相變儲能融雪化冰瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)的有限元力學(xué)研究.pdf

1、嚴(yán)寒冬季,路面積雪結(jié)冰對車輛行駛的動力性及安全性極為不利,嚴(yán)重影響交通運(yùn)力,給客貨運(yùn)輸帶來不便,造成巨大經(jīng)濟(jì)損失；而且,冰雪季節(jié)時(shí)的交通事故成倍增長,嚴(yán)重威脅司乘人員的財(cái)產(chǎn)安全和生命安全。目前,國內(nèi)外路面冰雪清除方法種類很多,但均有不同程度的危害,例如人工機(jī)械除雪法,阻塞交通,影響運(yùn)力；化冰鹽具有環(huán)境污染、結(jié)構(gòu)腐蝕、凍融破壞的缺陷；導(dǎo)電混凝土,工藝復(fù)雜,價(jià)格昂貴；發(fā)熱電纜,溫度應(yīng)力高,能耗大,對路面材料的使用壽命和路面結(jié)構(gòu)使用性能造成損

2、害。因此,在道路路面尤其是高速公路、機(jī)場、坡道、隧道匝道等特殊路段采用新型少害化的融雪化冰清除方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　 針對當(dāng)前路面融雪化冰的研究現(xiàn)狀,本課題以國家“863”高科技項(xiàng)目《多功能隧道路面組成、性能與設(shè)計(jì)方法》(編號:2006AA11Z117)的子課題《除冰、抗滑多功能隧道瀝青路面》為研究內(nèi)容,根據(jù)隧道匝道出入口對瀝青路面的高防凍抗滑性能的要求,研制了相變儲能發(fā)熱融雪化冰瀝青混凝土路面材料體系,根據(jù)融雪等級和施

3、工要求對鋪裝參數(shù)進(jìn)行了初步確定。
　　 本文在前期工作的基礎(chǔ)上,深入探究瀝青混凝土路面鋪設(shè)相變儲能發(fā)熱系統(tǒng)后的受力情況,通過有限元模型結(jié)構(gòu)分析,對不同荷載簡化模型作用下的相變儲能瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)彎沉值、最大切應(yīng)力規(guī)律等進(jìn)行了詳細(xì)的研究,旨在通過力學(xué)分析,驗(yàn)證前期研究的相變儲能發(fā)熱融雪化冰瀝青混凝土路面材料體系的結(jié)構(gòu)安全性。研究表明,相變發(fā)熱體在瀝青混凝土路面面層結(jié)構(gòu)中的鋪設(shè)形式、埋置深度和發(fā)熱功率等鋪裝參數(shù)是可行的。同時(shí),還對

4、鋪設(shè)參數(shù)產(chǎn)生影響的其他因素進(jìn)行了較詳盡的探討。本研究主要內(nèi)容如下:
　　 (1)基于有限元理論,應(yīng)用ANSYS軟件,對相變儲能融雪化冰瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu),建立以某實(shí)際路面結(jié)構(gòu)為參數(shù)的有限元模型,并在多種工況下,進(jìn)行受力分析,證明該模型的合理性。
　　 (2)相變儲能融雪化冰瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)是將相變系統(tǒng)鋪設(shè)于瀝青混凝土路面面層當(dāng)中,故按照《瀝青混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD50—2006)的要求,分析路面結(jié)構(gòu)在不同的荷載簡化

5、模型下的計(jì)算指標(biāo)。
　　 (3)在垂直荷載作用下,對相變儲能瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)有限元模型進(jìn)行力學(xué)響應(yīng)分析,研究在不同輪載、不同接地面積、不同荷載分布形式情況下,相變儲能瀝青混凝土路表面彎沉值變化規(guī)律、最大切應(yīng)力以及發(fā)熱系統(tǒng)表面切應(yīng)力變化曲線。
　　 (4)在水平荷載作用下,對相變儲能瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu),探討其處于不同的車輛荷載作用位置、不同的路面摩擦系數(shù)狀況時(shí)的受力情況。
　　 (5)探討相變系統(tǒng)鋪設(shè)參數(shù)的其他較