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01 【工业建筑钢结构使用情况】 工业是国民经济的支柱，到2019年，工业生产总值达38万亿元，工业建筑面积达100亿平方米以上。随着钢铁建设大规模发展，我国钢铁产量从2000年1.3亿吨到2020年增长至10.53亿吨。钢结构厂房应用越来越广泛，既有工业建筑中钢结构占50%以上，超过50亿m2。近年来新建钢结构厂房占全部新建工业建筑的70%以上。工业建筑涉及领域广泛、数量巨大、形式多样、作用突出，工业建筑是工业生产的重要设施和基础保障，其安全与否直接影响生产的正常进行。 工业建筑与民用建筑相比，其作用复杂，使用环境恶劣，而且超常规运行时有发生。结构经常承受重载、动载作用，处于高温高湿、腐蚀等不利环境。由于生产环境恶劣，负荷大，如安全管理经常不到位，工业建筑就因强度失效、疲劳破坏、耐久性损伤等导致结构破坏，甚至发生倒塌事故，造成重大经济损失和人员伤亡。 02 【工业建筑钢结构疲劳破坏危害巨大】 钢结构破坏模式主要有强度、失稳和疲劳破坏。强度破坏是延性破坏，可以通过计算和构造、控制应力水平解决；失稳破坏是脆性破坏，可通过增设支撑、控制长细比等措施；疲劳破坏是钢结构比较典型的破坏形式，属于脆性破坏，难以控制。工业建筑钢结构疲劳破坏时有发生，危害巨大，特别是冶金、机械等行业重级工作制厂房的吊车梁系统、柱、屋架等直接承受动力荷载的部位和构件，在动力循环往复荷载作用下，加上作用频率高，容易出现疲劳破坏。 据统计，工业建筑钢结构疲劳破坏90%以上发生在重级工作制的钢吊车梁系统。我国重级工作制钢吊车梁系统使用15-20年会出现疲劳开裂甚至于断裂，远小于设计使用年限。 2015年某炼钢厂加料跨直角突变式变截面钢吊车梁在使用12年左右时，突然发生疲劳断裂，造成停产14天，经济损失上亿元。2019年某炼钢厂加料直角突变式变截面钢吊车梁，也是在使用12年左右时，发生突然疲劳断裂，导致吊钢水吊车从厂房轨道上掉下，造成重大安全生产事故，不仅造成重大经济损失，还严重威胁员工生命安全，产生严重的社会影响。以上例子都是钢吊车梁因疲劳断裂造成严重的安全事故。 03 【工业建筑疲劳诊治关键技术】 自2000年，中冶建筑研究总院有限公司工业建筑疲劳诊治团队先后承担并完成了数项国家及部委重大科研项目。完成了300余项工业建筑钢结构疲劳的现场调查与检测，100余项吊车梁动态测试，60余根构件上亿次反复荷载的疲劳实验硏究。在国内率先开展了工业建筑钢结构疲劳荷载和抗力概率统计分析，建立了工业建筑领域的疲劳动态可靠性分析模型。深入硏究了我国工业建筑钢结构疲劳损伤检测鉴定、剩余疲劳寿命评估和加固修复关键技术，建立了工业建筑钢结构疲劳诊治技术体系，并实现了产业化的推广应用。主要形成以下八项关键技术： 3.1 工业建筑钢结构疲劳可靠度理论研究 通过大量的现场试验数据处理，对吊车梁所承受的疲劳荷载效应与等效等幅应力进行了概率统计分析，建立了基于极限应力模式及累积损伤模型的疲劳动态可靠性分析模型。 应力分布测试 累计损伤疲劳动态可靠度模型 首次校准了钢结构设计规范中典型的 8 类连接和构造形式的疲劳可靠度，提出了疲劳目标可靠指标与工业建筑钢结构分项系数的设计表达式，解决了工业建筑中在役钢吊车梁疲劳可靠度校准研究的难题，为结构的疲劳设计从允许应力设计法向极限状态设计法过渡奠定了理论基础。 钢结构设计规范可靠度校准 钢结构疲劳极限状态设计表达式 3.2 工业建筑钢结构剩余疲劳寿命评估技术 基于累积损伤原理和可靠度理论，提出时间效应系数和疲劳寿命评估公式，实现了在役钢吊车梁剩余疲劳寿命定量评定。 