成果名称：大型索结构健康监测及检测维护的关键技术

　　获奖类别：广西技术发明奖一等奖

　　获奖单位：桂林理工大学、柳州欧维姆工程有限公司、中国科学院国家天文台、柳州欧维姆结构检测技术有限公司、智性纤维复合加固南通有限公司、广东坚朗五金制品股份有限公司、广西建宏工程科技有限公司、广西鼎恒工程质量检测有限公司、桂林市光明科技实业有限公司、贵州射电天文台

　　获奖人：朱万旭、李辉、韦福堂、姜鹏、罗伯光、李庆伟、王延伟、黎祖金、宋立强、白宝萍、庞忠华、沈全喜、曾榕、白石、陈凡　　

　　索结构是巨型望远镜、大型桥梁和体育场馆等重大工程的常用结构形式，其拉索是结构的生命线，由其失效造成的工程事故时有发生，更有为了确保工程安全，往往提前拆换，造成巨大工程浪费。近年来，相关政府部门和业主单位已越来越重视构建索结构健康监测系统以指导进行科学管养。但由于既有通电传感的索力传感器存在电磁干扰、线路易老化，光纤传感的量程小、存活率低，健康监测系统缺乏可靠的在线监测传感器而未能发挥应有效能。本项目研发了耦合光纤光栅的大量程智慧钢丝和钢绞线及其拉索端部光纤接驳引出技术、基于卷积神经网络的拉索状态信号捕捉监测方法、轻便的索结构高空检修装备和索防腐新材料，研究成果提升了大型索结构的健康监测和管养维护水平，为我国工程拉索行业创新发展作出了贡献。

光纤光栅智慧钢丝和钢绞线

　　针对光纤传感的量程小、存活率低、与钢丝和钢绞线耦合困难的问题，项目利用预应力原理，采取了凹槽预压的独特制作方法。根据实际监测量程，在钢丝持荷张拉的状态下将光纤光栅耦合于凹槽中，耦合完成后卸载钢丝，使光纤光栅产生预压应变；当拉索在索结构中受力时，耦合于索体钢丝的光纤光栅由于预压应变叠加其实际拉应变得到减少，实现了扩大光纤监测量程和提高存活率。针对拉索端部不同的锚固方式，通过在光纤表面包裹涂敷特种防火隔热材料和设计不同的引出方式，攻克了热铸锚400℃以上锌铝合金浇筑、冷铸锚环氧铁砂加热固化、钢绞线挤压锚径向压力对光纤线安全引出造成的难题，制成了自感知拉索，实现了不同锚固形式下，端部光纤的安全引出。针对运输、施工及服役过程中，钢绞线（钢丝）端部光纤线容易碰断失效的难题，通过挤压工艺牢靠套接在智慧钢丝上的封装结构，实现光纤既不受钢绞线及其中心丝扭转、拉伸、锚固的影响，又不受光纤跳线接头晃动的影响，保证了光纤信号畅通。针对FAST项目的电磁屏蔽和防雷击问题，将集线箱均设计为屏蔽箱，所有电缆进出屏蔽箱均需进行滤波处理，集线箱电源均加浪涌保护器，且集线箱和采集箱内设置信号防雷器，实现了电磁屏蔽和防雷的双重防护。针对FAST索力精准监测的问题，对所有150根边缘索索力采取组合监测方法，即对拉索锚具进行计算分析，确定其外壁的应变敏感位置牢靠附着光纤光栅应变计实现索力在线监测；同时在拉索索体套上磁通量传感器，实现了在FAST非运行状态下检测校验索力。针对拉索索力异常识别的问题，项目发明了基于卷积神经网络的智能化索力异常捡拾方法，利用实测索力数据和人为设置的索力异常，建立训练数据集、验证数据集和测试数据集，确定卷积神经网络的架构和超参数，实现了卷积神经网络识别冲击、断丝等索力异常信号。针对FAST索网高空检修需不影响观测的难题，通过在索网节点安装顶升机、若干节两半式滑移支架、吊篮、悬挑销接挂钩的牵索挂篮，解决了高空位置的索网节点盘及靶标检修问题，方便了高空施工作业和检修设备的安全爬升和安全下降。针对复杂环境下拉索防腐的为问题，通过在索体表面涂敷由聚酰胺树脂等组分混合而成的防护脂，以及在拉索叉耳内侧与耳板头部，涂敷由聚异丁烯等组分制成的遇水膨胀阻燃防锈不干性密封膏，在金属表面形成保护膜，实现了拉索长期防腐。

