基于ENVI-met的透水路面对微区域气候影响的模拟分析

为研究透水沥青路面及反射层涂装路面对夏季热岛效应和冬季极端低温的缓解作用,以哈尔滨某高校校园环境为研究对象,利用ENVI-met微区域气象模拟软件对完全不透水、10%空隙率透水、20%空隙率透水及涂装反射层的20%空隙率透水4种沥青混凝土路面铺装在夏冬2个季节不同温度条件下微区域气候的温度分布及变化情况进行了模拟分析。结果表明:在高温情况下,随透水沥青路面孔隙率增大,体积比热和导热系数降低,对热岛效应的缓解作用增强,表现为路面平均温度降低及局部高温区域的面积减少;在低温情况下,随透水沥青路面空隙率增大,对极端低温的缓解作用增强,表现为路面平均温度提高及局部低温区域的面积减少;在透水路面上加涂表面反射层,能显著提高透水路面的反射率,高温时能较好地减缓热岛效应,但会使极端低温的状况加剧;通过对微区域气候的改善作用,透水沥青混凝土路面能够对能源消耗起到一定降低作用,进一步减少碳排放,有利于对环境的保护。     

基于缓解城市热岛效应的自冷式混凝土路面砖性能研究

近年来,海绵城市的概念逐步受到重视,其中遵循生态优先原则,合理利用雨水资源缓解热岛效应已经成为城市基础设施设计者尤为关注的方向。现有研究表明:全球气温上升给人们安全和健康带来的挑战日趋严重。而混凝土由于具有较高的热储存能力及较低的热传导能力,已成为城市热岛效应的主要来源之一。此外土壤封闭层的大量使用也可导致城市内部区域温度上升。为了缓解这种所谓的城市热岛效应,自冷式混凝土路面应运而生。这种路面不仅能够储存水分,还能利用水在蒸发过程中的吸热作用提供冷却效果。该文主要评价这种新型路面降低路表及周围温度的能力,利用一系列的室内试验检测新型路面的自冷性能。为了验证其实的应用效果,在西班牙设置两块试验场地(12m×8m)铺筑自冷式路面和对照路面,进而研究了空气温度和自冷式路面表面降低温度之间的关系。     

反射路面用于缓解城市热岛效应的效果分析

采用高反射率或反光的材料改造城市表面缓解城市热岛效应,是日渐流行的一种措施。尽管有一定的效益,但也产生了诸多弊端。高反射率路面反射的辐射,潜在增加了临近建筑和墙体的温度;增加了临近建筑的冷却负荷;增加行人的热不适;反射的紫外线及眩光对行人的健康也有影响。反射道路可缓解热岛效应的结论,仅是基于高反射率道路可反射太阳辐射的理论得到。且通过现场测试及模型模拟,发现反射路面仅是影响了材料表面的温度,路表上方1.5m处的空气温度几乎没有差别。本文在调研国内外反射路面研究成果的基础上,全面论述反射路面的负面影响,为城市规划和决策提供参测。     

浅谈透水人行道结构的设计及工程应用

针对城市硬质路面面积的不断增加,加剧了“城市热岛效应”的形成,增大了市政排水管网负担,降低了地下水补给功能等一系列问题,该文提出新型透水路面结构设计观点,旨在保证道路结构的稳定,提高其使用舒适性,减少水资源的流失,在某种程度上缓解城市发展和环境保护之间的矛盾。     

基于反射率的路面降温机理及其影响因素研究综述

传统的路面热惯性较大,吸热、储热能力强,加剧了城市热岛效应的发展。近年,使用冷路面技术降低城市热岛效应的研究不断增加。基于路面反射率的冷路面技术,分析了反射路面的降温机理及其对室外热环境的影响。分析了太阳热辐射峰值、面层材料、热反射涂层、面层材料含水量及城市构造这5种因素对路面温度的影响。结果表明:太阳辐射峰值随季节呈规律性变化,由于峰值对日最高温度的作用效果不同,使路面夏季降温效果明显优于冬季,既满足夏季降温又降低对冬季路面的不利影响;面层材料对路面温度的作用效果与材料的性能、骨料颜色及路面龄期密切相关;热反射涂层在颜料中添加高折光率材料,通过反射太阳辐射降低路面对太阳辐射的吸收量,从而降低路面热量的积累,颜色越浅反射效果越明显,考虑路面低温对冬季路用性能的不利影响,在路面材料中添加可逆热变色微胶囊,考虑其经济性及光稳定性并未广泛应用;由于水分子对太阳辐射的吸收程度不同,随着面层材料含水量的增加,太阳反射率呈降低趋势,但可为蒸发散热提供源动力;根据城市构造分析,高宽比小于1的峡谷降温效果较好。虽然该5种因素对反射率的影响程度不同,但都不同程度地达到路面降温效果。同时,针对路面反射率现阶段研究的工程应用进行了阐述。     

