融冰雪路面和橋面熱力耦合損傷分析及優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、采用電加熱融冰雪路面、橋面，相比于其他的融冰雪方式具有融冰雪效率高、能源可靠、簡單便利等優(yōu)勢，應(yīng)用前景良好。近些年來，以歐美及日本為首的多國學(xué)者對(duì)路面、橋面融雪化冰傳熱模型、數(shù)值模擬計(jì)算都進(jìn)行了大量研究，并對(duì)相關(guān)試驗(yàn)示范工程也進(jìn)行了鋪筑和一定程度的應(yīng)用，但對(duì)于加熱融冰雪產(chǎn)生的溫度損傷研究的極少，此類研究的不足勢必導(dǎo)致路面破壞形式增多，極易出現(xiàn)道路早期病害，縮短路面使用壽命，對(duì)交通行為的正常運(yùn)行帶來極大的挑戰(zhàn)。
　　本課題的研究結(jié)合

2、實(shí)體工程的具體情況，針對(duì)融冰雪道路、橋面結(jié)構(gòu)的不同，分別建立有限元模型，分析多因素影響行為和規(guī)律，并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，力求達(dá)到融冰雪效果和結(jié)構(gòu)損傷的最優(yōu)。主要工作如下:
　　(1)分析了融冰雪路面、橋面的工作機(jī)理，將融冰雪路面、橋面的工作過程分為兩個(gè)階段:傳熱分析和損傷計(jì)算。同時(shí)分析傳熱學(xué)的基本理論及混凝土本構(gòu)關(guān)系的推導(dǎo)過程，并以此為基礎(chǔ)得到了融冰雪路面、橋面熱力耦合損傷有限元模型的建立方法。
　　(2)建立了融冰雪路面

3、熱力耦合損傷有限元模型。對(duì)比分析了得出溫度荷載是導(dǎo)致融冰雪路面損傷的主要因素。分析了融冰雪路面結(jié)構(gòu)和外部條件的五個(gè)因素對(duì)于損傷的影響，提出了融冰雪路面損傷與五個(gè)因素的關(guān)系式，并通過升溫對(duì)關(guān)系式進(jìn)行簡化，得到了升溫與損傷的關(guān)系式及累積損傷預(yù)估模型。
　　(3)在室內(nèi)成型融冰雪路面小足尺板，并分析了小足尺板的熱力學(xué)性能。融冰雪路面表面溫度分布呈現(xiàn)“此起彼伏”的波浪。融冰雪路面應(yīng)變與測試點(diǎn)距發(fā)熱電管的距離相關(guān)，且隨測試點(diǎn)距發(fā)熱電管距離的

4、增大而減小，其最大值出現(xiàn)在與發(fā)熱電管接觸處，但與發(fā)熱電管埋置深度無關(guān)。
　　(4)建立了融冰雪橋面熱力耦合損傷有限元模型。分析導(dǎo)熱層厚度和電纜間距對(duì)融冰雪橋面的影響。并提出了一種基于表面溫度和損傷的融冰雪橋面結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。優(yōu)化結(jié)果為:導(dǎo)熱層最佳厚度為0.5cm，發(fā)熱電纜最佳間距為6cm。
　　(5)依托阜陽至新蔡高速公路安徽段橋梁實(shí)體工程，鋪筑完成融冰雪橋面。融冰雪橋面表面溫度隨加熱時(shí)間的增大而增大，其升溫過程主要包括三個(gè)階