技术成果

桥梁、建筑结构等特殊结构的抗风性能及振动控制技术

团队依托长安大学风洞实验室CA-01风洞、CA-03风洞组群，开展了桥梁、 建筑结构及塔桅、天线、大型广告牌等其他特殊结构的抗风性能及振动控制技术 研究。 先后开展虎门大桥桥位风场特性研究、香山大桥桥位风场环境研究、张皋过 江通道桥位处龙卷风模拟、云南黑惠江大桥桥位风场环境研究、丽江金沙江大桥 桥位风场环境实测；为港珠澳大桥江海直达船航道桥、深中通道伶仃洋大桥、张 皋过江通道主航道桥、北航道桥、虎门大桥悬索桥涡振研究、贵州六盘水大河特 大桥、广东狮子洋大桥、武汉棋盘洲长江大桥、马来西亚日拔大桥进行了桥梁抗 风实验与数值模拟；为秦岭国家植物园温室馆、宝鸡市会展中心、西宁曹家堡机 场2#航站楼、榆林机场新航站楼、机场塔台、东山文体中心开展了建筑结构抗风 性能研究；同时开展了行车安全及建筑风环境、车辆气动性能评价服务。 - 59 - - 60 - 第二部分 专利清单 专利清单 序号 专利名称 专利号 专利类型 一种含PMOT : PPV/ZnO : Cu/ZnO : Al异质结的LED及 1 ZL201910937846.0 发明专利 其制备方法 2 一种基于压电效应的装配式智能感知路面结构及系统 ZL202010752758.6 发明专利 3 一种非均匀侧向荷载下隧道开挖模拟装置 ZL201911046133.1 发明专利 4 一种基于冲击试验的熔断型挂钩装置及工作方法 ZL201910469002.8 发明专利 一种带纵向内筋的薄壁筒体的加工旋轮及基于其的加工 5 ZL202010213969.2 发明专利 方法 缓冲抗裂层、其制备方法、混凝土路面结构及其制备方 6 ZL201910568969.1 发明专利 法 7 一种严重污染河道的自然恢复方法 ZL201910233495.5 发明专利 8 一种网联信控交叉口控制系统及方法 ZL202110045039.5 发明专利 9

高性能材料与钢-混凝土组合结构桥梁

针对桥梁结构在往复车辆荷载及复杂环境因素作用下出现的诸多病害，如混 凝土开裂剥落、钢筋锈蚀、结构刚度降低等问题，研究团队将工程水泥基复合材 料（ECC）、超高性能混凝土（UHPC）、磷酸镁水泥混凝提（MPCC）及碳纤维复 合材料（CFRP）应用于钢-混组合结构桥梁及其加固补修中，取得了一些成果。 （1）钢-混组合梁负弯矩区采用 ECC 和 UHPC 可有效改善负弯矩区桥面板 裂缝形态及分布，显著提高组合结构桥梁的刚度、承载力与耐久性。 ECC裂缝分布 UHPC裂缝分布 钢-普通混凝土组合梁传力机理 钢-ECC/UHPC组合梁传力机理 （2）提出了适用于钢-UHPC 组合结构剪力键的荷载-滑移计算公式及抗剪 承载力计算方法，应用 UHPC 可显著提升结构的抗剪承载力，裂缝细小，可有效 阻止腐蚀因子的渗透，提高了结构的耐久性。 剪力连接件 裂缝分布 剪力连接件传力机理 （3）开展了冻融腐蚀耦合作用下钢-ECC 组合剪力连接件抗剪力学性能研 究，提出了适用于冻融-腐蚀影响下的栓钉连接件抗剪承载力计算公式。与钢-普 通混凝土组合剪力连接件相比，钢-ECC 组合剪力连接件拥有更好的抵抗冻性能， - 56 - 冻融腐蚀后剩余性能更为优异，可有效提高结构的耐久性能，降低结构的维护成 本。 钢-ECC冻融表观特征 数字图像技术监测界面滑移 （4）从加固效果、经济性及可操作性出发，团队提出了CFRP 增强ECC 加 固桥梁结构的方法与技术，揭示 CFRP 增强 ECC 加固的钢筋混凝土梁的损伤演 化机理，建立了加固梁的计算方法。CFRP 增强ECC 加固的钢筋混凝土梁裂缝开 展细密，耐久性提高，整体的力学性能得到显著提升，在实际工程中加固损伤结 构可提升结构的性能，延长结构的服役年限，降低成本。 CFRP网格 CFRP增强ECC加固梁 加载示意 数字图像技术监测损伤演化 - 57 - （5）

