基于路表实测温度的路面温度场估计模型

从路面温度变化具有周期性为出发点建立了根据路表温度推算路面结构任一深度温度与自路表至某一深度的层平均温度的估算模型,并通过引入深度传导时间τz以消除路面材料导温系数不同引起的差异.根据广州、宁波、大同三地的路面结构温度场观测站为期1年的路面温度实测数据,以模型估算温度与实测温度之残差的标准差最小为控制目标,确定了模型中4个待定参数即短时间温度变化的时长t1、基线温度变化的时长t2、短时温度变幅的衰减系数k1、基线温度变幅的衰减系数k2的回归式.拟合结果表明,广州、宁波、大同三地的2种路面(沥青路面、水泥混凝土路面)不同深度温度及自路表至某一深度的层平均温度的模型估计值与实测值之残差的标准差仅1℃左右,最大不超过1.52℃,残差均值小于0.5℃.因此,预估公式具有较好的精度与普适性.     

路面温度日变化曲线的拟合

为了分析路面温度日变化特征,基于广州、宁波、大同3个地区为期1年的地面气象资料和水泥、沥青路面的实测温度,在分析路表温度分布特征的基础上,建立了基于晴天的路表温度日变化的二阶段拟合模型,通过引入修正系数ξ对多云天气路表温度日变化模型进行了修正;不同深度处路面温度日变化的拟合通过对路表温度日变化模型的日最高、日最低温度出现时刻及二阶段交接点时刻作相应的滞后调整。最后进行了实测数据检验。研究结果表明:水泥和沥青路表温度拟合值与实测值之间的偏差平均值Av.为-0.25℃~0.15℃,均方根误差ST.为0.8℃~1.2℃;不同深度处水泥路面和沥青路面日温度变化拟合值的Av.为-0.5℃~0.5℃,ST.小于2℃;研究结果可作为路面温度场热传导方程的上边界条件,为路面温度区划提供依据。     

AC+CRCP复合式路面温度场有限元分析

根据传热学原理,利用有限元方法分析了AC CRCP复合式路面的瞬态温度场.共考虑了3种路表与外界热交换的形式:太阳辐射、空气对流换热和空气辐射换热.计算结果与实测值的平均误差为2.0℃,并表现出明显的规律性:随着深度增加,温度、温度梯度、变温速率都会出现变化幅度减小、变化相位滞后的现象;而日温差随深度增加而减小情况可用指数函数来模拟.利用所建模型分析了复合式路面的温度场,结果表明:路表温度主要取决路表与外界环境的热交换;相同天气情况下路面表层材料对太阳辐射吸收率的不同是导致路表温度不同的主要原因;沥青层的临界厚度仅与沥青混合料的导热能力有关.     

路面温度场的数值解及几个关键问题探讨

利用有限差分法,研究了不同边界条件下路面温度场有限差分解的收敛性及网格的合理划分;分析了将路面结构温度场求解简化为半无限体热传导问题的可行性及误差、路表与天空相互辐射中路表温度和天空有效温度作一阶泰勒近似所引起的偏差;讨论了天空有效温度的估计偏差对路面温度场的影响,以及路面初始温度值偏差的消散时间.     

福银高速公路宁夏段夏季路面最高温度变化分析及预报模型建立

根据福银高速公路宁夏段沿线7个交通气象站2014年夏季(6~8月)的路面温度、气温、降水等观测资料,分析该路段夏季路面最高温度的变化特征、不同天空状况下路面最高温度与日最高气温的关系,并建立路面最高温度与对应气象站日最高气温的统计预报模型.结果表明,福银高速公路宁夏段夏季路面最高温度具有明显的日变化,在14~15时达到一天中的最高值,日路面最高温度为16.3~54.1℃,晴、多云、阴天的路面最高温度均大于日最高气温,雨天大部分交通站路面最高温度大于日最高气温,个别交通站路面最高温度低于日最高气温.预报模型相关性显著,可进一步应用.     

沥青面层的疲劳等效温度

分析了沥青面层疲劳寿命与面层温度的均值和梯度的相互关系.基于疲劳损伤等效原则,给出了沥青路面面层疲劳等效温度的计算方法.根据全国95个地区多年的路面温度场数据,对沥青面层疲劳等效温度进行了计算和分析,总结了沥青面层基准疲劳等效温度与地区海拔、路表温度特征值(多年路表温度均值和标准差)之间的回归关系,据此推算得到了全国738个地区的沥青面层基准疲劳等效温度值,并绘制了可供设计采用的全国沥青面层基准疲劳等效温度等值线图,归纳了非基准条件下各因素对沥青面层疲劳等效温度的影响规律,给出了各因素修正计算式.最后通过对比分析,验证了沥青面层疲劳等效温度计算方法和结果的可靠性.     

