基于水热式融雪技术桥面铺装温度场及力学研究

摘要

长期以来，积雪结冰路（桥）面的行车安全问题受到广泛关注。各国交通部门研究出多种方法以解决路（桥）面融雪问题，由于这些方法存在的一些缺陷（效率低、费用高、极易破坏道路设施、耗能大、循环性较差），各国对具有发展前途、环保节能和可循环利用等优点的水热式热融雪化冰技术更为关注。目前国内对该技术研究应用尚处于起始阶段。本文针对桥面埋管内循环水的特点，对水热式融雪系统的埋管桥面进行数值模拟，研究的内容主要有以下几个方面：　　一、介绍了水热式融雪系统的组成，对桥面管网布设和埋管连接方式进行了分析，研究了该系统输水主管道材质、埋管材质、埋管管径和管内流体须满足的条件。利用传热学的基本理论，结合埋管桥面融雪系统，系统地分析了融雪过程中的热量传递，定解条件以及对流系数的计算。　　二、利用有限单元法建立三维热力模型，对埋管桥面铺装层温度场进行瞬态分析，主要研究管间距、埋深、管内水温以及流速对融雪过程中铺装层温度分布、热流密度以及融雪时间的影响，为公路埋管桥面融冰雪系统设计和施工提供参考。　　三、由于加载温度荷载时埋管桥面不同于普通桥面，利用有限单元法建立桥面结构模型，分析环境降温和埋管加热桥面时桥面铺装层和埋管的温度效应，从而提出合理的埋管方案。　　四、埋管桥面在环境降温、埋管加热桥面以及车载的共同作用下，铺装层的受力情况不同于单个因素作用于桥面板，本文通过以上诸多因素的耦合对埋管桥面铺装层作用的分析，研究不同工况下铺装层和埋管的力学响应。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文研究内容与技术路线

第二章桥面融雪系统埋管铺设及融雪原理

2.1桥面融雪系统埋管铺设

2.2传热学基本理论

2.3本章小结

第三章埋管桥面传热模型建立及温度场分析

3.1有限单元法原理

3.2传热模型的建立

3.3瞬态工况数值模拟及结果分析

3.4本章小结

第四章埋管桥面结构层温度效应分析

4.1模型建立

4.2未加热桥面的应力分析

4.3稳态工况桥面的应力分析

4.4 本章小结

第五章埋管桥面结构层耦合应力分析

5.1标准轴载作用下埋管桥面沥青层应力分析

5.2温度车载耦合作用下桥面应力分析

5.3本章小结

主要结论及展望

1．主要研究结论

2．主要创新点

3．展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