张锐[1]2012年在《考虑极端气候的季冻区道路结构温度场分布规律研究》文中指出道路结构长期处于自然环境的影响中，其内部的温度分布受环境的影响不断发生变化，我国53.5%的地区属于季节性冰冻地区，随季节变化的温度对道路结构的承载能力和使用性能有着显着的影响，深入了解和掌握季冻区道路结构温度场的分布特性具有重要的意义。然而，目前针对季节性冰冻地区尤其是东北地区道路结构温度场分布规律及温度场预估模型的研究还比较匮乏。与此同时，20世纪以来，由于全球气候异常，极端气候事件频繁发生，而关于极端气候对道路结构温度场影响的研究更是很少涉及。针对上述问题，本文依托哈尔滨工业大学道路结构试验台，以季节性冰冻地区典型道路结构温度场叁年多的跟踪观测数据为基础，开展了季节性冰冻地区道路结构温度场分布规律及影响因素的研究，利用统计回归方法建立了观测点所在区域道路结构温度场的预估模型，分析了哈尔滨极端气候的分布规律，并探讨了部分极端气候要素对道路结构温度场的影响。主要研究内容及成果如下：（1）基于实测道路结构温度、湿度及气象资料数据，分析了道路结构在周期性变化的环境因素影响下温度、温度梯度、热流密度、热量等参数的时间域分布特性，得出了一年中道路结构日恒温点的分布情况及变化规律；研究了道路结构冰冻线的发展变化，探讨了道路结构在冰冻和融化过程中温度和湿度的相互影响关系；讨论了太阳辐射差异及积雪对路面温度场的影响，通过对天然土层与路面罩层下不同深度的温度及冰冻线的对比，分析了修筑道路结构对下层土体温度场的影响。（2）归纳了现有的温度场预估模型，并应用实测数据对典型预估模型进行了适用性分析，探究了预估模型的优点及不足。在此基础上，以气温、辐射作为参数建立了路表温度预估模型、路基及路面温度沿深度的预估模型，并对预估模型的预测效果进行了评价。结果显示：该预估模型具有较高的精度，能够准确模拟观测点所在区域道路结构温度场的一维分布。（3）根据调研的历史气象资料，改进了现有极端气候指数，提出了与路面温度场相关性更强的极端气候指数，并分析了其所属的GEV分布模型；借助GEV分布模型确定了各项极端气候指数的阈值，通过阈值，对1951-2011年的极端气温、极端降水、变温速率进行了统计分析，得出了其分布规律的变化。在此基础上，分析了极端低温、持续低温对道路结构温度及冰冻线的影响；探究了气温以较大的升降温速率发生改变时，道路结构内部温度、温度梯度、热量的变化；探讨了外界气温在零度线反复波动时道路结构内部温度场与湿度场的变化情况。本文在季节性冰冻地区温度场分布规律、冰冻特性、预估模型、极端气候变化规律及其对道路结构温度场影响方面进行了一系列研究，将促进季节性冰冻地区尤其是东北地区温度场研究的发展，为极端气候对道路结构温度场的研究提供理论支持。
韩子东[2]2001年在《道路结构温度场研究》文中进行了进一步梳理高等级公路的早期破坏日益受到人们广泛关注，为了解决这一难题题，提高路面使用寿命和服务水平，开展路面长期性能研究势在必行。道路环境场研究是路面长期性能研究的重要组成部分和基础。 本文选择道路环境场中最主要组成部分——温度场为研究对象，视路面结构为层状体系，根据传热学原理推导出自然环境下经过年温度修正的以天为周期的道路结构—维非稳态温度场解析解，经过实测验证，符合道路结构的温度分布规律。在此基础上，分析了道路结构温度场的影响因素，提出了路面最高、最低温度、最大温度速率、最大温度梯度等计算公式，为路面结构设计、路面长期性能研究提供了理论依据。