大型索结构健康监测及检测维护的关键技术被应用于“中国天眼”工程中

　　位于贵州省黔南州平塘县的 500米口径球面射电望远镜 （简称FAST工程，誉为“中国天眼”）是目前世界最大单口径射电望远镜。索网制造与安装工程是“中国天眼”工程的主要技术难点之一，既是目前世界上跨度最大、精度最高的索网结构，也是世界上第一个采用变位工作方式的索网体系，工程的关键指标远远高于国内外相关领域的规范要求，在世界范围内没有可借鉴的经验或资料，技术难度不言而喻，需要攻克的技术难题贯穿索网的设计、制造及安装全过程，其关键技术问题主要包括超大跨度索网安装方案设计、超高疲劳性能钢索结构研制、超高精度索结构制造工艺等，如主索索段控制精度必须达到１毫米以内，主索节点的位置精度须达到５毫米。整个索网共6670根主索、2225个主索节点及相同数量的下拉索。仅以高应力幅钢索研制为例，“中国天眼”工程对拉索疲劳性能的要求相当于规范规定值的2倍，国内外均没有可借鉴的经验或资料作为参考。因此项目组在研制索网这项工作中经历了“失败—认识—修改—完善”过程，前后历时一年半时间，最终，朱万旭教授凭着超人的想象力、敢创一流的毅力，带领技术团队成功完成了这个“不可能的任务”，实现索疲劳问题的系统解决方案、主索网精度控制工艺及方法、刚性与柔性自适应配合问题等三大自主创新，发明了冷铸挤压复合锚固技术、高强预应力钢丝与钢绞线组合制索技术等高新技术，研发出符合要求的新的钢索材料、包裹材料和制造工艺，凸显四个特点：世界跨度最大、精度最高，工程用拉索可承受应力幅比国内外标准高2倍，首创反射面自适应连接机构，在同行业率先创建索类制品信息化管理系统。

　　项目依托500米口径球面射电望远镜（FAST）反射面索网等重大索结构工程，研发索结构健康监测及检测维护的关键技术和相应新产品、新装备，取得了一系列应用。在桂林理工大学的技术指导下，相关企业已为FAST反射面索网提供检修维护服务；生产的光纤光栅智慧钢丝、钢绞线和自感知密封索，也在江北快速路新河大桥、顺德德胜体育中心等大型场馆等工程进行了应用；配套的光纤光栅解调仪已批量生产，在FAST和诸多桥梁和岩土工程检测中得到应用；同时该项目帮助检测企业提升公司的检测水平，并已在桂林南洲大桥等工程检测中应用；新型防腐脂已推广应用于棋盘洲大桥等多个悬索桥主缆钢丝表面涂抹防腐以及拱桥吊杆、斜拉索和体外索锚具填充反腐。

　　如今，通过与企业的产学研用合作，“大型索结构健康监测及检测维护的关键技术” 项目获得授权发明专利9项，发表论文20余篇，主编专著和参与行业标准制订各一部。项目成果成功应用于FAST索网结构以及广西相思洲斜拉桥、湖南衡阳东洲斜拉桥等50余项实际工程，近三年实现新增销售额2.28亿元，保障了FAST多年的正常运行，实时为反射面变位调整提供了索力和形位数据支持并承担了FAST索网及相关部件的检修维护工作，也为FAST不负众望获得一系列国际重大天文科学发现贡献了力量。未来，项目成果可推动预应力材料和拉索行业产业向智慧化、智能化创新升级，提升拉索产品和索结构工程监测维护的技术含金量；促进重大工程结构健康监测产业的发展壮大，为我国引领索结构工程技术进步作出贡献。