路面材料辐射换热试验方法

太阳辐射是路基路面材料对外热交换的重要形式.该文利用自行开发的辐射换热试验机,考虑沥青混凝土与水泥混凝土两种不同路面材料类型、在3种太阳辐射强度条件下,对路面材料的辐射换热进行室内试验研究,分析了不同辐射强度对路面材料辐射换热的影响及其变化规律.试验研究表明,水泥混凝土的辐射吸收能力低于沥青混凝土,辐射强度对路面材料的辐射换热系数影响较小,水泥混凝土试件与沥青混凝土试件间辐射换热系数的比值基本保持恒定,保持在82%～84%之间.     

路基含水量对水泥混凝土路面疲劳寿命的影响分析

含水量对路基的回弹模量有显著的影响,而回弹模量是水泥混凝土路面板应力和路面弯沉的重要影响因素。为克服采用线弹性当量回弹模量进行路面结构分析带来的偏差,通过对粉土三轴试验数据拟合,获得了不同含水量下应力相关的非线性回弹模量参数。推导了精确的一致切线刚度矩阵,利用Abaqus用户材料子程序UMAT对应力相关的回弹模量模型进行有限元实现。基于路基-路面协调变形,建立三维有限元分析模型,调用移植的回弹模量模型对典型的水泥混凝土路面结构进行结构分析,获取路基土在不同含水量下的路面结构的应力应变响应,结合水泥混凝土路面的疲劳寿命关系分析路基土含水量对混凝土路面疲劳寿命的影响。研究结果表明:路基土含水量从最佳含水量-3%增加到最佳含水量+3%,回弹模量相应显著减小,路面顶面最大弯沉增加,路面板的板底最大拉应力增加,路面结构的疲劳寿命减少。     

深港西部通道深圳湾口岸深方场地路面结构设计研究

按公路沥青路面设计规范和公路水泥混凝土设计规范的规定,选取深圳湾口岸深方货检区交通走廊为分析点,通过计算比选沥青混凝土路面、双层混凝土板水泥混凝土路面两种路面类型,分析不同路面类型对填海路基的适应性。经实践检验,选取的路面结构类型,能有效地降低填海区路基沉降对路面的影响,同时适应口岸区域流量大、重载、频繁启动的交通特征。     

人工神经网络与回归分析方法预测接缝式水泥混凝土路面错台

路面管理和维护是道路工程的一个重要方面,因此在选择路面养护措施时,应该充分考虑路面的病害类型及经济性。在接缝式水泥混凝土路面中,横向接缝错台是一个关键问题,很大程度上影响行车舒适性和路面平整度。影响接缝错台的因素有很多,如交通荷载、路面结构、气候条件、路面龄期等。而基层状况是其中的一个重要因素,其对水泥混凝土路面的早期性能和长期性能的影响都很大。该研究采用人工神经网络法(ANNs)和多元线性回归法(MLR)预测接缝错台,对于研究中的路面龄期和不同基层类型等参数取值采用路面长期性能研究计划(LTPP)中的数据。研究结果表明:ANNs能够准确地预测接缝式水泥混凝土路面的接缝错台,除个别误差外其复判定系数(R2)很高。     

碎石化的旧水泥路面上水泥混凝土加铺层应力分析和开裂预估

将碎石化的结构层分为上部、中部、下部3个部分,对其加铺层应力进行了分析,并对水泥混凝土加铺层的开裂进行了预估。结果表明:在进行碎石化层的水泥混凝土路面结构时,对路面寿命有较大影响的因素有行车道板间及板纵向的传荷能力、碎石化层温度梯度、下部模量、脱空面积以及水泥混凝土加铺层厚度,沥青混凝土夹层厚度、路肩和行车道、摩擦系数对路面结构使用寿命影响非常小,可忽略。在对疲劳开裂进行预估的时候,可以控制载荷疲劳应力的大小以及温度的疲劳应力,防止水泥混凝土路面板产生疲劳开裂,这样水泥混凝土的设计抗拉弯强度就会小于其综合作用力,并给出了疲劳断裂极限状态计算公式及相应的可靠度系数。     