崔君毅[3]2016年在《复合式路面结构温度场研究》文中研究指明结合某城市地下道路实体工程,对其进行4次观测得到其温度数据,并在此基础之上,根据传热学原理,利用有限元方法对复合式路面的瞬态温度场进行分析。文中考虑了空气辐射换热以及空气对流换热两种交换形式。研究表明:空气温度是影响地下道路路面温度场最为主要的因素,同时对于地下道路而言沥青层对其起到了明显的降温作用。此外,结果还显示了路表温度与水泥混凝土板底的温度差较小,因此在地下复合式路面设计时在对水泥混凝土板设计时不用考虑由温度梯度过大而引起的温度应力。
周灵[4]2011年在《钢桥桥面铺装结构温度场研究》文中认为综合大量的工程实践,桥面铺装结构的温度状况对其承载能力和长期路用性能产生了重大的影响。钢桥桥面沥青铺装结构温度场研究是路面长期性能研究的重要组成部分和基础。如果能够根据气象资料准确地预估钢桥面沥青铺装结构内的最高和最低温度情况,就可以极大地提高桥面铺装结构设计的针对性。本文依托“长效性钢桥面铺装技术研究”、“梁式钢桥沥青铺装典型结构研究”、“长大纵坡公路桥面沥青混凝土铺装层稳定性和抗滑性能研究”叁项科研及“上海嘉定地区蕴藻浜大桥”、“新疆伊犁加尔苏大桥”、“新疆伊犁四台1号大桥”等工程项目开展了桥面铺装结构高温温度场、低温温度场的研究与实测等工作,收集了很多有益的试验数据。分析了上海蕴藻浜大桥钢桥面铺装和新疆伊犁地区桥面铺装和路面温度场的分布、变温速率、温度梯度等特点和影响因素。用统计分析的方法对所得数据进行了回归分析,从不同角度提出了铺装结构最高和最低温度的预估公式,并应用本文的预估模型讨论了这两个地区相应桥梁的沥青铺装层温度设计值。
张云龙[5]2014年在《水和温度作用下城市沥青路面损害机理研究》文中提出夏季高温多雨是我国东南湿热地区典型的气候特征，也是路面病害形成的环境，其中高温和行车荷载是导致路面车辙的重要因素，路表水渗入到沥青路面结构层内，会降低沥青膜对集料的粘附性，造成沥青膜从集料表面剥落，导致路面水损害。因此沥青路面在高温多雨条件下损害成为各国沥青路面设计和养护中急需解决的问题。本文主要以东南湿热地区城市道路水损害及防控技术研究为依托，结合国内外已有文献对于湿热地区沥青路面损害情况的研究，对泉州市地区沥青路面结构高温多雨条件下沥青路面损害机理进行分析。首先，总结归纳了泉州市自然环境、降水量、以及气候特点，调查了泉州市区1981～2011近30年降雨量、平均气温和高温极大值、极小值。调查研究了泉州市城市道路路面损害状况，总结了泉州市沥青路面损害特征及产生机理。然后，通过试验研究在水和温度的影响下沥青混合料的材料性能改变，给出沥青混合料弹性模量随温度和水环境的变化关系。然后采用试验数据关系，基于弹性层状理论建立有限元模型，分析在静水作用机理下，沥青路面结构行车荷载作用下的力学响应规律。然后采用泉州市夏季最高气温时的天气情况，利用公式计算了沥青路表的近地空气温度变化情况；采用有限元数值模拟，计算了沥青路面结构的温度场，分析沥青路面温度沿深度以及随时间变化情况。然后在沥青路面结构温度场分析的基础上，基于热弹性层状理论体系，采用ANSYS有限元顺序耦合的方法分析了沥青路面结构在温度和荷载耦合作用下的力学响应规律。最后分析在夏季高温暴雨温度骤降时，水和温度共同作用下沥青路面结构力学响应规律的变化。
王丽[6]2003年在《道路结构温度场实测研究》文中研究说明以运营中的沥青混凝土路面和水泥混凝土路面典型结构作为实体 ,提出道路结构温度场的实测方案和方法及过程 ,包括温度、辐射测定仪器布置、埋设 ,以及现场观测程序等。并对实测数据进行处理与分析 ,得出一些规律性认识 ,为道路结构温度场深入研究奠定了基础
