甘肃陇南沥青路面高温温度场预估模型研究

为建立甘肃陇南地区沥青路面高温温度场预估模型,选取陇南地区兰海高速典型路段,利用采集的实测沥青路面结构温度数据对陇南沥青路面温度场的分布规律进行研究,并采用回归分析方法分析了气温、太阳辐射强度和湿度等影响因素与路面温度的相关性,建立了以温度、湿度、太阳辐射强度和路面深度为主要参数的沥青路面高温温度场预估模型.研究结果表明:气温和湿度随着时间呈正弦变化,气温和太阳辐射强度对路面结构温度影响呈正相关,湿度对路面结构温度的影响呈负相关;气温和太阳辐射强度对路面结构温度有累积性和滞后性的特点,且随着路面深度的增加;由三种沥青路面温度场预估模型的模拟结果与站点采集的实测值对比分析可知,本研究建立的沥青路面高温温度场预估模型与路面结构温度有较高的相关性,能较好模拟陇南地区沥青路面高温温度场,为陇南地区沥青路面车辙防治工作提供技术支撑.     

沥青路面温度场分布规律与理论经验预估模型

为预估自然环境下沥青路面温度场,基于传热学原理确定路面温度场的主要影响因素,设计现场试验分析路面温度场分布规律,采用量纲分析结合选取修正系数的方法建立路面温度场的理论-经验预估模型.利用本文模型对海南省沥青路面温度场进行预估,并对影响路面温度场的自然因素进行分析.研究结果表明:用当月(7月份)参数对当月(7月份)路面温度进行预估时,本文预估模型在路面不同深度处的平均相对误差不大于5％,将当月(7月份)参数推广到其他月份(8月份、12月份、1月份)时,本文预估模型在路面不同深度处的平均相对误差不大于10％.最大相对误差一般出现在低温时段,高温时段预估精度相对较高;气温是影响全天路面温度的主要因素,太阳辐射是影响高温时段路面温度的主要因素,风速对路面温度的影响不能忽略.     

沥青路面温度场的预估方法

为了快速、准确地获取沥青路面温度场变化,开展了温度场预估方法研究.首先借助有限元方法建立了沥青路面温度场计算模型;然后分析了大气温度、日太阳辐射量等气象因素对沥青面层温度场的影响规律,得到了路面最高温度与大气温度、日太阳辐射量之间的关系式,在此基础上建立了路面内部任一深度处最高温度与路面最高温度相关关系的图表和公式;最后依据沥青路面温度场的日变化特点,以余弦函数方式建立了路面内不同深度处随时间变化的温度函数模型,结果显示:温度场预估值与计算值误差控制在0.5℃之内,完全满足工程使用的要求.因此,利用该模型可实现白天时段的沥青路面温度场预估,通过简单程序即可快速实现,且具有较高的精度.     

全厚式沥青路面温度场预估模型

对沥青层厚大于30 cm的全厚式沥青路面的温度场进行分析。基于气温和太阳曝辐量影响的累积性特点,对我国4个地区路面温度实测数据和气象数据进行回归分析,并建立以气温、太阳曝辐量、路面深度为主要参数的不同地区沥青路面温度场预估模型。分析不同地区预估模型产生差异的原因,并引入历年的月平均气温作为地区修正系数,建立适用于各个地区的全厚式沥青路面温度场预估模型。结果表明,该预估模型具有较强的适应性和较高的预测精度。     

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。     

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。     

强蒸发地区受路面覆盖效应的路基温湿度场表达

为阐明受路面覆盖效应影响的强蒸发地区路基温湿度分布特性,通过理论分析和现场试验分析,全天监测三个典型地区的沥青路面,研究了受路面覆盖效应影响的路基温度场和湿度场分布特性。研究结果表明:路基内部温度随着大气温度的变化呈正弦或余弦变化,其相位角随深度位置和升降温过程而变化;受外界环境温度影响较大的区域深度≤120 cm范围,在低温季节最大温度梯度在90～150 cm范围内,并基于升降温阶段提出了路基温度预估模型。路基含水量随路基深度发生变化,路基内部湿度场随路基深度变化分为三个阶段,路基内部40～80 cm范围内湿度最大,在此范围外,路基深度≤40 cm或≥80 cm湿度均呈递减趋势;提出了水汽迁移预估模型和基于湿度指数(TMI)和土组特性指标(wPI)的路基湿度预估模型,并以此为基础提出采用Fredlund-Xing模型对强蒸发地区路基湿度预估。     

