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1、环境因素对道路结构的 影响探究,路基路面材料的强度和刚度随其温度和湿度的变化而变化。路基路面材料的体积也随路基路面结构内温度和湿度的升降而产生膨胀和收缩，当这种胀缩受到约束时便产生温度应力和湿度应力，进而对道路结构破坏性作用。 影响路面结构内温度状况的主要分为以下两种因素：外部条件：主要是气候条件，如太阳辐射、气温、风速、降水量和蒸发量等。其中主要是太阳辐射和气温。内部因素：路面各结构层材料的热物理特性参数，如热传导率、热容量和对辐射热的吸收能力等。,2.1温度对道路结构的影响,1，温度应力 自然界的气温变化和日照辐射会对混凝土结构产生很大的影响。由于混凝土热传导性能差，温度作用会使结构表面温
2、度迅速变化，而结构内部的温度则变化很小，这就导致混凝土结构各部分处于不同温度状态，由此产生温度变形。当温度变形被结构内外约束阻碍时，会产生很大的温度应力，引起结构变形、开裂甚至破坏。温度应力是一种约束力，其主要特点有：,温度对刚性路面的影响,2.1温度对道路结构的影响,温度应力已经不再符合简单的胡克定律关系但伯努利的平面变形规律依然存在，即，温差应力与平面变形后所保留的温度应变及自由应变差成反比； 温度荷载沿板厚方向呈非线性分布，故截面上温度应力分布也具有非线性特性； 在结构中温度应力是瞬时变化的，具有明显的时间性； 在结构变形或挠度最大值，应该是出现在结构不同部分的温度面积矩达到最大的时刻。
3、,2，温度裂缝： （1）温度裂缝分为浅层裂缝和深层裂缝。结构在温度作用下首先出现浅层裂缝，缝宽0.010.02mm,，浅层裂缝对温度应力的的影响程度很小。当车辆荷载与温度荷载共同作用或温度荷载很大时，钢筋与混凝土之间的粘结被破坏，浅层裂缝发展成深层裂缝。深层裂缝的出现会使温度应力发生很大的松弛，但一般来说第一条裂缝出现时的松弛程度要比后续裂缝出现时松弛程度大很多。 （2）结构在温度变化反复作用时，将出现新的温度裂缝，原有裂缝将进一步开展或闭合。 （3）温度配筋对分散温度裂缝、减小裂缝开展宽度有较明显的作用。,2.1温度对道路结构的影响,1，气温引起路面裂缝 若道路所在当地气温昼夜温差大，就会使
4、路面长期经受反复的膨胀和收缩，使物质内部的组织结构发生变化。随着气温的降低，沥青的黏滞度增高，强度增大，变形能力降低，此时易出现脆性破坏。气温下降，特别是急骤降温时，沥青层受基层的约束而不能迅速收缩就会生产很大的温度应力，若累计温度应力超过沥青混合料的极限抗拉强度时路面便会开裂。,温度对沥青路面的影响,2.1温度对道路结构的影响,若道路所在当地气温昼夜温差大，就会使路面长期经受反复的膨胀和收缩，使物质内部的组织结构发生变化。随着气温的降低，沥青的黏滞度增高，强度增大，变形能力降低，此时易出现脆性破坏。气温下降，特别是急骤降温时，沥青层受基层的约束而不能迅速收缩就会生产很大的温度应力，若累计温度
5、应力超过沥青混合料的极限抗拉强度时路面便会开裂。,2.1温度对道路结构的影响,在高温条件或荷载作用下，沥青路面会产生变形，其中不能恢复的部分形成车辙病害。如果得不到及时、恰当的维修，路面车辙病害将加剧路况的恶化，直接威胁行车安全，也会大大缩短沥青路面使用寿命。,2.1温度对道路结构的影响,如果路面的基层为半刚性基层，由于其自身刚度大，抗变形能力较差，在温度骤然下降时会产生收缩变形，而其下卧层（土基或底基层）与该层之间的摩阻作用抑制了其收缩，从而在该层内部产生拉应力，当此应力超过其抗拉强度时基层就会产生裂缝。半刚性基层开裂以后，在沥青面层与半刚性基层间的裂缝处会形成一个“薄弱点”，该点在荷载应力
6、与温度应力的共同作用下会使沥青面层底面产生应力集中。如果沥青面层较薄，则会引起开裂，随之在行车和大气因素的反复作用下，裂缝逐渐向上扩展。直至沥青层表面。这种裂缝称为反射裂缝，它一般为横向裂缝。,2.1温度对道路结构的影响,2，沥青混合料的高温流变高温失稳,黑褐色的沥青混合料具有较强的吸热能力，而整个路面又构成了一个巨大的温度场，到达路面的太阳辐射一部分被路面反射掉，余下的部分被路面吸收而提高温度。路面表面发出长波辐射又吸收大气长波辐射，构成路面的有效温度。,由于热量的大量聚集、积蓄，使得路面温度不断升高。由于热量难以从沥青路面中散出，使沥青路面长时间处于高温状态，在外部荷载的作用下就很容易产生
7、流动变形，导致路面产生塑性变形，粗骨料重新排列，容易产生泛油、拥包和车辙现象。沥青混凝土的强度、模量等也随着温度的升高而降低 。,沥青路面的高温稳定性受温度的影响很大，在20以下的中低温状态下，沥青路面处于硬塑状态，温度变化对混合料的高温稳定性几乎没有什么影响，温度提高,沥青混合料的模量降低,抗车辙能力迅速减弱。在4060范围内，沥青混合料在温度上升5时，其变形量增加近2倍。随着温度的升高，沥青的黏滞度降低，沥青混合料的黏聚力也随之降低。可见，环境温度是影响沥青混合料高温稳定性最大的因素。,2.2道路温度场研究,国内外的研究学者对温度场的研究，归纳起来主要有两种：一种是理论分析法，他的原理是根
8、据气象学和传热学采用数值分析方法或解析的方法来建立路面温度场预估模型；另一种是数理统计法，他是利用实测的路面温度数据及气象资料采用统计回归的方法建立路面温度场的预估模型。,（1）barber温度场计算模型 对于温度场预估模型，最早是由barber在1957年提出的，其预估模型较为复杂，涵盖路面材料的热物理参数及温度、太阳辐射的气象参数，可用于一天内各时刻道路结构不同深度温度场的计算，适用性较强。其预估模型为,2.2道路温度场研究,2.2道路温度场研究,秋山正敬路表温度预估模型 秋山正敬得出路表温度Ts与Ta在晴天、阴天为曲线关系，雨天为直线关系，模型为,2.2道路温度场研究,2.3温度荷载的计
9、算方法,混凝土结构温度荷载的计算方法一般有以下3种， （1）按Fourier的热传导方程求解， （2）按近似数值求解， （3）按半理论半经验公式求解。,（1）按Fourier的热传导方程求解 对于各项为均质的固体，根据Fourier的热传导理论，可得下列三维不稳定导热方程（无内热源时）：,根据实测资料分析表明，混凝土结构在长度方向温度变化不大，可以忽略为平面温度场：,在建立热传导方程之后，为了确定所需要的温度场，还必须指导初始条件和边界条件，通过初始条件和边界条件求解温度场。,2.3温度荷载的计算方法,（2）近似数值分析 近似数值分析主要包括有限差分法和有限单元法两种。由于有限单元法吸收了差分离散处理的优点，概念清晰，易于编制电算程序，因此逐渐开始应用于温度梯度的计算。 （3）半经验半理论公式 国内外对混凝土结构温度作用问题均给出了简化计算公式，在各国规范中均给出了相应的规定。,
