不同沥青路面结构温度场研究

借助有限元软件ABAQUS对浙江杭千高速桐庐试验段组合式沥青路面结构进行温度场分析,并与现场路面实测温度场进行对比,发现采用有限元数值方法模拟沥青路面结构温度场是可行的.对选定的3种不同基层沥青路面结构,包括常规半刚性基层沥青路面结构、采用沥青稳定碎石和级配碎石的柔性基层沥青路面结构以及柔性基层与半刚性基层相结合的组合式基层沥青路面结构进行了温度场的对比分析.     

德国沥青路面温度场的预估模型及应用

介绍了目前在德国沥青路面设计中所采用的温度场预估模型及其最新发展,分析了沥青路面温度场预估模型的影响因素.并且通过沥青层温度场的预估模型、温度与沥青混合料劲度模量的关系、沥青层弯拉疲劳方程和Miner疲劳损伤累积定理,阐述了温度场在沥青路面设计中的应用.     

沥青路面温度场的分布规律

路面结构持续经受着各种环境因素的综合作用,这种作用的结果集中体现为路面温度场的复杂分布。深入地研究了环境因素对路面温度场的影响机制和路面温度场的分布规律后发现,气温和太阳辐射强度是影响沥青路面温度场的主要因素,二者对沥青路面温度场的影响具有累积性和滞后性的特点。通过对我国多个地区路面温度实测数据和气象资料进行回归分析,建立了以气温、太阳辐射强度和路面深度为主要输入参数的沥青路面温度场预估模型。     

实测沥青路面温度场分布规律研究

通过在实体工程中埋设温度传感器,以准确获得环境因素作用下的沥青路面温度场分布情况。根据大量的实测沥青路面温度场数据,对不同气温和气候条件下沥青路面温度场的分布规律进行了深入系统的分析和研究。对高温期温度场数据针对性分析后发现,路面温度与结构层深度之间具有良好的相关性并建立了相应的关系式,以此可预测结构层任何深度处的路面温度,为研究夏季高温条件下沥青路面的抗车辙性能提供了依据。     

实测沥青路面温度场分布规律的回归分析

以实际运营中的沥青混凝土道路结构为试验对象,提出了一套完整的道路结构温度场实测方案。根据大量的实测沥青路面温度数据研究了沥青路面温度场的分布规律,并利用回归分析对沥青路面温度场与气温之间的相关关系进行了探讨。考虑到升温阶段和降温阶段气温对沥青路面温度场影响的差异,分别研究了基于升温阶段和降温阶段沥青路面温度与气温的相关关系,并给出了不同温变阶段下任意深度处沥青温度的预估模型。对实测数据与预估数据的比较表明:该模型具有较好的精确性与实用性。     

沥青路面温度场与结构耦合的有限元分析

利用ANSYS程序对沥青路面温度场进行模拟,并与结构耦合,计算日周期气温下路面结构的温度应力。在有限元分析过程中,考虑了沥青混合料劲度模量、温缩系数是温度场函数。分析结果表明,沥青路面温度应力分析应该考虑温度场在时间和空间上的变化,以及温度场对材料热工参数的影响。     

沥青路面温度场与结构耦合的有限元分析

利用ANSYS对沥青路面温度场进行模拟，并与结构耦合，计算日周期气温下路面结构的温度应力。在有限元分析过程中，考虑了沥青混和料劲度模量、温缩系数是温度场函数的关系。分析结果表明，沥青路面温度应力分析时应考虑温度场在时间和空间上的变化以及温度场对材料热工参数的影响。     

多年冻土区宽幅沥青路面结构层温度场的分布规律及影响

多年冻土区沥青路面的吸热量与幅宽密切相关,不同幅宽沥青路面温度场的分布规律存在一定的差异,根据青藏公路楚玛尔河宽幅路面试验场地的观测数据,对两种不同幅宽路面结构层温度场的分布规律进行了对比分析。研究表明:宽幅路面结构层温度场表现出更为显著的热效应,各结构层温度受季节影响较大,阴阳坡效应显著,温度梯度与沥青路面表层的换热方式有密切关系,由于路面温度场的差异,宽幅沥青路面对下伏冻土路基的影响更为强烈,需在今后冻土设计中引起足够的重视。     

