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1、路面温度场与沥青面层当量温度研究 子题一： 路面温度场 子题一：沥青面层当量温度 基于多指标的沥青路面结构设计方法研究 子题一：路面温度场 1路面温度场数据采集 2路面结构热力参数反演 3路面温度特征值 4路面温度日变化 5全国沥青路面温度分布频谱 6 展望 1 路面温度场数据采集 广州站 广州市番禺区气象局 2009.7.152010.7.25 宁波站 宁波市鄞州区气象局 2009.5.102010.5.31 大同站 大同市气象局 2009.7.102010.7.4 哈密站 哈(密)-喀(什)公路 2009.10.152010.4.5 齐齐哈尔站 齐齐哈尔至泰来公路 镇溧站 江苏镇(江)-溧
2、(阳) 高速公路 2007.9.182009.2.10 济莱站 山东济(南)-莱(州)高速公路 2006.3.202007.7.10 广州、宁波、大同、哈密、齐齐哈尔站 镇溧站 济莱站 广州、宁波、大同站数据 路面温度分钟数据； 小时气温数据、日最高气温、日最低气温； 分钟太阳辐射净辐射、总辐射、日最大太阳辐射； 地温、气压、空气湿度、风向风速 云量云状、能见度、降水、蒸发、日照、雪深 哈 密 路面温度(10分钟数据)； 辐射、气温、风速(10分钟数据) 齐齐哈尔仅路面温度数据(10分钟数据) 镇 江 路面温度(15分钟数据) 气温、风速、太阳辐射(15分钟数据) 济 南 路面温度(30分钟数
3、据) 气温、风速(10分钟数据) 2 路面结构热力参数反演 有限差分解 天空有效温度估计偏差的影响 路面材料的热力特性 导温系数的反演 路面结构中热通量 2009.07.19（晴天，日照率85%） 2009.07.22 （阴雨天，日照率9.5%，降水量38.6mm） 天空有效温度估计偏差的影响 路面结构热力参数反演 参数沥青路表水泥路表备注 s 0.880.950.560.68反演 (Wm-1K-1)0.91.11.21.4反演 a1 (m2/h)0.00240.00280.00260.0032反演 p0.800.900.700.78反演 a0.760.92反演 Bc 9.55+3.5v+0.
4、035T参考其它文献 aa0.82固定 v为风速m/s；T为路气温差，。 3 路面温度特征值 路表日极值温度 路表日最高温度 路表日最低温度 路面不同深度的温度特征值 温度日较差 日平均温度 温度日正较差 日温度极值 沥青罩面下水泥混凝土路面的温度梯度 路表日极值温度 式中：T1表征太阳辐射的影响； T2表征路表与天空相互辐射的影响； T3表征路面结构层内热状况的影响。 路表日最高温度 广州: -0.1、2.9(沥青路面)， 0.3、2.2(水泥路面)； 宁波: 0.5、3.3(沥青路面)，-0.2、2.6(水泥路面)； 大同: 0.4、3.6(沥青路面)，-0.2、2.8(水泥路面)； 三地
5、: 0.4、3.3(沥青路面)，-0.1、2.5(水泥路面)。 偏差的平均值和标准差 沥青路表 水泥路表 路表日最低温度 大同、宁波、广州三地沥青(水泥)路表平均值0.3，标准差小于1.5 估算值与实测值之残差 沥青路表 水泥路表 温度日较差 日平均温度 温度日正较差 路面结构的日温度极值 镇溧高速济莱高速 ThTlThTl Av.ST.Av.ST.Av.ST.Av.ST. 550.491.140.081.2570-0.171.050.311.01 1000.341.160.071.54130-0.101.44-0.481.27 1500.270.880.191.021900.011.05-0
6、.590.97 2200.371.080.281.412600.031.30-0.451.14 3400.361.180.411.443400.261.43-0.431.34 沥青罩面下水泥混凝土路面的温度梯度 沥青罩面厚度 h /cm 2468101214161820 1.130.960.820.700.590.510.430.370.310.27 4 路面温度日变化规律 路表温度的日变化特征 路表温度日变化规律 多云天气的修正 不同深度处的路面温度日变化规律 路表温度日变化规律 2阶段拟合路表温度的升温过程和降温过程 路表日最低温度出现时刻的频率 路表日最高温度出现时刻的频率 二阶段交接点
7、时刻 ts.c 降温速率参数c 多云天气的修正 不同深度处的路面温度日变化规律 理论滞后时间 不同深度路面日温度变化拟合误差(实测值-拟合值) 测站 水泥路面沥青路面 2cm11cm22cm2cm6cm12cm Av.ST.Av.ST.Av.ST.Av.ST.Av.ST.Av.ST. 广州-0.231.27-0.121.810.061.39-0.311.09-1.021.44-0.291.10 宁波-0.151.72-0.211.33-0.120.640.191.46-0.331.300.050.90 大同0.181.190.231.240.130.16-0.261.13-1.331.190.
