碳纤维发热桥面融雪化冰性能预测模型

采用内置碳纤维发热线加热方法进行桥面融雪化冰室内试验,并构建内置碳纤维发热线桥面有限元模型对融雪化冰过程进行数值模拟。结果表明:碳纤维发热线布设方式和外界环境均对桥面铺装融雪化冰效率造成一定程度的影响,其中发热线布设间距、环境温度和风速对融雪化冰效率影响较大;通过模拟结果与室内试验结果对比分析验证,建立的有限元模型能够准确地预测碳纤维发热桥面融雪化冰性能。     

混凝土路面碳纤维发热线融雪化冰研究

采用有限元法分析了布置碳纤维发热线的混凝土路面融雪化冰的性能.利用ANSYS热分析模块,建立了布置碳纤维发热线的混凝土路面的有限元分析模型,通过与室内、室外混凝土板的升温试验结果对比,验证了模型和计算方法的正确性.在此基础上,根据实际气象情况,计算了在不同环境温度和风力等级下,不同发热线布置间距、不同输入功率下混凝土路面的温度-时间曲线,进而得到了不同厚度的冰层完全融化所需要的时间,可以为工程设计提供参考.     

桥面铺装内置碳纤维发热线施工技术研究

以南昌市南外环高速公路新建项目的桥梁工程试验段为工程背景,采用内置并联式碳纤维发热线对桥面铺装进行融雪除冰,提出了桥面铺装内置碳纤维发热线施工技术要求,分析了其应用情况。结果表明,在试验时气候环境条件下预热20h后,5cm发热线布置间距区域的桥面温度比10cm发热线布置间距区域的桥面温度上升更快;桥面结构具有一定的保温效果,积聚在桥面内部的热量不易全部散失,通过这种加热后效作用对桥面进行融雪化冰可节约电能;在气温低、大雪和大风情况下,需提高碳纤维发热线铺装功率,推荐铺装功率不低于500W/m~2。     

基于碳纤维发热丝的路面融雪除冰设计

为保障道路通畅和行车安全,采取措施防止和清楚桥面结冰,是冬季道路管养的一项重要工作。基于电热法的碳纤维发热丝是一种主动预防和清楚道路积雪结冰的方法,发热的同时可以像普通栅格一样大幅度增加混凝土的强度和提高混凝土的使用寿命,避免了由于使用融冰盐对环境和结构所产生的负面影响。本文研究设计了基于碳纤维发热丝的道路融冰除雪系统,给出了路面摊铺方法,并采用结冰传感器和风速传感器对结冰状态进行监测、智能判断融冰时刻及融雪化冰所需时间。     

三相复合导电混凝土除冰雪性能研究

为解决冬季道路桥梁积雪结冰导致交通瘫痪的问题,研究了由碳纤维、钢纤维和石墨组成的三相复合导电混凝土的融雪化冰性能,采用正交试验设计复合导电混凝土的最优配合比,确定碳纤维、钢纤维和石墨的最佳掺量。采用温升试验研究三相复合导电混凝土的融雪化冰性能。结果表明,三相复合导电混凝土具有较好的融雪化冰性能,石墨、钢纤维和碳纤维能够显著增强水泥混凝土的导电性能。     

山区高速公路桥面漫排式水热融雪系统应用

为通过热流体的能量传递来达到融雪化冰的目的,水热式融雪技术在预先埋设的管道内通入作为传热载体的循环热流体。针对山区高速的特殊路段,结合地理与气温环境情况,将可循环再生资源隧道温泉水作为山区高速桥面融雪的热源。在此基础上结合工程实例确定了漫排式水热融雪桥面系统的设计与铺设方案,并铺设了试验路。结果表明,对于一定环境条件下的桥面漫排式温泉水融雪系统,融雪效果良好。研究成果可以为采用水热式融雪化冰系统的路面及桥面铺装设计与施工提供指导。     

主动除冰雪路面融雪化冰特性及路用性能研究综述

为了进一步推进路面主动除冰雪技术的发展，综述了国内外路面主动融雪化冰方法的研究进展。首先，介绍了不同类型路面主动除冰雪技术的融雪化冰机理，并基于此将主动除冰雪路面划分为自应力弹性铺装路面、低冰点路面和能量转化型路面3类；然后，分别对3类主动除冰雪路面的路用性能及融雪化冰特性进行了梳理，在路用性能方面主要包括沥青混凝土路面高温性能、低温性能、水稳定性、黏附性能和耐久性等，以及水泥混凝土路面抗拉、压性能等，而在融雪化冰特性方面主要包括路面抗摩擦性能、冰-路界面黏结性能、破冰性能、融雪速率、适用温度范围及长期稳定性等；进而归纳了材料组成、结构类型、外界环境及系统运行条件等对主动除冰雪路面工作性能的影响规律；此外，为了便于主动融雪化冰路面技术选型，从融雪化冰效果、经济成本及节能环保等方面对比分析了不同路面主动除冰雪技术的优缺点；最后建议路面主动除冰雪系统应与冰雪灾害评估系统及冰雪预警系统相结合。     

