半刚性基层沥青路面结构温度场分析

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1、⋯⋯一s◎半刚性基层沥青路面结构温度场分析元松，熊军。(1上海市市政规划设计研究院，上海200031；2天津市市政工程设计研究院，天津410076)摘要：关于沥青路面温度场分析研究众多，但由于理论形式过于复杂，至今实际应用较少。假定路面结构为均质半无限体，采用正弦函数形式表征路表温度变化，推导简化了日变化与年变化条件下沥青面层与半刚性基层平均温度和变温振幅的计算公式；并给出了相位差的回归公式，为计算半刚性基层沥青路面结构温度应力、分析半刚性基层沥青路面结构的温缩机理提供了方便。关键词i道路工程；温度场；变温振幅；相位差0引言1温度状况的理论预估模型袒露在地表的沥青混凝

2、土路面表面，与周围大气由大气进入路面表面的热流，向路面结构的深处不问断地进行着热交换。由太阳直接照射到路表的直传导，对于长度和宽度方向均较结构层厚度大的路面接辐射和大气介质从各个方向投射到路表的散辐射组结构来说，可以近似地假设为仅向深处的一维热传导。成的太阳总辐射，一部分被路表反射到大气，余下部分由于路面各结构层材料的导热性能差别不大，因而可则被路面吸收而增加其温度。大气对路表和路表对大近似地将路面结构简化为均质半无限体]。气发出的长波辐射构成了有效辐射，它使路表释放部按上述假设，路面结构的温度场可由均质半无限分热量。同时，大气介质与路表的温度差异会引起对体的一维热传

3、导偏微分方程确定：aT(，)aT(z，)，、流形式的热交换。在大气辐射和对流的影响下，进出—一—一¨J路表的热量，通过路面介质的热传导作用，沿深度方向式中：z为深度，m，以下同；t为时间，h，以下同；T(，向下传递，使路面不同深度处的温度发生变化。辐射f)为距路表深度为z时刻为t的温度，℃；珩为导温系热和气温的Ft变化和年变化，通过热交换和热传导，使数，rn。／h。得路面内不同深度处的温度也相应地在发生日变化和年变化。一(2)对于沥青路面温度场理论分析，国内外研究工式中：为路面材料的导热系数，W／m·℃；p。为路面作者已进行了大量的研究，如Thomlison_]]、B

4、ar—材料的密度，kg／m。；S为路面材料的比ber[、严作人_3]、吴赣昌l4等。这些研究有的已经初热，KJ／kg·℃。步运用到路面结构分析当中，有的由于理论形式太路表温度丁的变化规律与公路所在地的气温变复杂，至今实际应用较少。本文正是在前人研究成化规律相近，在一般的工程精度要求时，路表温度丁果的基础上，将路面结构简化为均质半无限体，采用可近似表示为_6正弦函数形式表征路表温度变化，推导简化了日变T—+sin(z+,dt)+sin(wt)(3)化与年变化条件下沥青面层与半刚性基层平均温度和变温振幅的计算公式；并给出了相位差的回归公式中：T为路表的年平均温度，。C；T

5、为路表Ft平均温式。最后以哈尔滨、上海、广州三地1980年地温资度的年较差(年振幅)，在20～50℃之问；T为路表温度的日较差(日振幅)，在5～20℃之间；∞，为年频料为参考，给出了日(年)最低平均温度和日(年)最率和日频率，分别为7．17×10一、0．262h。大较差，并计算了三地区不同结构厚度下面层和基利用路表温度边界条件代入热传导方程，可求解层最大降温幅度。得到不同深度处的温度场。T—T+Pdsin(7A)t—Cd)收稿日期：2O12—07—19No．32012上冯么堍17◎一～—Ys表1沥青面层平均温度的日变温振幅Ad十lye一。sin(wt—Cz)(4)与面

6、层中间层日变温振幅A的对比当路面温度为正弦变化时，路面不同深度处的温变h1／m温振幅0．O80．120．160．2O度变化可以表示为平均A0．7520．6500．5620．486亍(，￡)=ATP一2Csin(wt-zC)(5)中间层A0．7440．642O．554O．478式中：∞为温度变化频率；△T为路表面温度变化的半相对误差／一1．026—1．2141．431～1．665表2沥青面层平均温度的年变温振幅A波幅；C为日变温C一√和年变温c与面层中间层年变温振幅A的对比●。-。●-●_。●。一／hl／m24×365r／T变温振幅0．080．120．160．20按照上

7、式，沥青面层和半刚性基层的平均温度变平均Ad0．9880．9820．9750．968化可表示为中间层A0．9850．9770．9700．962相对误差／一0．338—0．501—0．558—0．610一』ATe-2cEsin(叫一CE)dz』E一——————————一表3半刚性基层平均温度的日变温振幅与基层中间层日变温振幅的对比一些!)二生(6)面层厚度hl／m基层厚度0．080．120．160．20式中：h为沥青面层厚度，m，以下同；C为沥青面层Et平均Ad0．3210．2390．1780．132变温(或年变温)；h为半刚性基层厚度，ITI，以下同