热夹层条件下沥青路面温度梯度分布特征研究

为探讨热夹层条件下沥青路面温度梯度变化与外界环境因素之间的相关关系,采用三维有限元数值计算方法,分析了不同热夹层条件、路表环境温度及对流系数下沥青路面结构温度场的空间分布规律,构建了外界环境参数、热夹层温度与热稳态路表温度的对应数据库,并基于多元线性回归分析方法,建立了沥青路面热夹层温度预估分析模型.结果表明:无热夹层条件下道路表面环境温度是影响路表热稳态温度的主要因素,对流系数的变化对沥青路面温度场空间分布几乎没有影响;有热夹层条件下路表热稳态温度随路表环境温度的下降而降低,且对流系数的增大对路表热稳态温度的下降速度有推动作用;所构建的沥青路面热夹层温度预估模型具有高度显著性,模型系数的置信概率较高,热夹层温度预测值与理论值之间误差较小,模型精度良好.研究成果为低温地区结冰路面热夹层温度控制提供了理论依据.     

温度场及非均布移动荷载作用下沥青路面力学响应分析

为研究路面结构实际温度场对沥青路面结构动力响应的影响,基于路面结构温度场现场实测数据及室内实际路面材料动态模量试验结果,建立温度场分析和非均布移动荷载作用下沥青路面瞬态动力分析三维有限元模型,分析路面结构在实际温度-荷载作用下的动力响应规律,并与传统的等温结构模型动力响应结果进行对比分析.结果表明,层底控温方法模拟出的温度场可用于分析夏季高温时段和低温时段沥青路面的实际动力响应;夏季一天中高温时段,等温模型高估了竖向应变及上、下面层的剪应变,低估了中面层的剪应变;夏季一天中低温时段,沥青路面的实际动力响应大于等温模型的计算值,等温模型低估了温度分布对沥青路面车辙和开裂的影响.     

温度场及非均布移动荷载作用下

为研究路面结构实际温度场对沥青路面结构动力响应的影响,基于路面结构温度场现场实测数据及室内实际路面材料动态模量试验结果,建立温度场分析和非均布移动荷载作用下沥青路面瞬态动力分析三维有限元模型,分析路面结构在实际温度荷载作用下的动力响应规律,并与传统的等温结构模型动力响应结果进行对比分析.结果表明,层底控温方法模拟出的温度场可用于分析夏季高温时段和低温时段沥青路面的实际动力响应;夏季一天中高温时段,等温模型高估了竖向应变及上、下面层的剪应变,低估了中面层的剪应变;夏季一天中低温时段,沥青路面的实际动力响应大于等温模型的计算值,等温模型低估了温度分布对沥青路面车辙和开裂的影响.     

强蒸发地区路基温度分布特性及其预估模型

为准确掌握强蒸发地区受路面覆盖效应影响的砾类土路基温度场的时空分布特性和规律,通过全天候温度监测,展开该路基温度场分布特性的研究.研究结果表明,不同深度处的月平均温度总体呈余弦或正弦函数分布,但相位角随路基深度和升降温过程的不同而变化;受路面覆盖效应影响较无路面覆盖效应影响的路基内低温峰值略低而高温峰值略高,但其分布规律基本一致;温度梯度在不同的温度条件以及在不同深度处分布也不尽相同,最大温度梯度在低温季节下的90~150cm深度范围内.在此基础上针对升温过程和降温过程,提出了温度场预估模型,该模型具有较高的相关性,并为强蒸发地区考虑路面覆盖效应影响的路基内部水汽迁移和湿度分布特性研究提供基础.     

基于COMSOL的沥青混凝土路面车辙预估

模拟了基质沥青路面和高模量沥青路面在高温温度场下的蠕变,借助有限元软件(COMSOL)引入温度场和受温度诱导的蠕变模型,对基质沥青混凝土路面和HMAC(高模量沥青混凝土)路面进行热辐射和固体力学耦合作用,分析对比其在车辆荷载作用下的永久变形,研究外界环境温度、太阳辐射和车轮荷载等因素对路面车辙变形发展的影响,能够对路面车辙深度进行精确地预估,研究分析车辙产生的蠕变变形,针对路面车辙提出合理的防治措施,减小路面永久变形,为路面的材料选择和结构优化提供参考价值,延长沥青路面使用寿命.     

沥青路面温度场数值预估模型

为了准确预估在环境因素作用下沥青路面的温度分布状况,根据热传导基本理论,建立了沥青路面温度场数值预估模型,并使用有限差分方法对其求解.为了验证该模型的精度,在全国多个地区设立观测站,埋设温度传感器,实测沥青路面温度分布数据并收集与其相关的各种气象数据,如气温、太阳辐射、风速等.结果表明,模型可以较为准确地预估不同地区、不同季节沥青路面内的温度分布状况.     

