结构用腐蚀监测与CP控制一体化原型系统,并通过典型侵蚀环境联合作用下的钢混桥梁模型试验,综合验证该系统的可靠性。本项目的研究工作,具有重要的学术价值与显著的社会、经济效益和广阔的应用前景。
英文摘要
It's the essential approach to realize the accurate and reliable control by the integration of corrosion monitoring and control system for the major reinforced concrete (RC) structures. This project aims to achieve the wireless energy-harvesting corrosion monitoring and cathodic protection (CP) control integrated autonomous system based on the Smart Planet concept. The research is conducted as follows: (1) Investigate the simulation approach based on the Boundary Element Method (BEM) for the electric field throwing in the concrete with the complex boundary and internal conditions, then to establish the optimization algorithm based on the Graph Theory for the distribution of anodic electrodes, and the reliability of these methods are finally verified by the in-situ monitoring experiments of RC elements. (2) Establish the PHREEQC model to characterize the interaction of the ion swarm in the pore solution and the pore wall of concrete, then to obtain the algorithm for the evolution of the particle field coupling the electric field in the concrete during the CP process, and the reliability of these methods are finally verified by the ion swarm monitoring and detection experiments of RC elements. (3) Study the methodology of building energy-harvesting wireless motes that can monitor multiple corrosion-related events and propagate data with ultra-low power consumption, and then establish the wireless-network-based CP system supporting highly efficient data delivery and real-time adaptive control. (4) Integrate the corrosion monitoring and CP control prototype autonomous system for the major RC structures, then to verify the reliability of this integration system on the RC bridge models with the joint action of the typical corrosive environments. This project has the significant academic value, remarkable economic benefits and broad application prospects.
钢筋腐蚀是降低钢混结构耐久性并造成重大损失的最主要原因, 目前我国已完成腐蚀状况及控制战略调查工作,2014年我国腐蚀总成本约占当年GDP的3.34%。鉴于钢筋腐蚀的重大危害和紧迫形势,全世界范围内正投入大量人力、物力与财力探索腐蚀控制方法。国内外大量的工程实践结果表明,基于实时监测信息的先进阴极保护(Cathodic Protection, CP)腐蚀控制系统的研究势在必行。腐蚀监测与控制一体化,是实现重大钢混结构腐蚀精确、可靠控制的根本途径。.本项目立足于智慧地球思想的核心内涵,围绕无线自集能腐蚀监测与CP 控制一体化自治系统,采用理论研究、数值仿真与实验验证相结合的方法展开研究。首先,研究了复杂边界与内环境下CP 系统电场投放的有限元数值模拟方法,建立基于成本最低的阳极布设优化算法,并通过梁与柱典型钢混构件原位监测试验验证其可靠性;其次,建立了表征混凝土孔隙液离子群与孔壁相互作用的物理化学本质作用模型,进而得到了耦合CP 电场下粒子场演化的有限元数值模拟方法,并通过钢混构件内离子群监/检测试验验证其可靠性;第三,研制出水泥基/多尺度碳刚性和离子与电子共导电柔性阳极材料,并对其性能进行了试验验证;第四,得到了超低功率异构源自集能多指标监测节点的构建模式,建立了支持高效数据传输和自适应实时调控的无线网络CP 控制系统;最后,集成了重大钢混结构用腐蚀监测与CP 控制一体化原型系统,并通过典型侵蚀环境联合作用下的钢混桥梁模型试验,综合验证了系统的可靠性。.本项目的研究工作,从结构耐久性的层面丰富和发展了重大工程结构健康监测与控制基础理论、实用方法和核心技术,提升了我国重大工程防灾减灾基础理论研究水平,具有重要的学术价值与显著的社会、经济效益和广阔的应用前景。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1016/s1452-3981(23)11108-4
发表时间:2015-10
期刊:International Journal of Electrochemical Science
影响因子:1.5
作者:Guofu Qiao;Bingbing Guo;Yi Hong;J. Ou
通讯作者:Guofu Qiao;Bingbing Guo;Yi Hong;J. Ou
DOI:10.1016/j.measurement.2014.12.048
发表时间:2015-05
期刊:Measurement
影响因子:5.6
作者:Qiao Guofu;Hong Yi;Ou Jinping;Guan Xinchun
通讯作者:Guan Xinchun
Events as power source: wireless sustainable corrosion monitoring.
作为动力源的事件:无线可持续腐蚀监测
DOI:10.3390/s131217414
发表时间:2013-12-17
期刊:Sensors (Basel, Switzerland)
影响因子:--
作者:Sun G;Qiao G;Zhao L;Chen Z
通讯作者:Chen Z
Corrosion behavior of a steel bar embedded in a cement-based conductive composite
嵌入水泥基导电复合材料中的钢筋的腐蚀行为
DOI:10.1016/j.conbuildmat.2016.12.087
发表时间:2017
期刊:Construction and Building Materials
影响因子:7.4
作者:Qiao Guofu;Guo Bingbing;Li Zuohua;Ou Jinping;He Zheng
通讯作者:He Zheng
DOI:10.1016/j.conbuildmat.2017.09.114
发表时间:2017-12
期刊:Construction and Building Materials
影响因子:7.4
作者:Yi Hong;Zuohua Li;Guofu Qiao;Jinping Ou
通讯作者:Jinping Ou
外星壤直接太阳光3-D打印建材制品原位资源化利用研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    乔国富
  • 依托单位:
轨道交通基础设施杂散电流腐蚀疲劳损伤机理与全寿命监测系统
  • 批准号:
    51578190
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    68.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    乔国富
  • 依托单位:
基于TPS及ENA的钢混结构钢筋腐蚀电化学特征识别与监测传感器系统
  • 批准号:
    51008098
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    乔国富
  • 依托单位:
国内基金
海外基金