沥青混凝土路面温度场数值分析

作者:陈小燕;刘小文 刊名:铁道建筑 上传者:陶晓玲

【摘要】采用三维模型,对夏日全天温度变化下路面结构层温度场分布及不同降温速率下沥青路面温度场分布进行了分析。结果表明:地表以下0.4 m深度内(即沥青混凝土面层)温度场受到外界温度影响大,其下各结构层温度场变化不明显;对同一结构层,特别是面层,地表温度降幅越大,路面层顶底面的温度变化以及路面层产生的温度应力也越大;初始温度越高,各结构层温度也越高,但各结构层温度差与初始温度关系不明显。

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2011 年第 12 期 铁 道 建 筑 Railway Engineering 文章编号:1003-1995( 2011) 12-0141-02 沥青混凝土路面温度场数值分析 陈小燕,刘小文 ( 南昌大学 建筑工程学院,江西 南昌 330031) 摘要: 采用三维模型,对夏日全天温度变化下路面结构层温度场分布及不同降温速率下沥青路面温度场分布进行了分析。结果表明: 地表以下 0. 4 m 深度内( 即沥青混凝土面层) 温度场受到外界温度影响大,其下各结构层温度场变化不明显; 对同一结构层,特别是面层,地表温度降幅越大,路面层顶底面的温度变化以及路面层产生的温度应力也越大; 初始温度越高,各结构层温度也越高,但各结构层温度差 与初始温度关系不明显。 关键词: 沥青混凝土 路面 温度场 中图分类号: U416. 217 文献标识码: A 收稿日期:2011-03-15; 修回日期:2011-09-06 作者简介: 陈小燕( 1981— ) ,女,湖北黄梅人,硕士研究生。 裂缝在沥青路面中非常常见,根据裂缝产生的原因,可把裂缝分为三类: 即强度裂缝、温度胀缩裂缝、结构和施工裂缝; 也可简单地将裂缝分为荷载型裂缝和非荷载型裂缝两类。前者是由于荷载影响导致沥青路面出现裂缝,主要是荷载引起的疲劳开裂; 后者主要是由于温度变化导致沥青路面的胀缩产生裂缝。在南方地区,冬天气温通常都不是很低,因此,很少产生冻胀开裂,但在夏天,由于昼夜温差大或者天气突变,气温急降,也很可能产生较大温差,从而引起沥青混凝土收缩裂缝[1-4]。但目前研究南方夏天路面结构层温度场分布规律的著述相对较少,因此,本文旨在采用有限元法对南方地区在夏日全天和温度急降情况下结构层温度变化规律予以分析。 1 有限元分析模型及参数 采用三维热分析模型分析路堤沥青混凝土路面结构层的温度场分布。路面各结构层热力学参数见表 1。沿路面方向长取 10 m,横剖面上两侧边坡坡比取1∶ 3,路堤高度 4 m,地基取 3 m 深。模型的单元类型选择三维热学单元 Solid 87,模型横断面尺寸见图 1,典型模型的单元网格见图 2。 表 1 路面各结构层热力学参数 材料名称 密度 / ( kg/m3 ) 导热系数 / ( W /m·℃ ) 比热 / ( J/kg·℃ ) 沥青混凝土细粒层 2 360 1. 04 903. 0 水泥石灰碎石土基层 2 200 1. 19 1 002. 4 水泥石灰土基层 2 100 1. 22 1 048. 3 路基土层 1 680 1. 32 1 112. 5 图 1 模型剖面图( 单位: cm) 图 2 网格剖分图 2 计算及分析结果 2. 1 夏天 1 d 温度变化下路面结构层温度场分布假定夏天 1 d 地面温度变化如表 2 所示。 表 2 夏天 1 d 地面温度变化 项目 时刻 0∶ 00 2∶ 00 4∶ 00 6∶ 00 8∶ 00 10∶ 00 12∶ 00 14∶ 00 16∶ 00 18∶ 00 20∶ 00 22∶ 00 24∶ 00 温度 / ℃ 23. 4 19. 3 17. 4 19. 6 26. 1 34. 3 40. 8 43. 0 41. 1 37. 0 32. 4 28. 0 23. 4 温度场分析中,以 1 d 的地面温度变化作为边界 条件,在两侧坡面及路表面施加地面温度; 在地基底面施加恒定的地温,取 19 ℃,其它面为绝热面。 图 3 为路面体不同位置处随时间变化的温度场。从图 3 可知,路面体内的温度场随着外界路面气温的周期变化而改变,但这种

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