8、401.21 5 全国沥青路面温度分布频谱 层平均温度的分布规律 层温度梯度的分布规律 路面温度分布频谱计算 路表温度分布特征 全国沥青路表温度年均值 全国沥青路表温度年标准差的等值图 层平均温度的分布规律 层温度梯度的分布规律 路面温度分布频谱的年间差异 路表温度分布特征 缺少太阳辐射量资料 已知太阳辐射量情况 温度年均值之残差的标准差仅为0.64C 温度年标准差之残差的标准差为0.87C 温度年均值之残差的标准差仅为0.22C 温度年标准差之残差的标准差为0.54C 全国沥青路面温度分布 98个城市多年(19912000)的沥青路面温度分布频谱 642个气象站的沥青路表温度年均值、年标准差
9、按回归式 得求。 全国沥青路表温度年均值等值线图 C 全国沥青路表温度年标准差等值线图 C 6 展 望 缺少高海拔地区数据 对天空有效温度的把握不够精确 材料导热参数(导热系数、吸热系数等)的影 响 子题2 沥青路面等效温度研究 1 路面结构层弯拉应力与应变 2 沥青面层压缩量 3 路表弯沉 4 面层疲劳等效温度 5 基层疲劳等效温度 6 车辙等效温度 7 展望 1 路面结构层弯拉应力与应变 面层弯拉应力与应变分布 双层结构弯拉应力与应变 多层结构弯拉应力与应变 面层模量不均匀的处理 计算误差 面层弯拉应力与应变分布 双层结构弯拉应力与应变 截面弯矩回归式 面层与地基层间连续时,面层弯曲中性轴
10、下移量参数 残差的标准差=7.110-6 多层结构的弯拉应力与应变 面层与基层层间光滑时 面层和基层层间连续时 等效广义模量 面层模量不均匀的处理 弯曲刚度相等的原则 2 面层压缩量 双层结构的面层压应力分布 面层压应力分布形状函数 层底压应力折减系数 多层结构的面层压应力分布 面层竖向压缩量等效计算 面层压应力的分布规律 面层压应力分布形状函数 层底压应力折减系数 层间光滑时，a=1.694、b=-2.089； 层间连续时，a=1.557、b=-2.018。 残差的标准差, 在层间光滑时为0.015，层间连续时为0.013 多层结构的面层压应力分布 面层竖向压缩量等效计算 厚度坐标z改为等效
11、均匀面层厚度坐标 坐标转换是按弯曲刚度等效原则 h/m0.16 0.24 Tg/-65-30060130-55-25050110 54.013.553.293.053.053.002.281.901.601.72 406.625.965.534.984.69-1.10-1.61-1.82-1.73-1.12 1507.526.736.245.575.22-1.43-1.91-2.10-1.98-3.66 双层结构、面层压缩量计算误差 % 三层结构、面层压缩量计算误差 % h1 /h2(/m) 0.16/0.20.24/0.15 Tg/-65-30060130-55-25050110 5/0.5
12、0.71-0.58-0.94-1.37-1.084.232.511.600.820.93 40/50.340.330.460.951.68-3.78-3.76-3.56-2.82-1.63 150/104.163.793.633.513.56-1.82-2.55-2.12-1.83-1.05 3 沥青路面弯沉 路面结构的弯沉 弯沉当量模量 两层路面弯沉等效计算 多层路面结构弯沉等效计算 路面结构的弯沉 当=E1/E010时， 当=E1/E010时， 弯沉当量模量 温度沿层厚线性分布 中性轴下移系数 温度直线分布 温度曲线分布 双层结构 三层结构 温度直线分布 温度曲线分布 4 面层疲劳等效温度
13、 等效温度计算方法 温度分布对其疲劳寿命的影响 标准疲劳等效温度 热敏系数影响的修正 路面结构影响的修正 等效温度计算方法 TTgi T(z,t)ini 1bi & E1bi Npfi=f(1bi, E1bi) ) 不均匀模量等效处理 Dpf=(ni/ Npfi) Tpef 疲劳损伤等效 Miner叠加原理 BN =3.94.3 = 4.0 常应变控制时,CN=1.6 常应力控制时,CN=1.15 温度分布对沥青层疲劳寿命影响 标准疲劳等效温度 h1=0.18m,20=40,=0.02 30个地区： 近似差标准差 ： 0.35(应变加载模式) 0.44(应力加载模式) 应变控制模式 应力控制模
14、式 热敏系数影响的修正 沥青层厚度影响 h=( h1-0.18)/0.18 沥青层与地基模量比影响 5 基层疲劳等效温度 等效温度计算方法 温度分布对基层疲劳寿命的影响 基层标准疲劳等效温度 材料参数影响的修正 基层材料疲劳指数 面层材料热敏系数 路面结构影响的修正 面层厚度 面层与地基模量比 基层刚度 等效温度计算方法 基层疲劳指数m，一般变化在816， 基层材料愈刚则m值愈大， 二灰碎石的m值约为10， 水泥稳定碎石的m值在12左右， 贫混凝土的m值接近16。 温度分布对基层疲劳寿命的影响 基层标准疲劳等效温度 残差的标准差为0.63， 基层标准工作状态为 h1=0.18m、20=40、2
15、0 =1.8、h2=0.3m、=0.02、m=12， 面层与基层层间连续 基层与地基之间层间光滑。 基层材料疲劳指数 面层材料热敏系数 面层厚度 面层与地基模量比 基层刚度 6 车辙等效温度 车辙等效温度计算方法 温度分布对车辙寿命的影响 标准车辙等效温度计算 面层材料热敏系数的修正 路面结构影响的修正 面层厚度 面层与地基模量比 基层刚度 车辙等效温度计算方法 r为回归系数，一般在0.30.5之间，取0.4 温度分布对车辙寿命的影响 标准车辙等效温度 标准状态: 两层路面结构，面层与地基之间层间光滑， h1=0.18m、20=40、=0.02。 残差的标准差均为0.55 面层材料热敏系数的修正 面层厚度 面层与地基模量比 基层刚度 半刚性或刚性基层 的车辙等效温度比柔 性基层车辙等效温度 低1左右， 基层刚度半径的影 响很小。 三类标准等效温度的比较 7 展 望