大跨景观人行桥风振响应研究

通过分段模型试验和全气动弹性模型风洞试验，研究了位于陡坡河谷的斜拉 桥的静风稳定性、涡激振动及人行荷载作用桥梁的振动特性。结果发现：（1）桥 梁在低风速下易发生竖向涡激振动，且引起扭转涡激振动的最大风速增加到 41 m/s，远高于传统桥梁结构；（2）在正风攻角下，当涡激振动频率接近桥梁弯曲 自激振动频率时，桥梁易发生竖向和扭转涡激振动；（3）湍流可以有效地抑制涡 激振动，且随着结构阻尼比增大，桥面涡激响应显著减轻；（4）在均匀流动中， 桥梁结构采用通风栏杆，由于风穿效应，桥梁涡激振动消失且风振响应幅值显著 降低。成果可为陡坡河谷的斜拉桥抗风设计提供参考。 - 55 -

大跨屋盖结构风荷载脉动特性及风振响应研究

综合考虑大跨屋盖结构抗风设计的基础问题：（1）开展了全风向作用下大跨 屋盖结构表面风压特性风洞试验和 CFD 数值模拟研究，分析了来流风向、结构 体型参数、开洞率及开洞位置、干扰建筑等因素对结构表面风压分布特性的影响 规律，揭示了特征湍流运动对结构表面风压分布特性的影响机制。（2）基于脉动 风压空间相干性的研究构建了脉动风压谱模型，厘清脉动风压能量在各频域内的 分布情况。（3）建立了屋盖表面在不同来流作用下的风压分区模型，提出了三参 数Hermite级数法风压峰值因子计算方法。（4）揭示了大跨屋盖结构在不同工况 下各结点位移反应机理，给出屋盖各区域风振系数建议取值，为大跨屋盖围护结 构和主体结构风荷载取值提供依据。 - 54 -

在役梁桥结构寿命预测与预测性维护技术

针对北海道 3000 余座在役梁桥，系统开展了如下工作：（1）对在役混凝土 梁桥结构进行现场检测/监测，获取在役梁桥大量服役状态信息；（2）建立 LSTM 和 MC 对检测/监测大数据进行系统分析，预测桥梁寿命曲线；（3）使用 Sobol、 Shapley 等敏感性方法分析各影响因素对寿命曲线的影响，识别劣化主要影响因 素；（4）建立 CNN 和 Yolo 图像处理模型，对现场检测/监测获取的病害图像进 行量化分析，挖掘结构损伤相关信息；（5）基于 BIM 技术建立在役梁桥可视化 - 52 - 力应 )aPM( 试样 A-1 100 -6 -4 -2Drift r0atio (%)2 4 6 100 试样 A-2 80 80 试样 A-3 60 60 试样 A-4 40 40 20 20 0 0 -20 -20 -40 -40 -60 -60 -80 -80 -100 -96 -64 -32 0 32 64 96 -100 应变 (%) )Nk( daoL 高强铝合金 AASSCC C MMFF oAA n RR AA -- t12 PP r -- -- o -- 12 JJ 12 l ---- JJJJ Displacement (mm) 粘结性能 计算流程 损伤信息平台；（6）基于预测性维护策略，综合分析寿命预测、敏感性分析及量 化的结构表面损伤信息，决策在役梁桥的维护策略。该方法可提高桥梁维护的效 率和准确性，能够帮助工程师和维护人员制定更合理的维护计划，促进基础设施 维护的智能化和可持续发展。同时，该方法还可以在其他领域，如建筑物、道路 和管道等基础设施中得到应用。 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0 10 20 30 40 50 - 53 - edarg noitaroireteD 0.5 RNN M Ob C servations 1.0 1.5 2.0