降低沥青混凝土路面储热量措施对比研究

降低沥青混合料储热量,可以降低沥青混凝土路面的温度,从而可以提高路面的抗车辙能力,增加路面使用年限,同时可以缓解城市热岛效应.通过采用表面涂抹反光材料、表层掺加隔热材料以及添加浅色石料部分替代矿料方式对沥青混凝土路面降温,就降温效果进行了研究分析.结果显示:表面涂抹反光材料提高反射率的效果最佳,降温可达到5.6℃;此外,采用添加浅色石料莫来石替换2.36 mm以下集料方式降温可达3.3℃.     

热反射涂层开发及路用性能观测研究

通过分析沥青路面的光热环境,建立了沥青路面的热平衡方程。提高路面的反射率可以降低沥青路面的平衡温度,有利于减少车辙病害和缓解城市热岛效应。使用热反射涂层可以有效地提高沥青路面的反射率。开发了3种不同配方的路用热反射涂层材料,于室内测试了各配方及国外某产品的降温效果,最后通过修筑热反射涂层试验路观测其抗滑性能和眩光情况,并进行经济性分析。结果表明,所开发的热反射涂层材料降温效果较好,最大可以降低表面温度11.4℃。应用热反射涂层后路面的抗滑性能略有降低,但仍满足路用要求。新铺筑的热反射涂层的眩光性能介于普通路面和交通标线之间,在使用过程中逐渐降低。所开发的路用热反射涂层材料的造价较低,可以作为一种预防性养护措施。     

基于热物理特性的沥青混合料的研究

为了减少高温车辙病害的产生,提出采用"主动"降低沥青路面温度的方式以降低车辙病害产生的方式。研究分析了沥青混合料及其骨料的热物参数与沥青路面温度的关系。采用Williamson公式和热学导热系数推算公式计算分析骨料热物参数对沥青混合料热物参数的影响,在室内试验中用常功率平面热源法进行验证;应用传热学中一维导热方程和巴勃模型,研究了路面结构热力学材料参数对于沥青路面结构温度的影响。结果表明,在正常的高温条件下,导热系数较小的材料其路面结构内部的温度相对较低。在室外试验中,普通沥青混合料与采用导热系数较小的材料制备的沥青混合料的底层温度相差可达6℃。     

基于红外辐射原理的降低热岛效应型沥青路面的工作机理分析

从工作机理的角度分析得出降低热岛效应型沥青混合料中红外降温粉体的选用要考虑其组成成分、内部结构、粒径大小及气温等因素,并通过红外发射率测试证明了根据以上原理筛选的红外降温粉体在8~14μm波段具有很高的发射率。同时,依据红外辐射原理估算降低热岛效应型沥青路面的降温值。结果表明:降低热岛效应型沥青路面降低路面温度的效果明显,且其降温效果与城市规模关系不大。此外,研究还预测了降低热岛效应型沥青路面对城市热环境的影响,结果显示:不论城市规模大小,只要铺筑降低热岛效应型沥青路面就能使大气温度至少降低2℃~3℃,且降低热岛效应型沥青路面使近地层大气的温度降低效果与气温、城市建成区面积以及城市道路面积率有关。     

沥青混凝土路面耙松热传导试验与仿真分析

为了提高沥青混凝土路面就地热再生过程的加热效率，采取对试件进行热传导试验及FLUENT有限元仿真的方法，以不同厚度但配比及密实度相同的沥青混凝土试件为研究对象，设计制作热传导试验装置，测量试件上下表面温度并计算导热系数；运用Solidworks软件对试验过程进行有限元仿真，模拟建立热传导温度场，对试验过程进行验证。试验和仿真的结果表明:不同厚度但配比及密实度相同的沥青混凝土试件的导热系数基本相同，试件厚度显著影响沥青混凝土路面的底层加热温度，耙松改变路面结构后，热量更容易渗透到路面底层，从而提高热再生加热效率并降低能耗。     

