高寒地区沥青路面温度行为数值分析

作者:艾长发;黄大强;高晓伟;邱延峻; 刊名:重庆交通大学学报(自然科学版) 上传者:马正辉

【摘要】为研究高寒地区沥青路面结构温度行为,以ABAQUS软件为计算平台,结合正交试验方法及滞后衰减气温模型,进行了气象参数对沥青路面温度场影响及其参数敏感性分析,讨论了结构类型、结构层厚度及层间状态等因素对路面温度场及温度应力分布状况的影响,预测了沥青面层不同深度温度日变化值.研究表明:日太阳辐射总量和日平均风速对路面温度具有显著影响,但其显著性与路面结构类型无关;结构层温度场低温时段差别较小,高温时段差别较大;低温下结构层最大温度拉压应力是高温下的5~8倍;级配碎石基层具有良好的温度变化适应性,是高寒地区首选的基层材料类型;采用滞后衰减气温模型进行高寒地区沥青面层温度预测,高温时精度较高,低温时精度较低,该模型的适用性有待进一步完善.

全文阅读

0引言沥青路面裸露在大自然环境之中,受到外界环境温度等各种气候条件的作用,使得沥青路面受气温变化影响较大。沥青路面温度场及温度应力的研究已成为路面长期使用性能研究的一个重要方面[1]。不同区域气温条件的不同,导致路面温度场及由此引起的路面结构温度应力也有所不同。我国温度场方面的研究起步较晚,在以往所进行的研究中,多从解析解入手分析,由于过多的假设条件及解析表达式和边界条件的简化,使得解析解和实测值之间具有一定的差异,因此关于路面温度行为的研究至今依然是一个重要的研究内容。A.HER-MANSSON[2]提出了用于在夏季高温时预估沥青路面温度分布情况的计算模型,该模型主要以气温、风速和每小时太阳辐射量为大气参数;刘继忠[3]采用有限元程序模拟计算了高海拔地区沥青路面的温度场及其应力;周志刚等[4]建立了路面结构随季节变化的温度场,分析了温度季节性变化和随深度的滞后对路面温度应力的影响,严作人[1]采用单次正弦曲线拟合了路面温度。以上大量研究资料表明温度变化是影响路面使用性能的一项重要因素。由于高寒地区气候具有持续低温、骤然降温、大温差等特点,条件恶劣对路面使用性能的影响将更为严重。基于此,笔者紧密结合高寒地区气候条件特点,考虑路面温度状况影响因素,对沥青路面结构温度场、温度应力分布以及路面结构的温度适应性展开研究,进行不同深度路面温度的日变化规律预测。研究结果可为高寒地区基于气候环境特点的沥青路面结构选型提供参考。1计算参数与模型路面温度状况的影响因素可分为两大类:外部因素和内部因素[5]。外部因素包括大气温度、太阳辐射量、风速等气象因素。内部因素包括路面材料的热容量、热传导、对辐射热的吸收能力及路面结构组合、厚度等。1.1气象参数大气温度采用国道213线郎木寺至川主寺公路若尔盖地区7月、12月实测气温值。参考甘孜、拉萨、那曲、昌都、格尔木等地气象数据,确定计算模型的日太阳辐射总量、日照时间、日平均风速代表值:7月日太阳辐射总量取20.5,22.5,24.5MJ/m2,日照时间取6.6,7.6,8.6h,日平均风速取1.0,1.5,2.0m/s;12月日太阳辐射总量取11,13,15MJ/m2,日照时间取6.6,7.5,8.4h,日平均风速取0.7,1.3,2.0m/s。研究中假设3者互为独立变量并结合正交试验设计方法进行沥青路面结构温度场的气象参数敏感性分析。1.2路面结构和材料参数参考相关研究文献资料,选取4种路面结构作为研究对象,如表1。结构1为典型的半刚性沥青路面结构,结构2~4为防止沥青面层反射开裂的研究结构。研究中考虑结构层厚度变化、层间接触条件变化对路面温度行为的影响,其中上面层取4cm;中面层取6,8cm;下面层取8,10,12cm;基层取20cm(结构2中应力吸收层取5cm,水稳层取15cm);底基层取30cm;路基取6m。以半刚性结构1为例,改变中下面层厚度形成6种厚度组合,命名形式如下:结构1-1~结构1-6,沥青结构层厚度与命名形式见表1。路面层间接触状态考虑完全连续状态和不完全连续状态。当为不完全连续状态时,路基与底基层为完全连续状态,而其余各层的黏结情况通过摩擦因数来考虑,其大小取0.6。参考文献[6-7]取值情况,路面发射率取0.9,太阳辐射吸收率as取0.85,Stefan-Boltzmann常数取2.04109210-4J/hm2K4,绝对零度值TZ取-273,各结构层其余材料热物理参数取值见表2。表1沥青路面结构形式及结构模型厚度组合方案Table1Structureandstructuremodelofasph

参考文献

引证文献

问答

我要提问