基于拉普拉斯变换的路面一维时变温度场预测

提出了一种基于拉普拉斯变换及高斯积分法数值反演的预测多层路面结构体系的一维时变温度场解析方法.采用热传导方程建立自然环境下路面结构的一维时变温度场数学模型,应用基于最小二乘近似的内插三角函数多项式拟合一定周期内的气温和太阳辐射强度,据此确定路表边界条件;利用高斯积分公式进行拉普拉斯数值反演,可以很容易地得出一维时变路面结构温度场的解析解;通过与旧水泥路面加铺沥青层路面结构夏季和冬季实测温度场数据的对比验证,发现预测的各路面深度处温度和实测温度的最大偏差在3℃以下,表明利用文中模型预测路面结构温度场的精度非常高.     

福州水泥路面的温度预测及气象要素分析

路面结构温度场受众多外界环境因素的影响。以往研究表明,路面结构温度场与气温、路表温度和辐射大致呈线性关系,与时间和深度呈非线性关系。基于气象资料分析了福建省福州市的气候特点,并给出了路面结构温度及影响因素的测试方案。在实测路面温度数据基础上,采用STATISTICA软件回归分析福州路面温度场预估模型,新模型预估温度与实测结果相关系数达到0.9910,在预测混凝土路面板具有较好的精度。     

基于移动监测的冬季路面温度数据处理

应用移动式交通气象环境监测系统对固定式交通气象监测站所在路段进行路面温度数据采集,研究不同天气条件下高速公路路面温度数据时空修正处理方法,绘制相对路面温度分布图,掌握路段中不同位置与监测站点的相对路面温度差异,推算得到监测站点以外同一时刻其他位置的路面温度,实现高速公路全路段路面温度的实时监测.提出适用于高速公路路面温度数据采集、融合处理、描述展现的流程和方法,允许误差在±1℃范围内,准确率达到92.31%.可为监测高速公路长距离路段的路面温度、辨识路面低温或易于结冰区域以及提升冬季结冰风险路段的高速公路运营管理、养护决策和应急服务水平提供技术参考.     

气象卫星遥感陆表温度产品在公路路面温度监测中的应用

 使用FY-2G和Himawari-8卫星反演陆表温度产品,以天津境内津蓟高速和山西境内京昆高速有交通站观测的路段为试验对象,开展了卫星反演陆表温度产品在公路路面温度监测中的适用性及应用方法研究。卫星遥感陆表温度能够较好地反映出公路路面温度的日变化特征和逐日变化趋势,两者之间具有较好的相关性。使用线性回归方法,建立了卫星陆表温度的订正模型,并对实时卫星陆表温度产品进行滚动订正,大大降低了卫星反演陆表温度与实际路面温度之间的偏差。夏季时段平均绝对偏差由订正前的6.98℃降低至2.57℃,冬季时段由订正前的3.84℃降低至1.62℃。该方法在2017年5月18日京津冀周边地区一次高温过程路面温度的监测分析中具有较好的应用效果。     

沥青面层的车辙等效温度

分析了沥青面层车辙寿命与面层温度的均值和梯度的相互关系,讨论了沥青面层压应力分布规律.根据全国90个地区多年的路面温度场数据,对沥青面层车辙等效温度进行了计算和分析,总结了沥青面层准车辙等效温度与年均气温、月均气温的年极差之间的回归关系,据此推算得到了全国738个地区的沥青面层基准车辙等效温度值,并绘制了可供设计采用的全国沥青面层基准车辙等效温度等值图,归纳了非基准条件的各因素对沥青面层车辙等效温度的影响规律,给出了它们的近似计算式.最后,通过对比分析,验证了沥青面层车辙等效温度计算方法和结果的可靠性.     

沥青层反算模量的温度修正系数

采用落锤式弯沉仪(FWD)对上海地区路面结构进行评价,发现沥青层反算模量与沥青层温度间存在较好的指数关系,建立了上海地区道路结构的沥青层反算模量与沥青层温度回归模型,推荐了沥青层反算模量温度修正系数值.将沥青层反算模量温度修正结果与室内外模量测试结果进行对比,结果表明所推荐的温度修正系数具有较高的可靠性.     

大跨度桥梁桥面铺装温度效应仿真分析

针对环境温度变化对桥面铺装层受力的影响,提出了一些计算假定.以某高墩大跨连续刚构桥为研究对象,分析了温度变化对铺装层受力的影响.用整体温度变化来模拟年温差的影响,采用有限元的方法计算出温度变化引起的主梁挠度,拟合成挠度曲线,并由微元体的平衡条件导出了铺装层应力和层间剪应力的计算公式并得出相应的应力值;用局部温度变化来模拟昼夜温差的影响,采用先整体后局部的分析方法计算出铺装层内的应力.计算结果表明:在整体温度变化作用下铺装层的应力因其材料不同而异;在局部温度变化作用下铺装层内的应力受铺装层与主梁间的温差影响较大.     

沥青路面粘弹性疲劳损伤分析

沥青混合料是一种粘弹性材料,而目前的沥青路面疲劳损伤分析方法大都采用传统的线弹性疲劳方程,无法反映环境温度、加载历史的影响.在分析作者提出的能够反映温度、行车速度和轴载影响的沥青混合料粘弹性疲劳损伤演化模型的基础上,提出了沥青混合料粘弹性疲劳损伤演化模型参数的试验方法和沥青路面粘弹性疲劳损伤分析简化方法,运用该方法分析了沥青路面在重复汽车荷载作用下疲劳损伤的演化进程,结果表明该粘弹性疲劳损伤演化模型是可以用来分析沥青路面疲劳寿命的.图2,表2,参10.     

