路面温度场与沥青面层当量温度6.25课件

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宁波站宁波市鄞州区气象局2009.5.10~2010.5.31

大同站

大同市气象局

2009.7.10~2010.7.4哈密站哈(密)-喀(什)公路2009.10.15~2010.4.5齐齐哈尔站齐齐哈尔至泰来公路镇溧站江苏镇(江)-溧(阳)高速公路2007.9.18~2009.2.10济莱站山东济(南)-莱(州)高速公路2006.3.20~2007.7.10

镇溧站济莱站哈

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分钟数据)气温、风速(10分钟数据)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αs0.88~0.950.56~0.68反演λ(W·m-1·K-1)0.9~1.11.2~1.4反演a1(m2/h)0.0024~0.00280.0026~0.0032反演εp0.80~0.900.70~0.78反演εa0.76~0.92反演Bc

9.55+3.5v+0.035ΔT参考其它文献aa0.82固定

v为风速m/s；ΔT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：ΔT1表征太阳辐射的影响；

ΔT2表征路表与天空相互辐射的影响；

ΔT3表征路面结构层内热状况的影响。

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温度日较差

日平均温度

路面结构的日温度极值

镇溧高速济莱高速ThTlThTlAv.ST.Av.ST.Av.ST.Av.ST.550.491.140.081.2570-0.171.050.311.011000.341.160.071.54130-0.101.44-0.481.271500.270.880.191.021900.011.05-0.590.972200.371.080.281.412600.031.30-0.451.143400.361.180.411.443400.261.43-0.431.34沥青罩面下水泥混凝土路面的温度梯度沥青罩面厚度h/cm2468101214161820ξ1.130.960.820.700.590.510.430.370.310.274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时刻ts.c降温速率参数βc

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2cm11cm22cm2cm6cm12cmAv.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0.181.190.231.240.130.16-0.261.13-1.331.190.401.215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0.64°C温度年标准差之残差的标准差为0.87°C温度年均值之残差的标准差仅为0.22°C温度年标准差之残差的标准差为0.54°C全国沥青路面温度分布98个城市多年(1991~2000)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°C6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,面层弯曲中性轴下移量参数ψ

残差的标准差=7.1×10-6

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ξ

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ξ

层间光滑时，aξ=1.694、bξ=-2.089；层间连续时，aξ=1.557、bξ=-2.018。

ξ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改为等效均匀面层厚度坐标坐标转换是按弯曲刚度等效原则h/m0.160.24Tg/℃-65-30060130-55-2505011054.013.553.293.053.053.002.281.901.601.72406.625.965.534.984.69-1.10-1.61-1.82-1.73-1.121507.526.736.245.575.22-1.43-1.91-2.10-1.98-3.66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)0.16/0.20.24/0.15Tg/℃-65-30060130-55-250501105/0.50.71-0.58-0.94-1.37-1.084.232.511.600.820.9340/50.340.330.460.951.68-3.78-3.76-3.56-2.82-1.63150/104.163.793.633.513.56-1.82-2.55-2.12-1.83-1.053

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λ=E1/E0＞10时，当λ=E1/E0<10时，

弯沉当量模量

温度沿层厚线性分布中性轴下移系数ψ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

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μTTgiT(z,t)ini

ε1bi&E1bi

Npfi=f(ε1bi,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=3.9~4.3=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,λ20=40,α=0.0230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

应力控制模式热敏系数影响的修正

沥青层厚度影响θh=(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8~16，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、λ20=40、η20=1.8、h2=0.3m、α=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0.3~0.5之间，取0.4温度分布对车辙寿命的影响