桥面沥青铺装温度场的特性及预估模型

为了揭示桥面铺装温度场的分布特性并建立预估模型,测试道路和桥面沥青铺装的温度场并进行对比分析。在夏季高温期和冬季低温期实测温度场,收集或计算气温、风速、湿度和太阳辐射等气象要素,对比分析实测温度场,揭示桥面铺装温度场的分布特性;采用统计分析方法,建立桥面铺装夏季日最高温度和冬季日最低温度的预估模型。研究结果表明:桥面铺装温度与气温几乎呈同步周期性变化;与道路铺装相比,桥面铺装的夏季日最高温度高1.4℃(3cm处)、日温差大2.2℃;路表、距路表3cm和7cm处的冬季日最低温度分别高3.3℃、1.8℃和0.9℃,冬季日温差分别小2.0℃、2.2℃和2.1℃;建立了以气温、太阳辐射、风速与湿度为变量的桥面铺装夏季日最高温度和冬季日最低温度预估模型,与LTPP和SHRP模型相比,该模型在预估桥面铺装温度场时具有更好的精度。     

基于改扩建工程的路面温度场对沥青混合料动态模量影响规律

为了研究沥青路面温度场与材料模量的关系,通过实测高速公路改扩建工程旧路与拓宽段路面温度场,分析了沥青路面各结构层的温度变化规律,进而研究了路面结构温度场对沥青混合料动态模量的影响规律.结果表明,沥青路面温度的全年分布呈现双驼峰曲线,分别在5～10℃和25～30℃存在两个峰值;路面材料动态模量与温度累积天数之间,随着温度...     

材料热物理参数对沥青路面温度场影响的模拟分析

首先在考虑沥青路面与周围环境热交换过程的基础上,利用ADINA有限元软件构建了沥青路面温度场评估模型,并确定了模型的边界条件,然后通过数值模拟的方法分析了导热系数、表面传热系数和路面反射率这3个材料热物理参数对沥青路面各结构层温度场的影响.结果表明：沥青路面的温度变化主要发生在其表层和面层（即沥青层）,而基层、底基层和土基的温度变化很小;相同条件下,沥青路面各结构层的日温度差会随着各结构层深度的增加而减小;沥青路面各结构层的温度会随着结构层深度的增加出现变化相位逐渐滞后的现象;修铺沥青路面时所用材料的导热系数越大、表面传热系数和路面反射率越小,沥青路面的温度越高,因此,为使整个沥青路面温度降低,铺筑沥青路面时应使用导热系数较小、表面传热系数和路面反射率较大的材料.本研究可为沥青路面的选材设计提供理论支撑,有助于改善沥青路面的温度场,减小沥青路面对城市环境造成的不良热效应.     

南疆高温大温差地区高速公路沥青路面结构适应性

为了分析南疆的高温大温差气候条件下沥青路面的结构适应性,以控制高温变形类病害的发生,选取了新疆常用沥青路面结构STR-1以及我国其他地区采用的沥青路面结构STR-2与STR-3,对这3种路面结构进行了高温代表日(2008年7月4日)下的温度场与荷载-高温耦合场的模拟计算.研究表明:同气温相比,随着深度增加,路面结构的温度变化呈现出明显的滞后性,较厚的沥青面层可有效减缓温度对基层的作用,减少温差带来的病害.荷载-高温耦合场的模拟结果表明:当以车辙累积量和高温最大剪应力作为衡量高温变形病害的评价指标时,采用复合式基层路面结构的STR-3对南疆高温大温差环境的适应性最佳.     

沥青路面温度场的预估模型

通过对路面温度实测数据和气象部门提供的标准气象资料进行回归分析，建立了沥青路面温度场预估模型．分析了预估模型地区差异的产生原因和解决途径，并引入历年月平均气温作为地区修正系数．路面温度实测值和预测值的对比表明，预估模型具有广泛的适应性和较高的预测精度．     

寒区沥青路面的合理设计温度

针对目前寒区沥青路面设计温度的不合理性以及美国公路战略研究计划(SHRP)规定的局限性,结合辽宁省各地区的路面实测温度及其历年的气象资料,综合考虑了影响路面温度的内部主要因素(导热系数、热传递方式)和外部主要因素(气温、太阳总辐射、风速),对寒区沥青路面设计温度进行数值仿真,用数理统计方法研究气温和路面温度的回归关系,给出了沥青路面的高温设计温度和低温设计温度的计算公式。经验证,沥青路面的高温设计温度和低温设计温度计算公式符合统计规律,准确合理。     

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.