電熱管升溫瀝青層對(duì)道路結(jié)構(gòu)性能的影響.pdf

1、RESEARCH0NINFLUENCE0FTHEELECTRjCTUBESHEATINGLAYERFORASPHAIJROADSTRUCTUI之EAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofScienceBYC髓NYanSupervisedbyProfZHANGXiaochunIntelligentTransportSystemResearchCe

2、nterSoutheastUniversityJanuary2014摘要摘要冬季道路結(jié)冰是道路交通安全的重要隱忠之一，據(jù)報(bào)道我國(guó)僅在2012年，冰雪天氣導(dǎo)致的交通事故就占全年事故總數(shù)的30％左右，如何改善和消除冬季冰雪道路安全隱患已成為道路建設(shè)和管理者關(guān)注的焦點(diǎn)之一。電加熱管主動(dòng)防御道路冰雪法是將電加熱管埋設(shè)于瀝青道路中，在冰雪天氣時(shí)啟動(dòng)，可在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到融冰化雪的效果，既可避免傳統(tǒng)除冰鹽對(duì)路面結(jié)構(gòu)及周邊土壤生態(tài)環(huán)境造成的破壞，又可避

3、免機(jī)械除冰對(duì)道路損害和占用。本文以含電加熱管裝置的道路瀝青升溫層為研究對(duì)象，考慮實(shí)際融冰時(shí)的道路環(huán)境，對(duì)電熱管升降溫循環(huán)時(shí)的路用材料性能以及溫度與交通荷載耦合作用時(shí)道路結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究和數(shù)值分析。其主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面。首先，根據(jù)熱傳導(dǎo)基本理論，對(duì)融冰道路中涉及到的非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)問(wèn)題進(jìn)行了分析，通過(guò)合理假設(shè)，建立了相應(yīng)的分析模型，采用非線性有限元對(duì)傳熱過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬。以升溫效果與升溫均勻性為判斷標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)電熱升溫瀝青層中

4、的電熱管的布設(shè)間距與埋設(shè)深度進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。其次，進(jìn)行了含電加熱管瀝青混凝土小板電熱升溫試驗(yàn)，得到了升溫過(guò)程中瀝青小板測(cè)點(diǎn)溫度場(chǎng)的變化規(guī)律，探討了布設(shè)間距、電加熱功率對(duì)溫度場(chǎng)的影響，對(duì)比了試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值分析結(jié)果的吻合程度。再次，進(jìn)行了瀝青混合料室內(nèi)凍融循環(huán)弱化試驗(yàn)，得出材料的抗壓、抗拉強(qiáng)度等力學(xué)參數(shù)隨凍融循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律，得出了瀝青混凝土材料的弱化關(guān)系；對(duì)經(jīng)過(guò)一定次數(shù)溫度循環(huán)后的含電熱管瀝青混凝土進(jìn)行了高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、疲勞性能

5、試驗(yàn)，得到了溫度循環(huán)過(guò)程中含電加熱管瀝青混凝土材料路用性能變化情況。最后，建立了融冰條件下含電加熱管路面結(jié)構(gòu)有限元模型，基于彈塑性本構(gòu)關(guān)系，結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范，從溫度場(chǎng)與車輛荷載兩方面完成了耦合計(jì)算和分析，模擬計(jì)算了含電熱升溫瀝青層(開(kāi)啟狀態(tài)、關(guān)閉狀態(tài))與不含電熱升溫瀝青層普通道路的多種工況下熱力耦合作用對(duì)道路結(jié)構(gòu)的影響情況。計(jì)算得到了路面結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力與塑性變形的變化規(guī)律和分布狀態(tài)，分析了瀝青路面的力學(xué)行為與各影響因素之間的關(guān)系。關(guān)鍵詞：路面融