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融冰雪路面和桥面热力耦合损伤分析及优化设计
| 论文题名： | 融冰雪路面和桥面热力耦合损伤分析及优化设计 |
| 关键词： | 融冰雪路面;融冰雪桥面;电加热;热力耦合损伤 |
| 摘要： | 采用电加热融冰雪路面、桥面，相比于其他的融冰雪方式具有融冰雪效率高、能源可靠、简单便利等优势，应用前景良好。近些年来，以欧美及日本为首的多国学者对路面、桥面融雪化冰传热模型、数值模拟计算都进行了大量研究，并对相关试验示范工程也进行了铺筑和一定程度的应用，但对于加热融冰雪产生的温度损伤研究的极少，此类研究的不足势必导致路面破坏形式增多，极易出现道路早期病害，缩短路面使用寿命，对交通行为的正常运行带来极大的挑战。 本课题的研究结合实体工程的具体情况，针对融冰雪道路、桥面结构的不同，分别建立有限元模型，分析多因素影响行为和规律，并对其结构进行优化设计，力求达到融冰雪效果和结构损伤的最优。主要工作如下: (1)分析了融冰雪路面、桥面的工作机理，将融冰雪路面、桥面的工作过程分为两个阶段:传热分析和损伤计算。同时分析传热学的基本理论及混凝土本构关系的推导过程，并以此为基础得到了融冰雪路面、桥面热力耦合损伤有限元模型的建立方法。 (2)建立了融冰雪路面热力耦合损伤有限元模型。对比分析了得出温度荷载是导致融冰雪路面损伤的主要因素。分析了融冰雪路面结构和外部条件的五个因素对于损伤的影响，提出了融冰雪路面损伤与五个因素的关系式，并通过升温对关系式进行简化，得到了升温与损伤的关系式及累积损伤预估模型。 (3)在室内成型融冰雪路面小足尺板，并分析了小足尺板的热力学性能。融冰雪路面表面温度分布呈现“此起彼伏”的波浪。融冰雪路面应变与测试点距发热电管的距离相关，且随测试点距发热电管距离的增大而减小，其最大值出现在与发热电管接触处，但与发热电管埋置深度无关。 (4)建立了融冰雪桥面热力耦合损伤有限元模型。分析导热层厚度和电缆间距对融冰雪桥面的影响。并提出了一种基于表面温度和损伤的融冰雪桥面结构优化方法。优化结果为:导热层最佳厚度为0.5cm，发热电缆最佳间距为6cm。 (5)依托阜阳至新蔡高速公路安徽段桥梁实体工程，铺筑完成融冰雪桥面。融冰雪桥面表面温度随加热时间的增大而增大，其升温过程主要包括三个阶段:中间低，四周高;均匀分布;中心高，四周低。融冰雪桥面应变随加热时间的增大而增大，并且靠近中心的应变最大。 |
| 作者： | 谢泓州 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 刘凯 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 合肥工业大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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