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碳纤维发热线用于道路除冰雪的技术研究
| 论文题名： | 碳纤维发热线用于道路除冰雪的技术研究 |
| 关键词： | 道路除冰雪技术;碳纤维发热线;有限元模拟;温度应力 |
| 摘要： | 随着我国现代化建设的快速发展,高速公路、立交桥、城市高架桥等得到了大量兴建,人们对于道路交通的通行保障要求也越来越高。但在我国北方地区,冬季气温低,冰雪天气相对较多,路面积雪、结冰现象普遍,严重影响了车辆的正常运行,给国民经济和人民生活造成较大影响。目前我国北方大部分省份采用道路融雪剂进行除冰雪,虽然这种方式除雪成本低廉且直接有效,但随着时间的发展普遍认识到,融雪剂等材料会造成路面剥蚀破坏、钢筋腐蚀、排水管道腐蚀和土壤生态环境破坏,并有反结冰现象。 针对化学除冰雪带来的一系列环境问题,电热除冰雪技术因具有快捷、环保的特点而在道路工程中得到日益重视。本文采用碳纤维发热线通电后作为热源,用于水泥混凝土路面除冰雪。通过室内升温试验研究了发热线的埋深、间距、输入电流、环境温度以及上覆层材料等对混凝土试件升温效果的影响,确定了碳纤维发热线布设参数;基于热分析理论建立了 Ansys热分析模型,通过对室内试验实测值进行有限元计算,确定了混凝土的热性能参数;对不同环境条件下的混凝土路面融雪时间进行了有限元计算,结果表明采用该技术可以满足一定条件下的路面除冰雪要求。 通过利用有限元对混凝土板融雪过程中的温度应力进行计算,确定了混凝土板在持续加热过程中,同时满足荷载和温度应力的综合作用下路面板不产生极限断裂,以及6小时内除雪要求的条件下,不同环境中碳纤维发热线的合理输入电流。 基于室内升温试验分析结果,最终选择发热线的埋深为3cm,布设间距为10cm,混凝土板的铺装功率为487.5W/m2,混凝土材料为普通混凝土,用于试验路的铺筑。通过铺筑试验路对施工工艺以及经济性进行了研究,并对升温效果进行了验证。 |
| 作者： | 杨飞 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 武建民 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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