基于分布式光纤传感器的预应力管道压浆质量检测

现有预应力管道压浆质量检测方法多为点式测量，检测效率低，对检测环境要求高，并且易造成压浆缺陷漏检。为了弥补这一问题，提出一种基于分布式光纤传感器的预应力管道压浆质量检测方法。通过对预应力管道内压浆缺陷进行热力学分析，探讨与压浆密实度相关的热力学指标及其求解方法，并通过物理模拟开展试验研究，将设计的加热型分布式光纤传感器布设于预应力管道内部，采集加热后分布式光纤传感器的温度数据，识别温度分布曲线中的温度峰，计算各温度峰位置所对应的缺陷截面等效导热系数，分析该系数与压浆密实度的相关关系。研究结果表明：通过识别分布式光纤传感器温度分布曲线中的温度峰，可以将预应力管道中所有压浆缺陷准确识别出；缺陷截面的等效导热系数可以作为压浆密实度的评价指标，根据实测结果所得各位置的等效导热系数，可以近似求解出所对应的压浆密实度。     

沥青路面集中排水影响分析与响应识别

如何通过路侧排水口将路面径流快速排出是路面集中排水设计需要解决的关键问题。为了分析路面宽度和坡度变化对集中排水的影响，准确识别集中排水条件下排水口泄流能力与影响范围，基于水动力学理论得到路面二维浅水方程，考虑降雨、地形、流体阻力等因素对路面径流变化的影响作用，建立路面径流运动变化分析模型，并采用实际观测数据对模型参数进行验证。结合实际工程建立路面数字高程模型，在设计降雨条件下，分析路幅宽度增加和坡度变化对路面径流深度分布和路面集中排水能力的影响作用，对比不同坡度组合下的路面排水量，并识别路侧排水口影响范围。研究结果表明：路面排水量、路面径流流速、路面径流汇流时间是路面集中排水研究需要考虑的重要方面；采用路缘石开口进行集中排水时，路侧缘石对路面径流的汇流过程具有明显的拦阻作用，路肩范围内出现壅水现象；较低的路缘石高度可以减少路侧壅水对外侧行车道的不利影响，进而提高路面行车安全；对于模拟条件下（横坡2%）的固定排水口布置形式，存在相应的排水最优路面纵坡值范围（1%~1.2%）；路面径流的汇流方向与路面合成坡度方向不一致，当路面宽度增加时，路面汇流路径增长显著，路宽24.5 m时，路面径流没有就近从排水口流出，汇流路径沿道路纵向超过70 m。     

基于低碳视角的透水慢行系统结构生态效果评价

为完善透水慢行系统结构生态效果评价体系,通过渗透系数试验、现场渗透试验、吸声系数试验及路面温度调查,研究透水慢行系统的排水效果、降噪效果和降低城市热岛效应,并提出相应分级标准.结果表明:透水慢行系统生态效果明显,沥青混合料的渗透系数随空隙率和连续空隙率的增大而增大;无砂混凝土与级配碎石叠合基层的渗透速率最快,级配碎石基层次之,水泥稳定碎石和级配碎石叠合基层最慢;沥青混凝土吸声系数峰值与均值总体随空隙率增大而提高,相同连续空隙率下,小粒径吸声优于大粒径,相同空隙率下小粒径性能反而下降,透水性混凝土的吸声系数随空隙率增大而增大;透水路面路袁与中面层温度差值远远大于其他几种路面结构.     

隧道运营期内部空气温度的预测分析

运营隧道内空气温度的合理预测有助于改善隧道内部环境。为了准确预测分析运营隧道内气温，引入传热第三类边界条件，耦合隧道径向及轴向二维轴对称的围岩温度导热方程与洞内气流温度方程，推导出隧道空气温度和内壁面温度的分析解，该分析解法与文献报道数值解法计算得到的巷道内气温差值在０．５℃以内。以武汉长江隧道为例，对运营隧道内的空气温度进行计算分析。结果表明：洞内气温的计算结果与实测数据的差值大多在１℃以内，且温度变化趋势一致，进一步验证了本文分析解的正确性；随着风速的增加，出口气温不断降低且降幅逐渐减小，即降温效果已逐渐不明显，表明运营隧道内的风速控制需综合考虑降温效果和动力消耗。     

粗集料对水泥混凝土热工参数的影响

基于改进的光杠杆系统和护热平板法测定了水泥混凝土的线膨胀系数和导热系数,分析了粗集料类型以及粗集料含量对二者的影响.结果表明:粗集料类型不同时,集料本身的线膨胀系数越大,该种集料的混凝土线膨胀系数也趟大,导热系数变化规律相同;粗集料类型相同时,线膨胀系数随集料含量增加而增大,而导热系数变化规律相反.J外,在10～50℃范围内逐级升高或降低相同温度时,混凝土膨胀量大致相同,膨胀量对不同温度区间的敏感性无明显差异.     

