[發明專利]地下道路復合式路面溫度場模型建立方法

有效

• 申請號: 201310004408.1
• 申請日: 2013-01-07
• 公開（公告）號: CN103031801A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 王海燕;王曉華;甄曦;邢錦;張彩利;婁中波;鄭利;趙巍
• 申請（專利權）人: 天津市市政工程設計研究院
• 主分類號: E01C23/01
• 分類號: E01C23/01;G06F17/50
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

技術領域

本發明涉及地下道路復合式路面溫度對使用性能影響的評估技術領域，具體講，涉及地下道路復合式路面溫度場模型建立方法。

背景技術

為保證地下道路復合式路面良好的使用品質及足夠的耐久性，必須對地下道路復合式路面的環境條件進行詳細調查、分析和研究。地下道路路面結構的環境條件主要包括地下道路內的溫度、濕度等狀況，其中溫度狀況對地下道路路面結構影響較大，故本章主要研究地下道路復合式路面結構的溫度條件。眾所周知，地下道路內具有良好的保溫性能，受外界環境溫度變化的影響比較小。因此，地下道路路面受溫度影響破壞的可能性相對于地表道路而言要少得多，但這只是一種定性的分析，具體地下道路路面結構處在一個什么樣的溫度場中，地下道路路面結構沿深度方向的溫度變化如何便不得而知，與此相關的研究鮮有報道。

國內外許多學者利用統計分析和理論分析的方法對地下道路以外的路面溫度場進行了大量的分析研究工作，但關于地下道路內的路面溫度狀況方面的研究鮮有報道。本文在對地下道路路面溫度場研究過程中，主要還是借鑒地表道路路面溫度場的研究方法[81]，主要包括以下3種：統計分析法、理論法和數值模擬方法。

統計分析方法是在實測路面溫度基礎上，結合氣象資料，用概率統計方法加以處理而建立路面溫度同當地氣溫、太陽輻射等環境氣象要素之間的定量關系或者直接將實測的有關溫度數據用于路面結構設計。該方法的優點在于計算方法簡單，推算精度高，缺點是需要投入大量人力、物力進行長時間的觀測統計，并且其結論具有一定的地域性和季節性，適應性相對較差。但對于某個地區來講，仍然是一種可行、有效的近似方法^[81,131]。

理論和半理論分析法是一種根據氣象資料和路面材料的熱特性參數，應用傳熱學原理、相關假設以及邊界條件對路面溫度解析表達式進行求解的一種方法。它的缺點是路面溫度場的解析表達式過于復雜，求解時假設條件多，數值計算過于繁瑣，在很大程度上限制了它在實際工程上的應用，并且該方法同樣需要大量的氣象資料和路面材料熱特性參數，該方法的優點是具有較強的適應性，不受地域以及路面材料和類型的限制^[132,133]。

數值模擬法，即以氣候和傳熱學基本理論為基礎，采用有限元方法，建立符合實際的數學模型來得到近似解，即數值解。該方法概念清晰，計算方便，隨著計算機技術的飛速發展在溫度場的研究中逐步得到了應用。

由外界環境因素引起的路面溫度場的變化非常復雜，是一個隨時間變化的瞬態傳熱問題。求解此類問題最有效方法是有限元法，用有限元法求解溫度場及溫度應力己廣泛應用于道路工程。

發明內容

本發明旨在克服現有技術的不足，研究預測路面任意時刻、任意位置溫度的方法，更好的指導地下道路路面結構與材料設計。為達到上述目的，本發明采取的技術方案是，地下道路復合式路面溫度場模型建立方法，包括如下步驟：

對地下道路復合式路面溫度場進行實測；

地下道路復合式路面溫度場傳熱學理論分析：

空氣對流換熱：

地下道路內任意時刻空氣與路表的對流換熱可以用牛頓冷卻方程來描述，即用式3.1來表示：

q_h＝h(T_a-T_p)????????????(3.1)

式中：q_h——空氣與路表的對流換熱；

h——路表放熱系數；

T_a——地下道路內空氣溫度；

T_p——地下道路內路表溫度。

路表放熱系數h指的是：當氣流與路表之間的溫度為1℃時，在單位時間內通過單位面積的熱量，其單位是KJ/m²h℃或kcal/m²h℃；

空氣輻射換熱

地下道路內空氣輻射換熱q_ap與大氣長波輻射q_a和路表長波輻射q_p之間的關系見式3.2：

q_ap＝a_cq_a-q_p＝a_cε_aσ_bT_ak⁴-ε_pσ_bT_pk⁴?????????（3.2）