风障对平行梁桥面风环境的改善作用研究

现阶段山区公路混凝土单箱梁、平行箱梁的风障设置研究存在不足。本研究采用计算流体力学(CFD)中的三维大涡模拟(LES)方法,针对不同风障布置形式下的混凝土单箱梁、不等间距平行箱梁的桥面风环境进行了研究,建立了有限体积模型。研究了来风上下游侧风障对单箱梁桥面风环境的影响,发现在单箱梁来风上游侧布置的风障能够显著降低桥面风速,而在来风下游侧布置的风障则无法起到有效的挡风作用。因此,当平行箱梁间距过大时,来风下游侧的箱梁由于缺乏上游侧风障的保护,桥面风环境恶化。针对这一问题,研究了平行箱梁内侧未加装风障时的桥面风环境,计算了车道平均风速和风速折减系数。研究发现,下游侧箱梁桥面平均风速随着平行箱梁间距的增大而增大;当间距增大到一定程度后,下游侧箱梁由于进入了上游侧箱梁尾流的充分发展区,造成下游侧箱梁桥面平均风速增高、风场紊乱。进一步研究了平行箱梁内侧加装风障后的桥面风环境,发现下风侧箱梁桥面平均风速大幅减小,上游侧梁的尾流涡对下游侧箱梁桥面风环境造成的不利影响也受到了有效的抑制。综上所述,单箱梁下风侧安装的风障不能改善桥面风环境、当平行箱梁间距超过2倍梁宽时,应在平行箱梁内侧加装风障。     

高弹性桥面铺装表面冰层破坏形式及破冰效果研究

计算分析了不同桥面铺装层在荷载作用下表面冰层应力应变及应变能密度分布,根据强度理论能能量法确定了桥面冰层破坏形式,提出以破冰率Rbreak作为破冰效果定量评价指标并分析了铺装层模量、厚度和冰层厚度对Rbreak影响,得到的主要结论:采用橡胶颗粒沥青混合料高弹桥面铺装层可实现桥面冰层破坏,且冰层破坏形式为受压破坏;高弹性铺装层厚度达到4cm时具备破冰条件,随橡胶颗粒沥青混合料桥面铺装厚度的增加,破冰率Rbreak呈抛物线增长;铺装层模量在700MPa～900MPa时,破冰率Rbreak达40%以上,随铺装层模量增加破冰率呈线性降低;橡胶颗粒高弹性桥面铺装层仅在结冰初始阶段(厚度≤2mm)可达到的除冰效果,冰层厚度持续增加或温度持续降低破冰效果急剧下降。     

自发热技术在机场道面融雪化冰中的应用研究

目前对机场道面降雪结冰所采用的融雪化冰方法都存在一定缺点,很有必要寻求一种新的融雪化冰方法。自发热技术融雪化冰方法就是将导电体铺装在沥青混凝土中,利用导电体通电发热提高道面表面温度,使其高于冰点温度来实现对机场道面融雪化冰的目的。自发热技术融雪化冰方法效率高,效果好,且为绿色环保技术,具有广阔的应用前景。     

碳纤维导电混凝土道面机场除冰雪的应用研究

从目前机场道面融雪化冰的基本方法以及所存在的问题入手,介绍了导电混凝土电热除冰雪的工作原理和制备导电混凝土的基本原理,分析了碳纤维导电混凝土道面材料应满足的基本性能要求;结合机场飞行区道面的特殊性,提出了碳纤维导电混凝土在机场道面中应用所具备的条件。     

基于蓄能的道路热融雪化冰技术及其分析

道路蓄能融雪化冰是未来能源交通领域可持续发展的重要措施。近年来,迫于化学融雪剂的巨大危害,国际上许多国家开展新型道路热融雪技术研究和示范应用。热融雪技术主要包括导电混凝土/沥青、加热电缆和循环热流体等三种方式。其中,循环热流体融雪化冰技术可以实现可再生能源利用和蓄能技术,达到更高的能源利用效率和环保效能,被国际公认为最具发展前景和可持续发展的绿色生态技术。本文着重论述国内外热融雪化冰技术的发展状况,阐述存在的基本问题,推动我国融雪化冰技术的迅速崛起和发展。     

掺加沥青基碳纤维的沥青混合料路面的融雪研究

在沥青混合料中加入碳纤维和微胶囊相变材料,研究了微胶囊相变材料掺量和油石比对沥青混合料电阻率和融雪去冰效果的影响。结果表明,在马歇尔试件中油石比一定前提下,微胶囊掺量的增加会增大沥青混合料的电阻率,在通电情况下,路面掺加沥青基碳纤维的沥青混合料的热生成效率会提高,从而对路面融雪化冰效果会得到提升;马歇尔试件温度的降温趋势会随着微胶囊相变材料掺量的增加而逐渐变缓,稳定阶段的温度呈逐渐上升趋势;在实际掺加沥青基碳纤维的沥青混合料的配置过程中,如果碳纤维和微胶囊相变材料掺量一定的前提下,为了实现最佳的融雪化冰效果,油石比的选择可以直接采用最佳油石比。     

