电加热对沥青路面性能的影响研究

摘要

路面碳纤维电加热技术作为目前最具研究价值的路面除冰雪措施，相比其他除冰雪措施，具有发热快速、效果良好、安装简便、控制方便、强度高、耐久性高等优良特性。但是，道路结构中加入发热电缆层和隔热层后，结构特性发生不利变化，在长期加热下，沥青混合料的老化和疲劳速度较常温下更快，因此本文针对电加热对沥青路面性能造成的影响，对某林区旅游公路改建工程进行分析评价，主要工作如下： 首先，对沥青路面简化的一维温度场开展计算，得到电加热时的沥青路面温度梯度，然后通过回弹模量试验分析温度对沥青混合料抗压回弹模量的影响，通过回归分析发现沥青混合料的抗压回弹模量与温度之间存在对数关系，求出了AC-13C和AC-16C沥青混合料的抗压回弹模量-温度（E-T）曲线，将温度梯度转化为弹性模量梯度，分析了短期加热下沥青混合料模量的变化。 其次，按照工程实践建立了简化的沥青路面有限元分析模型，运用通用有限元分析软件，输入求得的抗压回弹模量梯度，得到了短期加热下沥青路面力学性能的变化规律，分析了短期加热下不同面层厚度、泊松比和温度对沥青路面性能的影响，得到了沥青路面在布设加热电缆时应选取的最优面层厚度、泊松比和温度。 最后，为了研究长期加热下沥青路面的性能变化，按照试验规程，通过烘箱加热试验（STOA）模拟短期老化，室内延时烘箱加热试验（LTOA）模拟长期老化，分析了长期加热下沥青混合料的老化性能，获得了长期加热下沥青混合料抗压回弹模量的变化趋势。在通用有限元分析软件中输入得到的抗压回弹模量，对比分析了短期老化和长期老化下沥青路面的最大剪应力、最大横向应力、弯沉、最大弯拉应力、最大垂直应力的区别，得到了长期加热对沥青路面性能的影响。 本文所研究的内容对碳纤维电加热沥青路面结构性能和影响因素的控制有着重要意义，为碳纤维电加热沥青路面的功能研讨奠定了根底。

目录

声明

第1章 引言

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 沥青路面碳纤维电加热研究现状

1.2.2 沥青混合料在加热加速老化研究现状

1.3 本文主要研究内容及意义

1.3.1 本文主要研究内容

1.3.2 本文研究意义

第2章 计算基础理论与方法

2.1 有限单元法的基本原理

2.2 沥青路面体系有限元模型

2.3 各向同性的路面层状弹性体系理论

2.3.1 路面层状体系基本假设

2.3.2 弹性层状体系理论

2.4 沥青路面结构动力学分析理论

2.5 本章小结

第3章 短期加热对沥青路面性能的影响

3.1 沥青路面有限元模型

3.1.1 路面结构

3.1.2 模型参数的选取

3.1.3 三维有限元模型的建立

3.1.4 行车荷载的选取

3.1.5 荷载作用时间

3.2 沥青路面温度场

3.2.1 神农架林区冬季气候概况

3.2.2 沥青路面温度场分析

3.3 短期加热对沥青混合料的影响

3.3.1 沥青混合料的温度-抗压回弹模量试验

3.3.2 沥青混合料温度-抗压回弹模量试验结果分析

3.3.3 抗压回弹模量与温度因素的回归分析

3.4 短期加热下路面面层厚度对沥青路面性能的影响

3.4.1 模拟工况介绍

3.4.2 各工况计算结果对比分析

3.5 短期加热下不同泊松比对沥青路面性能的影响

3.5.1 模拟工况介绍

3.5.2 各工况计算结果对比分析

3.6 短期加热下不同温度对沥青路面性能的影响

3.6.1 模拟工况介绍

3.6.2 各工况计算结果分析

3.7 本章小结

第4章 长期加热对沥青路面性能的影响

4.1 沥青路面抗老化性能的评价方法

4.2 沥青混合料的长期老化试验及回弹模量试验

4.2.1 沥青混合料的长期老化试验

4.2.2 沥青混合料的抗压回弹模量试验

4.2.3 沥青混合料模拟老化试验结果分析

4.3 沥青路面模型建立

4.4 长期加热下有限元计算结果分析

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间的科研成果

参与项目及论文

A. 参与项目

B. 发表论文