新疆干寒地区沥青路面温缩裂缝与温度应力数值计算

本文研究了沥青路面在降温过程中收缩开裂机理与形态,深入分析了温缩纵缝和温缩横缝的特征,并通过建立基于不同约束条件的模型推导了横向收缩应力和纵向收缩应力的计算方法。针对新疆干寒地区低温以及昼夜温差明显的特点,利用地区的昼夜气温观测值和路面温度场相关计算结果,对典型干线公路沥青路面各结构层进行数值计算分析,得到温度应力的大小和变化规律。     

基于实测数据的沥青混凝土路面结构温度场特性分析

为研究沥青路面温度场受外界环境的影响及其敏感程度,对重庆南岸区大气温度及太阳辐射能量进行实测。根据传热学理论,运用ABAQUS有限元软件进行建模并对其进行二次开发。结合沥青混凝土路面结构材料在不同温度时的蠕变非线性效应,改变大气气温、风速等参数,分析沥青路面结构温度场随相关参数的变化的规律。结果表明:沥青路面结构受大气温度的影响主要体现在路面面层,达到路面结构一定深度后,对路面结构的温度场的影响很小;大气温度是影响沥青路面全天温度场变化的主要因素;在中高温天气时,随着太阳辐射能量的增加,大气温度对路表温度的影响随之减小;随着路面结构深度的增加,不同深度位置处与大气对流作用频率下降,只有当上层结构与大气对流完成之后,才能由其以下的结构与大气对流,进而使下层结构温度差峰值向后延迟;风速对沥青路面温度场影响较大,应注意风速产生的温度场结果误差。     

就地风热再生沥青路面温度场计算方法研究

就地热再生沥青路面施工过程中的加热效果对路面的再生质量具有重要影响。该文以热风循环式加热装置为研究对象,分别建立数学模型与Abaqus有限元模型,计算得到就地热再生沥青路面加热温度场的解析解与数值解。结果表明:路面加热温度场的解析解与数值解存在较大误差,Abaqus有限元模型的计算结果与实测值拟合度较高,建议采用Abaqus有限元模型进行沥青路面就地风热再生温度场的相关计算。     

沥青路面温度场与全时域受力特性研究

沥青路面作为当下我国省道、乡道主要使用的路面体系,在我国具有庞大的数量规模。随着我国市场经济改革进程的不断深入,沥青路面凭借其优异的经济特性将继续在交通行业中受到广泛的运用。将根据建立的沥青路面温度场物理模型对沥青路路面整体进行详细的温度场分析,并提供沥青路面优化的相关设计以便于读者借鉴参考。(1)根据沥青路面的一维温度场的物理模型对沥青路面温度进行全时域的分析计算。沥青路面在一维物理模型中,具有竖直方向上的温度差异,其中,在12∶00~16∶00之间,由于太阳辐射温度量的提高与对流换热传热效率的增加,路面的最高温度将出现在路面下-2 cm的区域中。(2)基于上部结论,在路面的结构设计中,通过将细粒式改性沥青混凝土(AC-13C)与中粒式沥青混凝土(AC-20C)设置于沥青路面的表面层,提高沥青路面的有效荷载,增强在极高温天气下沥青路面的抗车辙能力。     

低温积雪地区城市道路沥青路面设计方法研究

新疆北疆地区城市道路沥青路面冬季大多存在低温和积雪的情况。调查分析表明:低温导致的沥青路面开裂及由积雪冻融引起的继发水损害是新疆北疆城市道路沥青路面破坏的主导成因。针对这种情况,如何从路基横断面型式、路面结构组合、沥青混合料类型选择,沥青混合料体积指标控制、沥青品种选取等方面进行综合设计是必须关注的重要问题。本文针对新疆乌鲁木齐市城市道路沥青路面的实际使用情况,分析并探讨了低温积雪地区城市道路沥青路面设计中应注意的问题,并推荐了低温积雪地区城市道路沥青路面典型结构型式。     

沥青路面温度场的热量分析研究

以高速公路沥青路面为依托工程,现场连续实测了各结构层的温度,分析了高温和低温温度场及其日周期变化规律.在此实测数据基础上,选取合适的材料热物性参数,针对冬季低温和夏季高温2种情况,计算分析了沥青路面的热量交换,以期进一步认识沥青路面的温度场.结果表明,沥青路面的温度场可以用结构层单位体积的热量变化来描述,二者的变化规律具有良好的对应性;路面热交换主要集中于沥青层,而在基层的变化较小;路面在冬季处于放热状态,在夏季处于吸收并储存热量状态.     

