融冰雪路面和橋面熱力耦合損傷分析及優(yōu)化設計.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，應用前景良好。近些年來，以歐美及日本為首的多國學者對路面、橋面融雪化冰傳熱模型、數(shù)值模擬計算都進行了大量研究，并對相關試驗示范工程也進行了鋪筑和一定程度的應用，但對于加熱融冰雪產生的溫度損傷研究的極少，此類研究的不足勢必導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，對交通行為的正常運行帶來極大的挑戰(zhàn)。
　　本課題的研究結合

2、實體工程的具體情況，針對融冰雪道路、橋面結構的不同，分別建立有限元模型，分析多因素影響行為和規(guī)律，并對其結構進行優(yōu)化設計，力求達到融冰雪效果和結構損傷的最優(yōu)。主要工作如下:
　　(1)分析了融冰雪路面、橋面的工作機理，將融冰雪路面、橋面的工作過程分為兩個階段:傳熱分析和損傷計算。同時分析傳熱學的基本理論及混凝土本構關系的推導過程，并以此為基礎得到了融冰雪路面、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。對比分析了得出溫度荷載是導致融冰雪路面損傷的主要因素。分析了融冰雪路面結構和外部條件的五個因素對于損傷的影響，提出了融冰雪路面損傷與五個因素的關系式，并通過升溫對關系式進行簡化，得到了升溫與損傷的關系式及累積損傷預估模型。
　　(3)在室內成型融冰雪路面小足尺板，并分析了小足尺板的熱力學性能。融冰雪路面表面溫度分布呈現(xiàn)“此起彼伏”的波浪。融冰雪路面應變與測試點距發(fā)熱電管的距離相關，且隨測試點距發(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。
　　(4)建立了融冰雪橋面熱力耦合損傷有限元模型。分析導熱層厚度和電纜間距對融冰雪橋面的影響。并提出了一種基于表面溫度和損傷的融冰雪橋面結構優(yōu)化方法。優(yōu)化結果為:導熱層最佳厚度為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間的增大而增大，其升溫過程主要包括三個階