机场道面碳纤维发热线化冰试验研究

为研究埋设有碳纤维发热线的机场道面的化冰效果,通过开展室内化冰试验,研究了不同加热功率、不同风力等级条件对道面化冰的影响。结果表明:距离发热线越近,温升速率越快,温度越高;加热功率、风力等级对道面化冰时间与耗电量影响显著,加热功率在一定范围内每提高50.0 W/m2,化冰时间缩短约2.15小时,耗电量减少约0.30 kW·h/m2,风力等级在一定范围内每提升1级,化冰时间延长约0.93小时,耗电量增加约0.32 kW·h/m2。     

电热法用于水泥混凝土路面融雪化冰的系统设计

为了研究电热法在路面中融雪化冰的应用情况,提出电磁能融雪化冰系统的设计理念,进而对道路表面及结构层内的温度分布、升温规律进行试验测量和数值模拟分析,确定用于电磁能融雪化冰系统的材料型号,并通过对材料在不同温度情况下的形态及性能进行分析,确定电磁能融雪化冰系统运行时的最高温度限制;利用有限元软件ANSYS分析融雪化冰系统的传热规律,据此确定电磁能融雪化冰系统设置的最大间距,为实际道路融雪化冰系统的设计提供参考。     

桥面铺装破坏综合分析

桥面铺装层直接承受行车荷载、梁体变形和环境因素的作用。该文列举了桥梁铺装常见病害,通过桥梁种类、受力分析、钢筋布置、铺装层厚度、材料选择、材料性能、施工管理、施工工艺、交通运输及环境等,对桥面铺装面层的破坏进行了综合分析,结果表明:应重视对沥青混凝土桥面铺装的研究,开发满足桥面铺装受力特征的新材料,改进施工工艺,从根本上解决桥面铺装损坏问题。     

麻昭高速公路内置碳纤维发热线桥面融冰技术应用

文章通过采用内置碳纤维发热线桥面融冰系统在麻昭高速公路工程中进行融冰;通过室内试验对不同发热线布设位置和布设间距的导热效果进行了对比分析,发现当发热线布设于上、中面层之间,布设间距为10cm时,导热效果最好;选取麻昭高速公路左幅上高桥隧道出口至打堡寨2#隧道入口之间50m桥(路)面为试验段,铺设宽度为从超车道行车分界线左侧开始计7.25m,铺装功率采用335W/m2,设计目标为2.5h内使桥面表面温度从-5℃达到2℃左右从而实现融冰,并介绍了碳纤维发热线刻槽铺设工艺流程及施工方法。     

自发热机场沥青混凝土道面融雪化冰试验研究

通过对铺装了导电体的自发热机场沥青混凝土道面进行化冰试验与融雪试验（初始温度为-10 ℃、导体控制温度为50 ℃、设置和不设置隔热层），得出了融雪化冰所需时间和设置隔热层能够提高能量利用率的结论。运用有限元软件融雪化冰分析，与试验结果对比，验证了试验结果的正确性。并对下一步研究工作提出了建议。     

碳纤维石墨导电沥青混凝土的制备及导电性能研究

导电沥青混凝土是一种非常理想的道路融雪化冰铺装材料,对沥青、集料和矿粉等原材料进行性能试验后,计算出矿质混合料的合成级配。通过对沥青混合料的试验和计算,得到基准油石比,并对导电沥青混合料的拌和顺序加以调整,完善了导电沥青混凝土的制备工艺。而后采用四电极法测量以各导电相材料掺量及油石比制备的导电沥青混凝土试件的电阻率,分别分析碳纤维、石墨掺量及油石比对电阻率的影响,得出了最佳导电相材料掺量和油石比范围。     

高寒地区隧道路面发热电缆融雪化冰试验研究

我国在高寒地区修建的高速公路隧道越来越多。因为隧道进出口路面积雪结冰而导致的道路交通事故呈逐年上升趋势。隧道路面的融雪化冰问题日益成为制约道路交通安全的关键因素之一。近年来,发热电缆系统作为融雪除冰一种新技术得到了越来越多的关注。本文依托在建兰州至郎木寺高速公路晒经滩隧道,建立了发热电缆融雪化冰的试验段,通过对隧道内温度长期持续测量,探讨了发热电缆系统最佳设防长度;对试验段表层和内部的温度分布变化进行监控,探讨了甘肃省甘南地区沥青混凝土道路铺装发热电缆的功率及应用。研究结果表明:该地区的最佳设防长度为60m,外界气候条件(尤其是气温)是影响发热电缆融雪化冰效果的主控因素;使用反热毯可以大大提高发热电缆系统的工作效率;通过动态功率控制,可以实现不同降雪条件下和不同气候条件下的融雪化冰要求。