沥青路面温度场的预估模型

柔性路面沥青层的温度场预估模型对沥青路面的抗裂性能和开裂预估有着重要作用。为了得到一个利用无穷级数形式表示且易于实现的解析模型,该文采用了统计分析模型在实测路面温度数据的基础上快速预测了沥青路面的温度场。并在夏季和冬季同样的天气条件下测得现场温度数据,在柔性路面沥青混凝土层内进行了模型验证。现场测得的温度数据表明:该预估模型可以很容易地应用于协助现场工程师根据测量的路面温度数据快速估算沥青路面的温度场。     

多步法就地热再生工艺中的沥青路面加热速度

针对就地热再生过程中沥青路面加热速度慢、严重影响再生施工速度提升这一问题,从改变施工工艺的角度出发研究提高沥青路面加热速度的方法。建立了沥青路面温度场数值计算模型,求解得出单步法和多步法再生加热过程中沥青路面内部温度场变化趋势,并通过实验室模拟试验对数值分析结果进行了验证。结果表明:沥青路面加热速度慢的主要原因在于沥青路面传热性能差导致的加热过程中沥青路面内部沿深度方向温度梯度大,并且传统单步法就地热再生工艺中单次加热的厚度过大;多步法再生工艺中通过铣刨移除上部已达到再生温度要求的沥青路面材料,从沥青路面内部直接输入加热能量,减小了沥青路面厚度及沥青路面传热系数对沥青路面加热速度的影响,能够以更少的加热能量和更快的速度完成沥青路面加热;多步法就地热再生工艺中完成4cm厚沥青路面加热所需时间仅为传统单步法就地热再生工艺中沥青路面加热所需时间的43%,所需能量仅为单步法就地热再生工艺中所需能量的70%。     

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。     

排水性沥青表面层半刚性基层路面温度场分析

为了分析具有排水性沥青面层的半刚性基层路面的温度场,建立了二维有限元模型来对半刚性基层路面的温度场进行预估,并对沪宁高速镇江支线两种结构形式的沥青路面的温度场进行了长时间的监测。发现排水性沥青上面层底面的夏季日最高温度较普通密级配沥青路面低2℃左右,冬季最低温度高1℃左右;排水性沥青路面的半刚性基层顶面日温度变幅较普通密级配沥青混凝土路面低3～4℃;建立的温度预估模型计算结果与实测温度相差较小。结果表明,排水性沥青面层有很好的温度调节作用,能有效改善半刚性基层的温度状况;建立的温度模型可以对半刚性基层路面的温度场进行可靠的预估。     

倒装型沥青路面温度场时空分布规律分析

倒装型基层是福建省常用的沥青路面结构型式,其沥青层厚度达26cm。而沥青材料性质对温度敏感,进行温度场分析很有必要。通过有限元仿真分析,对福建省夏季高温时典型日照下倒装沥青路面结构内的温度场进行计算,得到内部各层温度的时空分布,并经过经验公式和相关资料的实际监测验证。结果表明,有限元分析可以作为沥青路面结构设计和沥青材料选择时计算路面温度的快捷可靠的方法。     

沥青路面温度场影响因素分析

为分析温度场对沥青路面的影响,依托新郑高速的气温数据,采用ABAQUS有限元分析软件,建立了夏季沥青路面温度场模型,研究了路面结构深度与太阳辐射时间对路面温度场的影响,通过变化材料热物理参数研究路面温度场随材料热物理参数变化的规律。结果表明:路面结构对环境温度的变化有消减作用;路面结构内部温度响应受环境温度影响,同时具有衰减性与滞后性;路面温度随导热系数、比热容的增大而降低,却随导温系数的增大而升高;材料热物理参数中导温系数对路面温度场的影响最大,比热容的影响最小,导热系数介于中间。