重大钢混结构腐蚀监测与CP控制一体化自治系统结题摘要

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。 2100433B

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。

《机电一体化系统监测与控制(套装上下册)》是机械研究生教育精品教材之一。

工业腐蚀监测可以定义为对设备的腐蚀或破坏所进行的系统测量，其目的在于弄清腐蚀过程和了解腐蚀控制的应用情况以及控制效果。腐蚀监测的原理并不新颖，但是在深入了解腐蚀机理之前，其实际应用只能局限在比较简单的场合。在许多情况下，腐蚀监测与电子技术有关，随着电子工业的发展，已使腐蚀监测原理应用到更复杂的场合 。