宋存牛[7]2006年在《沙漠地区路基路面温度场暨路面工作环境温度指标研究》文中认为沙漠地区地处祖国北方，自然环境十分恶劣，夏季炎热，地表最高温度高达70℃左右，冬季严寒，地表温度降至-30℃以下。道路处在这样的环境中，路面结构会产生诸多破坏；寒冷潮湿地区，路基冻胀造成的路面变形破坏更加严重，这些病害发生与路基路面热状况直接相关。为了尽量避免道路运营过程中病害发生，在设计和修建沙漠高等级公路时就应充分地考虑路基路面热状况分布。本文结合西部交通建设科技项目，全面系统地研究了持续变化的自然环境因素与路基路面温度场之间的关系，并得到以下主要结论： 基于Harlan热质迁移模型和Darcy定理推导出冻结条件下风积沙土路基二维水热耦合迁移数学模型。根据地表能量平衡原理建立了水热耦合迁移问题边界条件，利用现有资料回归分析出路基水热参数随土质含水量和干密度的关系式。应用系数效应滞后的全隐式有限差分格式并在每段时间采用线性迭代法来处理非线性水热耦合迁移方程。本论文建立的自然条件下水热耦合数学模型，相对Harlan模型而言，考虑了温度梯度对水分迁移的影响；综合各种气候环境因素的影响，采用了第叁类边界条件；针对道路层状体系特点，计算模型区分了路面材料冻结和未冻结时的热物参数，建立的数学模型比较接近实际情况。通过对试验路温度和最大冻深计算，验证了水热耦合模型的正确性。利用该模型最终能够根据气象资料和路基水热参数准确预估出路基水热状况和最大冻深以及冻胀情况。为季节性冻土地区在路基设计中减少病害，制定相应的防治措施提供参考依据。 利用本文建立的水热耦合数学模型研究了内蒙古锡林浩特地区沙漠公路207国道K135+000处冻融期间道路水热状况分布规律。比较了水热耦合效应和未考虑水分影响单场两种计算方法分别计算的道路温度值，结果显示了水分对路基温度的影响。该地区道路冻结深度随时间线性变化，平均冻结速度达到2～3cm／d，最大冻结深度为3m左右，整个冻融期大约为180天。风积沙土路基在冻结过程中水分迁移主要发生在冻结锋面处，冻结前后在路面基层底部和最大冻深位置下含水量变化较大。 为了探索沙漠地区路面结构温度场的分布规律，提供路面工作环境温度指标。本文从气候学和传热学基本理论出发，研究沙漠地区路表和大气之间传热机理，将对流换热和辐射换热结合在一起提出路表复合换热系数概念，采用级数形
王孙富[8]2010年在《沥青路面结构温度场与温度应力的数值模拟分析》文中研究表明沥青路面的低温开裂,始终是北方地区公路工程的主要病害形式,即使在气候温和的长江流域,也会在降温速率过快时导致面层由于应力松弛能力不足而开裂。然而,迄今为止我国现行公路沥青路面设计规范,依然缺少相应的指标、参数与方法予以控制,尤其是对于层间接触状态等结构因素对其影响尚未开展系统的研究工作。因此开展沥青路面结构温度场与温度应力的数值模拟分析,对于完善沥青路面的低温抗裂设计方法具有较为重要的理论意义。首先,基于热传导理论,确定路面温度场预估的理论框架与边界条件,应用ABAQUS有限元软件,建立了沥青路面温度场数值分析模型。应用该模型,进行的降温速率、路面初始温度及路面材料热物参数对路面结构温度场的影响规律分析,其结果与工程实际现象相一致,证明模型合理。其次,结合路面温度场数值分析模型与热弹性力学理论,在编写路面结构层间接触模块的基础上,应用ABAQUS有限元软件,建立了系统的路面结构温度应力分析模型,计算结果表明,模型可有效模拟各种因素影响下的路面结构温度应力的演化过程。最后,应用沥青路面温度场与温度应力分析模型,开展了涵盖路面结构类型、面层与基层层间接触状态、路面结构边界条件、基层热物理特性、降温速率、路表面初始温度等因素的力学分析,计算结果表明,层间接触状态对沥青路面的低温缩裂影响比较显着。
