[发明专利]不同季节沥青路面层间热阻分布状况分析方法

说明书

本发明提供的是一种不同季节沥青路面层间热阻分布状况分析方法，属于沥青路面技术领域。解决目前对于不同季节沥青路面结构层间热阻分布研究中建模无法显示路面颗粒特性、建模单元单一、不能改变集料接触几何特性等问题。本发明采用离散元软件生成沥青路面各层结构；然后，设置相应的边界条件、路面结构层内材料的热物性参数、单元颗粒间的接触，建立沥青路面结构离散元模型；最后，模拟不同季节路面的太阳辐射，加热沥青路面，在沥青路面结构的上表面设置热源，沿竖向传导热量，直至整个结构中热量传递完成，记录路面各结构层间测点的温度信息，绘制不同季节的结构层内温度比较图，分析不同季节沥青路面结构层间热阻分布状况。

技术领域

本发明是不同季节沥青路面层间热阻分布状况分析方法，属于沥青路面技术领域。

背景技术

近年来，沥青路面的作为我国公路的主要形式，是公路交通运输中的主要承担者。但是从使用效果上来看，很多沥青路面很早的出现了病害问题，诸如裂缝、车辙、拥包等等。调查研究表明，沥青路面病害的出现是有因可循的，在现行的弹性层状体系的沥青路面设计理念中，非常重视路面结构的力学参数，但是路面是暴露于环境中的结构物，除了车辆荷载之外，还需要关注环境因素对路面结构的损害。长期的观测显示，沥青路面在不同季节的损害各有不同，这是源于季节之间存在的差异，而四季之间给人最明显的感受就是温度不同。沥青材料有很强的温度敏感性，其本身对太阳辐射的吸收率达到0.8～0.95，容易大量吸收热量，加之沥青混合料的导热系数相对较低，在吸收大量热能后，会在路面内部形成热量积聚，最终形成热阻。基于沥青材料的高温性能问题，热阻的存在易导致沥青路面路用性能的降低，因此，对于不同季节沥青路面的热阻分布研究得到很多关注。

不同季节对应的环境情况也各不相同，不同的气温、太阳辐射、雨雪状况等等都会对路面结构产生不同的影响。基于季节对路面的影响状况，AASHTO中将全年分为不利季节(春季)、有利季节(冬季)、较有利季节(夏秋)，在进行路面设计时，对于路面材料参数的选取也需要考虑到季节因素修正。因此，在沥青路面的使用过程中，沥青层间热阻的分布状况也会因季节而异，使得不同季节中的路面内部材料处于不同的温度环境，进而影响到层间材料的力学性能。当前对于沥青路面层间结构的热阻分布研究很多都是注重于夏季高温环境的分析，这显然是基于沥青材料的高温稳定性考虑，但是不可忽视的是，在其他季节也存在温度引起的病害问题，这就需要对各个不同季节的沥青路面热阻分布有清楚的认识。

由于沥青路面的组成成分复杂，各个结构层的厚度、材料组、配合比都不尽相同，组成的复合结构热物性能也难以测定。当前对于沥青路面层间结构的热阻分布的研究主要是通过建立相应的路面结构温度场，间接分析结构层间的热阻问题，目前一般使用以下三种方法：

第一种是理论分析法，依据边界条件以及传热学基本原理的假设，引入结构层热物性参数、气象资料、结构特征和时间等参数，建立路面温度场模型的表达式。这种采用理论公式建立路面温度场模型来评判结构层的热阻性能的方法，掺有很多假设条件，表达式也非常复杂，计算量巨大以及引入参数的不确定性，都会影响计算结果的合理性。

第二种是统计回归分析法，通过埋设温度传感器，得到实测数据，采用概率统计的方法建立回归模型，通过模型分析沥青路面结构层间的热阻特性。这种方法需要大量数据支撑，且结果也具有很大的局限性，常常只适用于一地的环境状况。

第三种是有限元数值模拟分析法，这也是当前使用最为广泛的一种方法。考虑气温和太阳辐射的因素，并假设水平方向上不存在温度梯度，建立有限元数值模型。但有限元方法有其局限的地方，就是将沥青路面结构当做连续的匀质材料，这与实际的沥青路面情况是有出入的，难以真实地表达在复杂情况下路面内部的热量变化情况，所以有限元模拟的结果是不够准确的。