温度梯度对水泥混凝土路面板弯沉测试值的影响及其修正的研究

影响水泥混凝土路面板弯沉侧定值结果的因素诸多,其中温度梯度的影响对其测定值结果最为复杂,依托不同时段温度大量测定数据,研究和分析了路面板翘曲变形对弯沉的影响规律,进而,总结归纳出二个温度梯度界限;不需要修正的"温度梯度下限"和可予修正的"温度梯度上限";提出了修正方法和相应回归公式,为发现与分析水泥混凝土路面板弯沉测定值的失真和科学有效的确定测定结果确定提供了参考依据。     

温度梯度对水泥混凝土路面板弯沉测试值的影响及其修正的研究

影响水泥混凝土路面板弯沉侧定值结果的因素诸多,其中温度梯度的影响对其测定值结果最为复杂,依托不同时段温度大量测定数据,研究和分析了路面板翘曲变形对弯沉的影响规律,进而,总结归纳出二个温度梯度界限;不需要修正的＂温度梯度下限＂和可予修正的＂温度梯度上限＂;提出了修正方法和相应回归公式,为发现与分析水泥混凝土路面板弯沉测定值的失真和科学有效的确定测定结果确定提供了参考依据。     

基于路基路面协调变形的水泥混凝土路面设计研究

采基于路基路面协调变形,建立三维有限元分析模型,并对典型水泥混凝土路面结构的荷载应力进行计算。采用正交试验设计的方法对路面设计参数进行组合,系统分析了设计参数对路基路面应力响应的影响。结果表明,对于水泥混凝土路面,在路面设计参数中,仅有路基回弹模量对路面板拉应力与面层板厚度对路基应力具有显著影响。因此,可将路面厚度和路基回弹模量设计作为水泥混凝土路面设计重点。基于不同路面板厚度下路基工作区深度,可将交通荷载影响区加深至1．5m。基于不同路面板厚度、路基回弹模量和不同轴载对水泥混凝土路面板疲劳寿命影响规律,在重载交通条件下,应该增加路面厚度和增强路基。考虑经济因素并结合以上分析,建议水泥混凝土路面厚度宜取28—30cm,路基回弹模量宜介于40-80MPa之间。     

水泥混凝土路面半刚性基层的适宜厚度

半刚性基层是水泥混凝土路面常用的基层类型。通过计算不同道路等级、累计当量轴次、水泥混凝土面层和半刚性基层厚度条件下水泥混凝土路面的行车荷载疲劳应力和温度梯度疲劳应力,分析其变化规律,提出了水泥混凝土路面半刚性基层的适宜厚度,供工程设计人员参考。     

西藏地区水泥混凝土路面耐候性设计指标分区划分研究

通过收集西藏自治区22个气象站点及周边3省4个气象站点30年的气象资料,对西藏地区气候环境要素与水泥混凝土路面的影响特性进行了研究,具体包括西藏地区气候特点及其影响、气温的时空分布、春秋两季冻融循环规律、太阳辐射分布、30年一遇的最大温度梯度及其对水泥混凝土路面温度场的特征分布等方面,得到西藏地域有冻和无冻区域分布、冰冻指数、冻融循环天数、最大温度梯度等若干重要结论。研究成果可为西藏区域内水泥混凝土路面的研究与施工,特别是修建水泥混凝土路面过程中的施工组织管理、优化配合比设计、后期养护和维修等工作提供参考。     