基于车辙谱的沥青路面轴载限研究

在对全国各地大量高速公路轴载数据调查分析的基础上,比较了不同轴型作用下的沥青路面剪应力场,提出基于车辙的多轴型数据处理方法.通过该方法对各地轴载谱数据进行换算,并采用换算后的数据,分析不同水平轴载对沥青路面车辙的影响,据此提出轴载限的确定方法,计算各级轴载对车辙的贡献,并给出典型省份的轴载和车辙谱.研究表明,不同轴组类型作用时路面内相同位点处最大剪应力值较为接近.荷载对路面变形特性的影响可以分为3个层面:对于≤10t荷载,路面具有很稳定的抗力;对于>10~15t轴载,路面具有较稳定抗力;对于>15t轴载,路面难以提供稳定抗力.采用抗剪强度较高的改性沥青材料对沥青路面车辙的改善效果明显.     

6种城市下垫面热环境效应对比研究

选择6种具有代表性的城市下垫面(沥青路面、水泥路面、荷兰砖地面、草地、嵌草砖地面、大理石地面)作为观测对象,基于热红外成像技术对其地表温度特征进行观测,系统分析不同城市下垫面地表温度的日变化以及季节变化特征,并利用不同下垫面温度的时间标准差、空间标准差及时空数据标准差定量揭示城市不同下垫面地表温度的时空变化特征,对比研究不同下垫面的热环境效应,结果如下。1)不同下垫面地表温度的日变化一般呈先上升后下降的单峰形态,草地地表温度在不同季节的日变化波动差异较大。沥青的地表温度在全年均为最高,对热环境的影响较大;嵌草砖和大理石在全年的温度均较低,对热环境具有较好的缓解作用,且缓解作用在夏季最显著。2)不同下垫面地表日均温度全年均高于大气温度,表明城市下垫面对大气在一年中都有加热作用。3)气温、太阳辐射以及空气相对湿度对下垫面地表温度的影响均较为显著;气温和太阳辐射与下垫面地表温度之间呈正相关关系,对下垫面以增温作用为主;空气相对湿度与下垫面地表温度之间呈负相关关系,对下垫面增温起抑制作用。4)嵌草砖的热环境稳定性较草地和大理石要好;沥青路面的温度变化特征最能代表本研究观测区域下垫面地表温度的时空变化特征。研究结果对了解城市不同下垫面热环境具有一定参考意义,可为缓解城市热环境提供科学依据。     

秋茄红树林湿地土壤呼吸昼夜变化及其温度敏感性

采用LI-8100全自动土壤CO2通量测定系统于2010年7月和10月及2011年1月和4月分别对九龙江口秋茄(Kandelia candel)红树林湿地土壤呼吸的昼夜变化进行测定.结果表明,10月和4月的土壤呼吸速率昼夜变化表现为单峰型,日最高值出现在14:00,最低值出现在00:00;而7月和1月的昼夜变化则显示出不同的趋势,最大值分别出现在10:00和08:00而最低值分别出现在22:00和04:00,样地土壤呼吸速率的日均值出现在06:00——10:00.指数回归分析显示,秋茄红树林湿地土壤呼吸速率变化与土壤温度呈极显著的正相关(p＜0.01),5 cm层土壤的温度变化可以解释秋茄红树林湿地土壤呼吸速率变化的74.4％.     

季节性冻土地区沥青路面温度场的预估模型

为了准确掌握沥青路面温度场的分布特点和变化规律,在季节性冻土地区观测某段道路实测温度两年多时间,分析全年路段的温度变化情况,以及夏季和冬季全天具体的实测温度;并在此基础上,结合气象资料,分析温度场差异的原因以及影响因素。对沥青路面温度场进行研究,采取回归分析的方法,引入气温、太阳辐射等因素,建立路表的预估模型。考虑道路不同深度处的温度,引入深度衰减因子;并考虑时间的影响,建立全年日平均温度模型。将实验数据与预估数据比较表明:该模型具有较好的精确性与实用性。     

热油管道油温波动随机数值模拟及影响因素敏感性分析

综合采用有限容积法、有限差分法、Monte Carlo算法和POD算法建立埋地热油管道沿线油温的随机数值模拟算法,使用Sobol全局敏感性指标进行敏感性分析,综合评价出站油温、流量、压力、埋深、埋深处自然地温、土壤导热系数、油品黏度和密度的随机波动对管道沿线油温波动的影响。计算结果表明:进站油温模拟结果与现场油温均值偏差在0.1℃以内,标准差的偏差为0.006~0.023℃;出站油温、流量、埋深处地温和油品黏度4个参数的不确定性对四堡进站油温波动的敏感性指标之和为77.44%,河西站的该指标为80.86%,进站温度的随机数值模拟中主要考虑这4个参数的不确定性即可。