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碳纤维发热电缆-玻纤格栅沥青混凝土力学性能研究
| 论文题名： | 碳纤维发热电缆-玻纤格栅沥青混凝土力学性能研究 |
| 关键词： | 路面除冰雪;碳纤维发热电缆;玻纤格栅;抗裂性能;车辙深度 |
| 摘要： | 碳纤维发热电缆用于已成为国内外学者研究的热点，然而关于沥青路面中埋置碳纤维发热电缆后对路面力学性能影响的报道相对匮乏。为提高碳纤维发热电缆沥青路面的力学性能，本文提出将发热电缆与玻纤格栅组合应用，对不同结构的沥青混凝土进行半圆弯拉抗裂试验，并建立路面结构模型，对在电缆未加热和加热两种情况下，从不同角度分析路面的车辙深度，提出最优组合方案。本文主要工作如下： （1）通过半圆弯拉试验，利用数字图像技术，分析碳纤维发热电缆-玻纤格栅组合结构对沥青混凝土抗裂性能的影响，并建立数值模型对格栅不同层数的情况进行讨论。结果表明，碳纤维发热电缆使沥青混凝土抗裂性能降低了约 10％，而玻纤格栅的加入提高了混凝土抗裂性能，玻纤格栅的网格结构与周围混凝土形成机械嵌锁，有效约束混凝土变形。随着玻纤格栅层数增加，结构最大承载力逐渐增大，裂缝尖端处应力集中现象改善的越明显。 （2）建立沥青路面结构模型，研究在-5℃环境温度中，不同工况下的路面车辙。结果表明，加入电缆对路面起到加筋作用，车辙深度比未加入电缆的混凝土小。其中，车辙深度随电缆间距和电缆埋深的增加而逐渐增大，考虑到施工难易程度和路面整体变形的情况，选择发热电缆间距为150mm，埋深5cm的工况。与未加筋和仅加入电缆的结构相比，加入玻纤格栅后路表竖向位移平均值减少了约29％，最大主拉应力减少了约59％，最大主压应力减少了约42％，最大剪应力减少了约73％。路面温度较低情况下，改变行车速度对车辙深度几乎没有影响。 （3）在路面结构模型中加入碳纤维发热电缆升温的情况，从不同角度分析路面表面温度分布及车辙位移。结果表明，发热电缆间距越小、埋深越浅，电缆升温效果越好。电缆加热后的车辙深度高于未加热的情况，路面车辙深度随发热电缆间距和埋深的增加而逐渐减小，综合施工难易程度、路面表面温度及对沥青力学性能的影响，发热电缆最佳间距为150mm，埋深5cm。与未加筋和仅加入电缆的结构相比，加入玻纤格栅后的竖向位移值降低了约 30％，同时电缆周围的沥青混凝土竖向位移随温度升高几乎保持不变。重载对加热路面影响较大，而改变行车速度对加热路面几乎没有影响。 |
| 作者： | 冀晨宇 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 赵亚军;毕文雄 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 河北工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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