多年冻土区路基高度对温度场影响的非线性分析

采用焓模型,综合考虑了气温、太阳辐射、风速风向、坡面蒸发等气象因素,对不同气温地区多种高度路基温度场进行有限元数值模拟,并采用天然地面下冻土年最大融深及路基内融土核高度两个指标综合分析路基稳定状况。有限元分析表明:在中低温多年冻土地区,抬高路基可延缓冻土下降速率,有效保护多年冻土;在高温不稳定多年冻土地区,抬高路基的效果并不显著,过度地抬高路堤会使路基内融土核高度显著增加,路基本体的稳定性将受到严重影响。本文还提出路基高度与冻土年最大融深之间的回归公式,为路基病害预测提供依据。     

多年冻土区水泥混凝土路面下冻土路基温度场数值分析

运用abaqus有限元分析方法,对不同冻土断面类型,不同路堤高度的水泥混凝土路面路基温度场进行了数值模拟,计算结果与观测结果比较后证实有限元模型参数的选取和计算方法是正确可靠的。通过分析可以得出以下结论:在相同冻土断面地区,水泥路面基底融深较沥青路面下基底融深浅,体现了较好的热稳定性;不管何种冻土断面及路面类型,随着所处环境气温的升高,路面基底年最大融深均有所增加,沥青路面基底融深对中低温冻土地区气温升高的响应迅速,水泥路面基底融深对高温冻土地区气温的升高响应迅速;对于中低温多年冻土段水泥路面的大致路堤临界高度为1.2 m,对于高温不稳定多年冻土段,路堤临界高度在1.6 m左右,对于高温极不稳定多年冻土段,路堤临界高度在2.1 m左右。     

基于对流-导热耦合作用的寒区隧道保温隔热层研究

寒区隧道的抗冻措施研究对隧道建设有重要意义,基于对流-导热耦合作用的非稳态传热有限差分计算模型,计算分析寒区隧道多年冻土和非冻土段外贴式及中隔式保温隔热层的保温隔热效果,并对寒区隧道纵向铺设保温隔热层后的抗冻效果展开研究。结果表明:1)在非冻土地层外贴式保温层保温效果较佳,在多年冻土地层中隔式隔热层隔热效果较佳,两者效果相差不大;2)受周期性入口风温的影响,隧道衬砌背后温度呈现周期性变化,变化幅度逐年递减。在材料、施工允许的前提下,建议采用外贴式保温隔热层;设计时,保温隔热层厚度应作经济技术比选。本文研究成果可供寒区隧道设计者与研究者参考。     

就地热再生技术加热等级和作业速度研究

加热技术是沥青路面就地热再生技术的关键,加热过程直接影响着施工的质量。基于热风循环加热方式的沥青路面就地热再生技术,使用一维非稳态导热模型,建立传热温度场,研究沥青路面就地热再生技术中加热的分级和作业速度的控制。通过实地温度测量,证实了加热等级和机群作业速度二者有着直接的联系。通过技术人员的实时温度量测和现场指挥,可以有效指导施工、提高作业效率、提高燃料利用率、节约成本。     

沥青路面热阻粘封层机理及性能研究

从传热学机理出发,首先在理论上研究了路面结构材料各参数对于沥青路面结构温度的影响,并探讨了阻热型结构层对路面结构温度场的作用。然后对热阻材料需满足的性能进行了分析,并初步选择了数种性能合理的热阻材料。通过室内的热辐射系统模拟了外界太阳能的辐射,并对不同热阻材料组成的结构进行了辐射试验,以研究其结构导热特性。最后对热阻粘封层的经济性进行了对比分析。试验结果表明,在一定时间的高温作用下,功能、厚度适宜的热阻结构层可以改善路面结构温度场,降低中下面层沥青混合料的工作温度,从而提高沥青路面的高温稳定性。     