钢筋混凝土结构高强铝合金嵌入式增韧补强技术

长期以来对混凝土结构加固设计时，偏重考虑结构的承载性能，对结构的变 形能力特别是延性考虑较少，导致高烈度区混凝土结构加固工程存在安全隐患。 团队提出了混凝土结构铝合金嵌入式补强方法，解决了高烈度区混凝土结构承载 性能与变形能力同步提升的难题。 （1）高强铝合金筋嵌入式补强混凝土结构体系研发。通过开展高强铝合金 力学性能和界面粘结性能试验研究，发明了高强铝合金补强钢筋混凝土结构成套 技术。基于粘结性能试验结果，建立了嵌入式铝合金筋-混凝土界面粘结本构模 - 51 - 型，进一步系统开展了高强铝合金嵌入式补强钢筋混凝土受弯构件受力性能的试 验研究和有限元模拟分析，完成铝合金嵌入式加固梁柱的拟静力试验研究及理论 分析，揭示了高强铝合金嵌入式补强混凝土结构的破坏机理。 800 600 400 200 0 0 2 4 6 8 10 粘结性能研究 加固补强技术 试验研究研究 有限元模拟分析 （2）高强铝合金嵌入式补强混凝土结构设计方法。通过数字图像相关法提 出基于裂缝宽度的嵌入式加固混凝土受弯构件损伤评估方法；提出铝合金嵌入式 加固梁界面剥离荷载计算公式，建立可辨别破坏模式的铝合金筋嵌入式补强钢筋 混凝土梁受弯全过程分析模型，提出了加固梁界面剥离破坏和混凝土保护层剥落 破坏的界限配筋率，构建了铝合金筋嵌入式补强钢筋混凝土受弯构件设计方法及 平台；提出高强铝合金嵌入式补强混凝土框架柱设计建议。 基于裂缝宽度的损伤评估方法 补强钢筋混凝土梁受弯全过程分析模型

基于智能感知的小型陆空两栖机器人平台

针对军队巷战、反恐行动和突发事件救援障碍物繁多密集、地下工程设施复 杂、人员可进入性差等典型特征。研发了一款同时具备跨域复杂地形能力、快速 爬高能力、信息采集能力、越障能力的陆空两栖无人装备 本产品融合 SLAM 三维重构、路径航迹规划、人脸识别技术。利用激光雷 达、GPS、二轴摄像头云台使得机器人能够在未知环境中进行实时绘制地图并定 位，并依据绘制的地图进行自主路径规划，从而完成自主寻找、发现并追踪目标 等任务。 此外，应用近超声的室内协同定位系统进行非视距的绝对定位，通过陆空两 栖无人机群的协同工作实现本地坐标系与绝对坐标系的协同定位，近超声的室内 协同定位系统可以在电磁压制环境中实现通信导航一体协同定位。 机器人平台可根据应用场景的尺寸与几何约束进行姿态调整，机器人可根据 工作需求实现分体，并可根据战场环境的变化而做出相应的姿态。 产品展示 SLAM 三维重构 寻找/追踪目标 - 50 - 绝对定位与协同定位 实验实拍图

地面应急救援装备研发

团队依托国家重点研发计划项目，围绕狭窄、大深度、不可见空间内的人员 安全稳定快速提升关键技术，开发了地面应急救援装备，提出了一种基于多传感 器信息融合的提升过程可视化系统，实现救援提升过程的平顺性控制，实现了快 速稳定的人员提升，节约了宝贵的救援时间。 - 49 -

沥青路面材料微波加热技术

团队开发了沥青路面微波养护装备，研究了微波加热沥青混合料特性及路用 性能、沥青路面微波养护设备的关键技术和沥青路面微波养护施工工艺，实现了 坑槽填充料与周边及底部热接缝，粘结力比传统修补工艺提高50%以上，提高了 沥青路面路用性能，避免了沥青老化、烤焦现象。