热阻沥青路面降温效果及作用机理

为了研究热阻路面的降温效果及作用机理,以高铝质耐火碎石材料为研究对象,通过等体积替换的原则将耐火碎石掺入到混合料中,在2.36~4.75mm和4.75~9.5mm档集料掺量最佳时,通过力学性能、路用性能及降温效果测试试验,研究9.5~13.2mm档集料掺量分别为10%、20%和30%时的降温效果。温度测试位置为表面、深度4cm及10cm等3个位置。研究结果表明:随着耐火碎石掺量的增加,路面降温效果逐渐提高,在掺量≤20%时,混合料的力学性能及路用性能满足规范要求;耐火碎石掺量为20%时,在路面表面、深度4cm及10cm处最大温差可分别达6.5℃、6.0℃及5.5℃左右,降温效果明显;降低沥青混合料的导热系数,减小热量在路面内部传递,有效控制路面的整体温度,是耐火碎石降低路面温度的主要原因。     

基于二元Logistic模型的城市道路交通事故严重程度分析

为从多维度精准剖析影响城市道路交通事故严重程度的因素，选取了我国某城市2018—2020年交通事故数据库中的4 587条数据作为研究对象，基于二元Logistic模型，从人、车、路、环境这4个方面，分别针对财产损失事故、伤人事故、死亡事故建立了模型。深入分析了道路物理隔离位置、路侧防护设施类型等因素对事故严重程度的影响，并利用Hosmer-Lemeshow检验和一致性检验对模型有效性进行验证。结果表明:①道路物理隔离的空间位置对事故严重程度有显著影响，仅布设中心隔离设施发生死亡事故的概率是同时布设中央和机非隔离的2.304倍。在有中心隔离设施的高等级道路中，增设机非隔离设施能有效降低事故发生的概率。②路侧防护设施类型为行道树、绿化带时，发生死亡事故的概率分别是金属护栏的1.982倍、1.648倍。与金属护栏相比，行道树更容易引发严重事故。③夜间无路灯照明发生死亡事故的概率是夜间有路灯照明的1.808倍，夜间无路灯照明是导致死亡事故的重要因素之一。④受过高等教育的驾驶人发生财产损失事故和伤人事故的概率较高，受过中等教育的驾驶员发生死亡事故的概率较高；受过中等教育驾驶员发生死亡事故的概率是高等教育驾驶员的2.049倍。研究深入分析了影响城市道路交通事故的显著因素及其对事故的影响，为事故严重程度的精细化分析提供了理论支持，为交通规划与管理部门提供了决策依据。      

中空圆环形冻结管温度场发展敏感性分析

为研究中空圆环形冻结管在冻结过程中对周围环境因素的敏感性，运用有限元分析软件进行建模，分别讨论当土体的潜热、导热系数、比热改变时，中空圆环形冻结管的温度场发展规律。结果显示:导热系数的变化可以显著影响温度场的发展，随着导热系数的增加，土体达到冻结温度的时间逐渐缩短；随着比热的增大，土体降温速度减缓，最终的冻结温度也有所升高；相变潜热对温度场的发展没有显著的影响。在实际工程中，使用相应的施工方法改善冻结土体的参数，可以有效地改变冻结效率。     

陶瓷热阻式沥青路面温度场仿真研究

将陶瓷粉末等体积替代SMA-13的细集料(替代率分别为10%,20%,30%,40%,50%)制备陶瓷粉末沥青混凝土,研究陶瓷沥青混凝土的热物性参数;建立基于热传导理论的沥青路面温度场模型,模拟不同陶瓷粉末掺量的沥青混凝土在运营阶段的路面温度变化,以及摊铺施工阶段路面温度散失情况。建立车辙分析模型,模拟陶瓷沥青混凝土在温度和荷载耦合作用下的永久变形。结果表明,陶瓷粉末沥青混凝土的导热系数降低;与SMA-13沥青混合料相比,掺量为50%的陶瓷沥青混合料1在运营阶段路表4cm深度处的最高温度降低了4.42℃;2在施工阶段根据温度热散失得到的有效压实时间增加24min;3其永久变形为1.12cm,比无隔热层路面减少56%。     

基于有限元法的城市下穿隧道设计研究

近几年来，随着城市化进程的不断加快，人流、车辆日益增加，原有的路面交通已不能满足城镇化进程。因此，为了适应城市经济发展，方便人们出行，许多城市开始对旧路进行大修或扩建，下穿隧道已成为城市道路改造的一种趋势，可有效提升城市交通量。本文首先分析有限元法，然后阐述城市下穿隧道设计原则、标准及难点，最后实例探讨有限元法在城市下穿隧道设计中的应用。