電熱管升溫瀝青層對道路結(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)報道我國僅在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)注的焦點之一。電加熱管主動防御道路冰雪法是將電加熱管埋設(shè)于瀝青道路中，在冰雪天氣時啟動，可在較短時間內(nèi)達到融冰化雪的效果，既可避免傳統(tǒng)除冰鹽對路面結(jié)構(gòu)及周邊土壤生態(tài)環(huán)境造成的破壞，又可避

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

4、的電熱管的布設(shè)間距與埋設(shè)深度進行了優(yōu)化設(shè)計。其次，進行了含電加熱管瀝青混凝土小板電熱升溫試驗，得到了升溫過程中瀝青小板測點溫度場的變化規(guī)律，探討了布設(shè)間距、電加熱功率對溫度場的影響，對比了試驗結(jié)果與數(shù)值分析結(jié)果的吻合程度。再次，進行了瀝青混合料室內(nèi)凍融循環(huán)弱化試驗，得出材料的抗壓、抗拉強度等力學(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；對經(jīng)過一定次數(shù)溫度循環(huán)后的含電熱管瀝青混凝土進行了高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、疲勞性能

5、試驗，得到了溫度循環(huán)過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，從溫度場與車輛荷載兩方面完成了耦合計算和分析，模擬計算了含電熱升溫瀝青層(開啟狀態(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道路結(jié)構(gòu)的影響情況。計算得到了路面結(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