沥青洒布与同步碎石封层

团队对同步碎石封层设备作业质量的影响因素与控制方法、液压系统的动力 学特性和沥青喷嘴的喷洒特性等关键技术进行了深入细致的研究，提出了采用联 合密度分布置信概率对同步碎石封层中沥青洒布量和碎石撒布量的系统偏差和 标准差指标进行综合评价的方法,克服了传统评价方法只能对单一指标进行评价 的缺陷；修正了沥青泵容积效率公式,为沥青喷洒系统的匹配和沥青泵出口流量 的精确控制提供了依据；提出了同步碎石封层设备沥青洒布扇面的最佳重叠度为 “2.5”,而不是通常认为的“3”。 - 48 -

常温沥青混合料拌合与摊铺

基于西部地区的特点和现有热拌沥青混凝土在高寒地区应用存在的问题， Multiplex Organic Hydraulicity material（MOH）半柔性路面已成为高寒地区公路 建养研究的新方向。团队依托国家科技支撑计划项目，开展了MOH材料配套的 施工装备、施工工艺、压实作业参数研究，提出了相关施工工法，确定了对MOH 半柔性路面摊铺设备的总体功能及性能的指标要求，攻克了连续供料、计量、拌 合和摊铺等关键技术，实现了 MOH 半柔性路面常温施工装备的产业化，加速 MOH 半柔性路面在我国高寒地区以及更广泛地区道路的推广应用，取得了良好 的经济、社会和环境效益。 - 47 -

采用先进的超高分辨率传感器的基础上结合超分辨率增强算法，最细可

识别直径0.2mm 鱼刺鱼骨；

采用AI算法大大的提高了检测鱼刺鱼骨以及异物检测的精度，相较于传

统算法更加的稳定，精准并且保证水产品的完整性；

鱼刺鱼骨异物智能检测技术

科研团队研发的鱼刺鱼骨异物智能检测技术可实现高精度检测，主要创新点 有以下三点：

集成关节驱控一体技术及智能机器人

集成关节是很多智能装备的关键组成部分，长安大学工程机器人与无人装备 协同技术研究团队重点开展各类机器人系统研制、控制策略、自主导航和自主作 业等基础应用研究。先后研制了多款用于各类机器人的多种高功率密度集成电机 模组，并完成了轮式机器人、四足机器人、六足机器人、打磨机器人、巡检机器 人等多种类特种机器人的机械结构、控制方法和软硬件系统。在应用方面，在电 力巡检、狭窄腔体检测、隧道检测、全自主打磨作业、应急消防等领域取得了突 破性成果。 多型号集成关节 集成电机模组驱动器 - 45 - 四足巡检机器人 六足检测机器人 全自主打磨机器人和喷码机器人 全自主智能装备导航操控系统 - 46 -

高强度焊接结构的疲劳定寿、延寿及可靠性评估

针对低合金高强钢接头非均匀性强、疲劳性能下降严重的共性问题，本项目 通过引入缓冲层“包裹”焊接材料使之与母材完全隔离，发展了具有双金属焊缝 的新型接头；基于缓冲层提出了残余应力和强韧均衡双重调控的接头设计方法， 为解决高强钢焊接性与接头强度匹配矛盾的难题提供了新思路。试验结果表明， 新型接头的疲劳裂纹扩展寿命明显优于传统接头，恒幅疲劳载荷条件下接头最薄 弱区域的疲劳抗力达到了母材水平。另外，发展了预置残余应力与接头强韧搭配 双重调控的接头设计方法，试验结果表明，改进接头的疲劳扩展寿命明显优于常 规接头，为超载工况下接头设计提供了启发。含缓冲层接头的疲劳性能明显优于 常规接头，在超载工况下的疲劳寿命可提高6倍以上。 通过科学描述微观组织和力学性能的渐变特征，揭示了塑性应变和裂纹长度 共同作用下的残余应力演化机理，发展一种物理意义明确的裂纹扩展速率预测概 率模型。研究成果显著提高了裂纹扩展速率的预测精度，可为高端装备的疲劳寿 命预测及安全可靠性评估提供理论支撑。 性能指标： 1. 通过引入缓冲层“包裹”焊接材料使之与母材完全隔离，发展了具有双 金属焊缝的新型接头。试验结果表明，新型接头的疲劳裂纹扩展寿命明显优于传 统接头，恒幅疲劳载荷条件下接头最薄弱区域的疲劳抗力达到了母材水平。 2. 针对随机疲劳载荷条件，提出了超载参量和材料属性共同决定的 I、II、 III型超载模式，发展了预置残余应力与接头强韧搭配双重调控的接头设计方法。 世界科研网 Phys.org、澳大利亚科学网 Science Network WA 对该研究的专题报 道：含缓冲层接头的疲劳性能明显优于常规接头，在超载工况下的疲劳寿命可提 高6倍以上。

