大跨度漂浮型铁路斜拉桥列车制动响应智能控制技术

　　本项目属于土木工程与材料学科的交叉领域，为《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》中优先发展的“智能材料与结构”前言技术。

　　大跨度漂浮型铁路斜拉桥，由于其主梁纵向无约束，因此列车制动作用会引起主梁纵向大幅震动，严重威胁桥梁和列车运营安全。针对大桥主梁列车制动位移影响大、速度影响极小，常规速度型流体阻尼器被动控制技术无法有效抑制桥梁列车制动响应的技术瓶颈和工程难题，本项目历时10多年，在多项国家和部科技计划的大力支持下，发明了“大跨度漂浮型铁路斜拉桥列车制动响应磁流变液阻尼器智能控制技术”，系统解决了磁流变液智能材料在工程复杂条件下性能低、稳定性差，足尺磁流变液阻尼器出力不够大、耐久性不好，以及缺乏大型桥梁列车制定响应智能控制系统设计和集成技术等关键技术难题。

　　本项技术发明的主要发明点为：

　　1.发明了屈服应力大、稳定性极好的高性能磁流变液制备新技术。依据纳米复合技术，发明了核壳型复合磁性粒子制备新技术以及基于复合磁性粒子的磁流变液制备新技术，可大幅度提高液体中磁性粒子的抗沉降性能和阻尼器中磁流变液的稳定性。获授权国家发明专利5件，并据此制备了最大屈服应力和稳定性均居世界领先水平的高性能磁流变液，其最大屈服应力大于70kPa，沉降速率仅为0.00032μm/s。

　　2.发明了大出力、长寿命的足尺磁流变液阻尼器的设计与制作新技术。采用磁场防泄漏、全通道磁场有效等技术，发明了足尺磁流变液阻尼器设计新技术；通过金属陶瓷ZnNI粉末的制备和超音速火焰喷涂ZnNI涂层的施工技术，发明了足尺磁流变液阻尼器的制作新技术；可实现阻尼器的大出力和长寿命等工程应用要求。获授权国家发明专利3件，并据此制作出了出力最大、使用寿命长的足尺磁流变液阻尼器，在缸体直径0.34m时，最大出力超过500kN（美国200kn，日本400kN），为世界第一。

　　3.发明了可补偿磁滞效应的漂浮型铁路斜拉桥列车制动响应智能控制系统集成新技术。采用逆模式神经网络预测和改进的固定增量半主动控制策略建立了铁路斜拉桥列车制动响应智能控制方法，通过它与控制机、阻尼器、传感器的集成，发明了可补偿足尺阻尼器磁滞效应的大跨度漂浮型铁路斜拉桥列车制动智能控制系统。获授权国家发明专利2件，并据此建立了 武汉天兴洲大桥列车制动响应智能控制系统，其主梁的列车制动响应率降低80%以上。

　　本想技术发明共获授权国家发明专利10件，出版专著2部，发表论文107篇，其中SCI收录21篇，EI收录43篇。

　　本项技术发明已在京广高速铁路武汉天兴洲公铁两用斜拉桥重大工程上得到成功应用，有效抑制了该桥运营时的列车制动响应，有力提高了该桥运营和列车行车安全性，节省投资6780万元，取得巨大经济效益和社会效益，成为技术和规模均为世界第一的土木工程结构智能控制工程示范。2010年7月27日《科技日报》对该项技术发明详细报道，且誉为“大跨度铁路斜拉桥安全的保护神”。