宋存牛[9]2005年在《层状路面结构体非线性温度场研究概况》文中研究指明路面结构温度变化状况反映了外界环境因素对路面结构的作用 ,产生的温度应力是路面破坏的主要因素之一。因此 ,路面结构温度场的研究对路面设计具有理论指导意义和较高的工程应用价值 ,从而就这一问题的研究情况进行了概括性总结 ,对目前研究过程中存在的问题以及求解温度场的计算方法提出了见解。
林骋[10]2015年在《交通荷载作用下沥青路面数值模拟分析》文中研究指明我国现行的路面设计规范以及常见的路面结构研究方法都是以弹性层状体系为基础,采用层间变形连续的假设,通过单次加载或者荷载累计作用时间等效的方法来模拟作用于路面结构的车辆荷载,开展相关路面结构研究工作。实际上,道路中行车荷载作用是移动的、长期的、变化的、不连续的,简单的单次加载或荷载累计作用无法反映出这些特点。同时,不同的路面结构层之间的接触状态并非完全连续,也非完全光滑,而是处于中间状态。理论分析与实际工程的这些差异将直接影响路面结构研究的结果。因此,本论文力图建立更能反映路面实际物理状态的精细化分析模型对路面结构展开研究。论文采用ABAQUS通用有限元软件,以半刚性基层沥青路面为主要研究对象进行数值模拟,采取先普遍、后特殊的思路展开一系列分析。首先,通过建立温度预估模型计算连续高温环境下的半刚性基层沥青路面温度场,为后面的车辙预估模型提供环境温度数据。接着,论文对行车荷载进行精细化处理,在建立荷载函数时考虑交通量和单次荷载强度的变化。建立二维轴对称车辙预估模型,采用与温度相关的蠕变本构模型描述沥青材料特性,将精细化处理后的荷载和前面计算得到的温度场作用于路面结构有限元模型中。通过多种工况模拟,分析车辙深度与交通量、轴载之间的关系以及半刚性基层沥青路面与沥青+水泥混凝土复合式路面的异同。然后,针对损伤前后水泥稳定碎石的物理性质有较大差异的现象,对路面结构基层性能劣化展开分析。根据规范中的描述,用弹性模量的降低来反映水泥稳定碎石的性能劣化。建立二维轴对称模型,分析连续性周期荷载作用下水泥稳定碎石基层性能劣化过程中层状沥青路面结构受力和变形,并设计了轻、重轴载组合数值模拟试验分析了轴载变化对路面车辙的影响。最后,建立叁维有限元模型,考虑面层与基层、基层与底基层的界面的不同接触状态和基层反射裂缝的影响,在路表施加水平与竖直耦合作用的移动荷载,分析在不同接触状态下路面结构的弯沉、应力和裂缝张开量等指标的变化规律。论文针对不同的研究对象和设计指标采用了叁种不同的荷载函数,综合考虑了温度、材料性能以及接触状态等因素的影响,使模型更符合实际,得到更科学、可靠的计算结果,对路面结构的设计及维护提供理论基础和依据。
参考文献：
[1]. 考虑极端气候的季冻区道路结构温度场分布规律研究[D]. 张锐. 哈尔滨工业大学. 2012
[2]. 道路结构温度场研究[D]. 韩子东. 长安大学. 2001
[3]. 复合式路面结构温度场研究[J]. 崔君毅. 公路交通科技(应用技术版). 2016
[4]. 钢桥桥面铺装结构温度场研究[D]. 周灵. 新疆大学. 2011
[5]. 水和温度作用下城市沥青路面损害机理研究[D]. 张云龙. 湖南科技大学. 2014
[6]. 道路结构温度场实测研究[J]. 王丽. 公路. 2003
[7]. 沙漠地区路基路面温度场暨路面工作环境温度指标研究[D]. 宋存牛. 长安大学. 2006
[8]. 沥青路面结构温度场与温度应力的数值模拟分析[D]. 王孙富. 哈尔滨工业大学. 2010
[9]. 层状路面结构体非线性温度场研究概况[J]. 宋存牛. 公路. 2005
[10]. 交通荷载作用下沥青路面数值模拟分析[D]. 林骋. 浙江大学. 2015