纳米陶瓷粉体的简易制备技术

陶瓷粉体工业是材料工业中的重要基础之一，随着高新技术的发展，对陶瓷 粉体性能提出越来越高的要求。纳米陶瓷粉体具有极高的烧结活性以及优异的物 化性能，在工业领域有着重要的应用。然而，我国高端纳米陶瓷粉体还是依赖国 - 42 - 外进口。本项目开发了纳米陶瓷粉体的简易制备技术，能够批量化制备高纯度、 分散性良好的纳米陶瓷粉体，粒径小于30 nm。本技术生产工艺简单，并能达到 效率高、成本低、工业化生产的要求，且对环境友好，符合国家对环保及2025高 端装备制造发展目标和要求。 性能指标： 1.高纯度，纯度能达到99.5%以上； 2.粒径小，平均颗粒尺寸小于30 nm； 3.分散性良好，团聚轻； 4.具有优异的烧结活性，能在相对低的温度下短时间内烧结制备出致密的陶 瓷材料。 5.以-Al2O3和3YSZ纳米粉体为例，采用该技术可制备出纯相且分散性良 好的纳米粉体。下图为所制备-Al2O3 和 3YSZ 纳米粉体的 XRD 图谱和 TEM 照片。

炼油厂复合式冷凝器高耐蚀涂层材料与专用装备开发

复合式冷凝器是用于把石油炼化产品如汽油等从高温冷却到接近室温的专 业设备。目前国内该设备采用热镀锌技术进行防腐处理，热镀锌冷凝器在内陆地 区服役 7-10 年，但是沿海地区的炼油厂由于海洋气候，热镀锌冷凝器服役寿命 一般在1年半左右就必须更换，这将带来巨大的直接与间接经济损失。 本项目采用水性环保涂料进行防腐处理，已经在某专业生产炼油厂冷凝器的 上市公司技术中心获得一期与二期真机实验验证，耐盐水腐蚀寿命是热镀锌产品 的5倍以上。

钛基固态储氢合金及罐体研发

本项目主要是研究和生产固态储氢罐，固态储氢罐包括两个部分，一个部分 是罐体内的储氢材料-钛系储氢合金，其储氢量可以达到 1.8-2.0wt%，比目前已 经市场化的稀土系储氢合金的储氢性能高出了约 30%，而合金成本比稀土系储 氢合金低了60%以上；另一个部分是储氢罐，罐体为不锈钢材质也可以采用其它 成本更低的材质，对压力要求较低，仅需 5MPa 以内甚至可以小于 1MPa，和高 压储氢罐相比成本低、安全性更高，从加氢站的建设成本来看，固态储氢加氢站 无论在投资、安全性还是技术上都占有明显的优势。 性能指标 有效放氢性能：1.8-2.0wt%。吸放氢温度室温-40℃。4.5-5KG的小型储氢罐 用于电动自行车上可以让电动自行车续航80-100公里。

自主知识产权微弧氧化装备及工程化应用

在微弧氧化装备制造方面，实现技术研发与装备制造一体化。可以根据技术 需求和产能，设计和定制完全自主知识产权的成套微弧氧化生产线。近5年先后 和中船重工武汉船舶研究所和西北有色金属研究院等建成国内产能最大的微弧 氧化生产线6条，年处理面积超过万平米，是我国目前最大的具有自主知识产权 的表面多功能处理线。开发企业装备线核心电源 20 余台，成套设备已经远销国 内外。 轻合金微弧氧化系列成套装备 针对轻合金表面微弧氧化技术，已经形成航天热离子发射涂层、舰船用钛合 金标准件表面防护层、钛合金箱体防护层、兵器用铝合金零部件、航空用镁合金 机匣耐磨涂层等；针对轻合金激光表面处理技术，服务于船舶管路系统中钛合金 球阀及球体的表面耐磨耐蚀处理；针对特种电镀表面处理技术，应用于钛合金液 压作动筒的深孔内表面耐磨处理、核电爆破阀防锁死栓等方面；针对热喷涂表面 处理技术，服务于大型齿轮、航空发动机叶片表面耐磨、抗冲刷涂层、化工用零 件表面耐磨涂层等方面。依托公司的轻合金表面强化技术的工程化推广，先后服 务于航空、航天、兵器、舰船、核工业等领域，取得了较好的经济效益和社会效 益。 - 40 -