多年冻土区封闭条件下片块石路基降温效果数值分析

片块石路基是多年冻土区公路建设中的一种主动降温的措施,根据多孔介质对流传热理论,对封闭边界的片块石路基温度场进行数值模拟计算,分析在全球气温变暖和沥青路面强吸热特性双重影响下的片块石路基的降温效果,并对其长期热稳定性进行预测分析。结果表明:片块石路基能够很好地发挥"热二极管"效应,寒季增加路基的蓄冷量,暖季可有效阻止外界热空气进入路基,对于防止多年冻土融化、主动保护冻土起到了积极有效的作用;片块石路基在短期内降温效果显著,但从长远分析,片块石单独应用于多年冻土地区公路路基中难以发挥主动降低地温、保护多年冻土和维护路基热稳定性的作用,必须进行补强。     

多年冻土地区路基变形特征及影响因素

青藏公路沥青混凝土路面修建后,增大了路基下多年冻土的吸热量,导致了多年冻土融化。多年冻土融沉变形在冻土路基变形中占主导地位,其发生、发展与冻土温度及工程地质特性等有关。通过青藏公路唐南地区路基变形监测数据,分析了路基变形的特征及多年冻土融沉变形的影响因素。     

基于模糊理论的沥青路面热风加热多参数优化

为了优化就地热再生热风加热参数，提高热风加热沥青路面的加热效果，基于有限元方法，建立了热风加热装置加热沥青路面的模型，模拟计算了热风加热沥青路面的过程，通过试验验证了仿真模型及参数设置的正确性。采用正交试验设计方法研究了热风温度、热风速度、出风孔离地高度对加热效果的影响。提出了基于模糊理论的热风加热效果评价方法，引入综合模糊评价指标代替沥青路面温度场、对流换热系数和加热过程中的能量利用率等单一评价指标对沥青路面加热效果进行评价，采用独立性权系数法确定了各指标的权重系数，仿真分析验证了综合模糊指标评价方法的有效性。结果表明：在加热装置的设计参数范围内，热风温度对沥青路面表面温度及分布均匀性影响最大，热风速度对换热系数影响最大，出风孔离地高度对能量利用率影响最大。以沥青路面温度场、对流换热系数和能量利用率等单一指标为优化目标获得的最佳加热参数组合，仅能保证各自指标最优，但其他指标较差；以综合模糊评价指标E_CFI为优化目标得到的最佳热风加热参数组合，可以同时获得较好的沥青路面温度场、对流换热系数和能量利用率。研究方法和结论为沥青路面热风加热参数的选择和加热效果的评价提供了一种有效可行的途径。     

青藏高原多年冻土区站场路基温度场的有限元模拟

在多年冻土区修建铁路站场路基,打破了原来天然地表与外界的热力平衡,地下温度场将重新分布。根据此特征可以推断多年冻土的发展演化趋势以及评定路基的稳定状况,结合实际监测数据,利用AN SY S软件对路基下温度场进行有限元数值模拟。模拟计算结果表明:路基下冻土上限发生了上移,多年冻土得到了保护;试验段内冻土人为上限和未受路基影响的冻土天然上限均逐年下降;同时,路基阳坡、阴坡两侧地下的温度场分布特征的差异构成了路基不均匀变形和路面裂缝的潜在威胁。     

多年冻土区宽幅XPS保温板路基传热特征研究

为研究宽幅XPS保温板路基地温调控效果，对共和至玉树高速公路21.5 m幅宽的XPS保温板路基和幅宽13.5 m热棒-XPS保温板复合路基试验路的冻土地温进行了长期系统的监测。结果表明:宽幅XPS保温板路基冻土上限年下降速率、冻土上限位置升温速率和吸热量分别为宽幅普通路基的76%，62%，55%，然而宽幅XPS保温板路基下伏多年冻土仍以较快的速率发生退化，上限下降速率达到0.5 m/a；铺设黑色路面后，宽幅XPS保温板路基和宽幅普通路基吸热量均增大约1倍；和单一的XPS保温板隔热措施相比，热棒-XPS保温板复合路基对路面下2～5 m范围内土层地温产生调控效果，可有效改善采用单一XPS保温板工程措施的被动吸热状态，提高冻土路基热稳定性。