3.3 钢吊车梁疲劳分级评定方法 对在役钢吊车梁的疲劳可靠度进行分级校准，提出基于可靠度指标的疲劳评定分级标准，纳入到《工业建筑可靠性鉴定标准》GB 50144中。 3.4 碳纤维复材加固钢结构疲劳关键技术 首次建立碳纤维复材加固钢吊车梁疲劳加固理论及计算方法，提出了完整的碳纤维复材加固钢结构施工工艺，形成碳纤维复材对工业建筑钢结构疲劳加固新技术。该技术具有不产生新的应力集中、施工工期缩短3倍、不增加重量和疲劳寿命显著提高等优势。 界面桥接作用和粘贴工艺 碳纤维加固后S-N曲线对比 3.5 TIG重熔吊车梁焊缝修复关键技术 研究开发了 TIG 重熔技术修复圆弧端吊车梁疲劳损伤的关键技术，可提高构件焊缝二百万次的疲劳强度20%以上，解决对已有累积损伤焊缝进行修复的技术难题，缩短工期，减少焊接工程量。 3.6 变截面钢吊车梁疲劳诊治综合技术 开展了四类常见变截面支座的疲劳试验研究，提出了相应的疲劳强度评估的S-N曲线。解决了变截面钢吊车梁疲劳裂纹出现前疲劳寿命定量评估的技术难题。 3.7 钢吊车梁上部区域疲劳评估疲劳诊治综合技术 针对重级工作制吊车梁普遍存在的吊车梁上翼缘与腹板疲劳开裂的问题，提出钢吊车梁上部区域疲劳评估疲劳诊治综合技术。 3.8 钢柱吊车肢柱头疲劳诊治技术 针对重级工作制钢柱吊车肢柱头疲劳开裂的问题，提出钢柱吊车肢柱头疲劳诊治技术，实现钢柱吊车肢柱头疲劳诊治。 工业建筑钢结构疲劳诊治机理研究和关键技术开发取得了突破性进展，整体达到国际先进水平，其中工业建筑钢结构疲劳可靠度研究、基于可靠度的剩余疲劳寿命定量评估方法和碳纤维复材对钢结构疲劳加固技术均达到国际领先水平。 04 【工程应用情况】 工业建筑钢结构疲劳诊治关键技术在全国几十家企业百余项工程中得到了规模化应用，近三年完成 70 余座工业厂房、约 7600 根钢吊车梁的诊治工作，成功解决了上百项处于腐蚀、重载、 振动、高温等环境下及事故、增产改造、管理维修等情况下钢结构疲劳诊治问题。技术成果市场覆盖范围是全国性的，仅钢铁行业就具有广大的市场容量和市场需求，可以通过对吊车梁评估、延寿与加固、标准规范应用以及专利授权转让等措施，将技术成果应用于工业建筑诊治领域中，并已推广至有色金属、机械、船舶、能源等重工业行业。 05 【标准规范编制】 中冶建筑研究总院有限公司主编完成一系列有关工业建筑钢结构诊治的标准，包括国家标准《工业建筑可靠性鉴定标准》GB50144-2019、行业标准《钢结构检测评定及加固技术规程》YB9257、团体标准《工业建筑钢吊车梁检测鉴定标准》和《工业钢结构工程检测评定技术规程》等。逐步完善了工业建筑诊治标准体系。为工业建筑钢结构疲劳诊治技术广泛推广应用建立了基础和保障，奠定了我国工业建筑钢结构可靠性鉴定及加固修复技术的基础。 06 【专利、著作及论文情况】 发明专利授权10项，实用新型专利2项，出版著作4部，SCI、EI检索核心期刊等发表论文50余篇。 07 【人才培养】 培养博士生 8 名、硕士生 20 余名和专业技术人才百余人。 08 【结束语】 中冶建筑研究总院有限公司作为我国最早进行工业建筑诊治技术研究与应用的单位，编制了结构诊治领域的第一部标准，主编或参编了国内所有工业建筑诊治标准，建立了我国工业建筑诊治标准体系。承担了国家重点研发计划等数十项国家及省部级科研项目，近十年获得结构诊治领域国家科学技术进步奖5项、省部级奖50余项。具有工业建筑诊治技术领域唯一的国家级工程技术研究中心－“国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心”和工业建构筑物质量安全监督检验领域唯一的国家级中心－“国家工业建构筑物质量安全监督检验中心”。