特种电镀和热喷涂技术

针对锅炉管束长期热侵蚀的问题，与质监局特种设备检验检查院合作开发了 具有自主知识产权的非晶喷涂表面处理技术，提高了管束的耐蚀性，提升了锅炉 服役安全，成果已经被西安市大数据市场作为典型案例推广。在特种电镀处理方 面，针对石油和船舶行业中长期使用的钛合金管道、接箍及螺母等咬死等问题， 开发新型特种环保电镀技术，在保证环保和可循环利用技术的同时，改善了粘扣 问题，增加了工件服役寿命，该项目已经通过国家技术监督中心的实物鉴定，目 前正在油田推广，前期产品已经提高服役寿命3倍，节约成本近千万。 非晶喷涂技术及应用 自主知识产权特种电镀技术及应用 - 39 -

轻合金激光熔覆表面处理

针对轻合金表面耐磨性差、钛合金苛刻使用环境中易发生“钛火”故障以及结 构件在加工或者服役过程中出现损伤的修复问题，发展了基于激光熔覆的表面处 理技术和激光修复技术，建立了基于损伤件本体性能匹配的表面强化材料的高通 量制备及设计方法，开发了激光熔覆高耐磨带技术。其中，研发的钛合金钻杆用 WC-Co-Cr耐磨带设计及制备技术，已经和中船重工725研究所、中海油等单位 开展应用，并取得显著经济效益。 激光熔覆表面高耐磨带膜层及其应用 - 38 -

微弧氧化原位纳米增强技术

围绕轻合金结构件磨损、耐蚀和增韧等问题开展了基础应用研究，发展了轻 合金表面微弧氧化复合相协同原位生长理论，突破了微弧氧化过程中复合相原位 生长调控关键技术，形成了长效减磨微弧氧化复合膜层设计和调控技术，高强高 - 35 - m/z [0.2 0.2 0.8](Demo) 0.8 [ [ 0 0 . . 3 3 0 0 . . 2 1 0 0 . . 7 7 ] ] 0.6 [ [ 0 0 . . 3 2 0 0 . . 3 3 0 0 . . 7 8 ] ] [0.1 0.3 0.9] [0.1 0.2 0.9] [0.1 0.1 0.9] [0.2 0.1 0.8] 0.1 0.2 0.3 轨迹仿真结果 接触力仿真结果 25 20 15 10 5 双机器人定姿态协同搬运 双机器人变姿态协同搬运 00 5 10 15 20 25 30 时间/s N/力触接 实际接触力 期望接触力 接触力控制实验结果 韧耐蚀涂层制备技术，石墨烯调控自封孔微弧氧化技术等，其中，与西北有色金 属研究院及西安赛福斯材料防护有限公司联合研发减磨耐蚀复合膜层，已经服务 于国内中航集团、中船重工集团及相关民营企业 20 多家，应用于航空钛合金作 动器和连杆、装载车铝合金发动机缸盖、船舰钛合金塔管和球阀、镁合金机匣内 表面、镁合金火炮筒和轮毂、机盖等关键结构件。与此同时，在轻合金丝材微弧 氧化技术，抑菌抗菌微弧氧化技术方面也形成了相关合成理论，并应用于纤维过 滤材料、生物材料等领域。 微弧氧化原位长效减磨复合膜层技术及其应用 - 36 - 高强高韧耐蚀涂层制备技术 轻金属丝材微弧氧化技术及其应用 - 37 - 轻金属微弧氧化生物膜层及其应用