镇江地区沥青路面温度特征值分析

镇江地区沥青路面温度特征值 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 总第242期2010年第5期交通科技 TransportationScience&Technology SerialNo.242 No.5()ct.20l0 镇江地区沥青路面温度特征值分析 钱晨 (同济大学交通运输工程学院上海201804) 摘要沥青混合料是一种对温度非常敏感的材料,研究其温度特征值对建立温度预估模型和 路 面设计都有重要意义.文中通过记录镇江地区沥青路面面层2007—12,2008一ll全年路面 温度变 化数据,讨论了日路面温度随深度变化的规律,分析了正矩,负矩和热通量等特征值,得到正 负矩 的变化规律相同,春季路面温度变化幅度最大并且热传递速率最高,以及热通量变化规律等 结论. 关键词沥青路面温度正负矩热通量 沥青混合料是一种对温度非常敏感的材料, 其力学性能随温度的变化差异很大.车辙类高温 变形和温度收缩开裂这2种沥青路面常见的病害 产生的主要原因正是由于沥青的感温性特点D-2]. 因此,深入了解沥青路面温度场的分布特性和变 化规律具有重要的理论和现实意义. 1数据来源与处理方法 1.1数据采集 如图1所示,在2Ocm面层中共布置5个传 感器,深度分别为O,3.1,7.6,12.6,19.6cm,数 据采集频率为每15min采集1次,即每天共96 个数据.采集时间从2008年12月1日开始(冬 季),至2009年11月30日止. 蹄 【,己m 一 3.1cnl 20cm沥青溉凝上层 ..........——7.6Clll 一一16rm 1J?bcm 图1传感器布置示意图 1.2处理方法 采用统计方法,对镇江地区全年的路表温度 进行处理分析,针对路表温度日变化情况,对路面 温度正矩,负矩分布以及路面热通量变化等特征 指标进行分析. 1.2.1日变化情况 本文从不同的天气状况和不同的季节2个方 收稿FJ期:2010—04—09 面就路面温度日变化的情况进行分析. 1.2.2路面温度日正矩,负矩分布 路面温度收缩开裂是沥青路面破坏的主要形 式之一,路面温度日正矩和负矩[见式(】)]反映的 是每天路面温度变化的幅度,是建立路面温度预 估模型的基础.一般而言,晴天路表温度变化的 幅度要大于阴雨天,本文考虑最不利因素,将晴天 数据提取出来进行详细分析. 正矩一J日路面最高温度一日路面平均温度J 负矩=1日路面最低温度一日路面平均温度{ (1) 式中所取的温度值均为深度为0cm的传感器所 测数值. 1.2.3沥青路面热通量的计算 沥青路面吸热或者散热的速率直接关系到路 面的稳定性,通过计算路面面层与大气之间的热 通量,来分析面层吸热或者散热的速率.为了计 算面层中的热通量,采用由苏联皿?J1?拉伊哈 特曼提出,r?X?采金改进的计算式l_3: Iqd—cI[(z,2)一O(z,t1)]7()dz—J1J0 EO(H,)一O(h(2) rl当0??h 式中:’一{旦二当h??H叮为热HhI一 一 , 流密度,W/m;a为导温系数(热扩散率),rn./s; c为容积热容量,J/(rn??),为导热系数 X[W/(m?oC)]与导温系数a的比值,即一 /n因为数据的测量厚度内均为沥青混合料,故 54钱晨:镇江地区沥青路面温度特征值分析2010年第5期 取n一6.67×10122/S,C一1.501×10. J/(m.??),忽略沥青混合料中湿度变化带来的 影响;O(z,,)为深度为,时间为t时的温度值;H 为计算面层的总厚度,根据本文传感器布置取值 H一0.196m;h为计算面层的一半层高,根据本 文传感器布置取值h一0.07612”1. 结合镇江数据资料,每30min计算一次热通 量q的值(即每天共48个值).q若为正值,则表 示热量传递方向由大气传向地面,若为负值则热 量由地面传向大气. 2结果与分析 2.1日变化情况分析 图2和图3分别为典型晴天和典型阴雨天路 面不JJ:IJJ:lJ_12J:lj【I 时刻 图3典型阴雨天路面温度变化图 通过对比图2和图3可以看出,晴天时沥青 路面温度的变化大致呈简谐波状,随着深度的增 加,温度曲线的振幅逐渐减小,而峰值出现的时间 逐渐向后推移](见图2).但在阴雨天气下,以 上特征均不成立.由于降雨,图3中路面0Cl”n的 温度全天都小于19.6crD_的温度,且深度超过1O cm后的温度曲线呈单向下降状态. 2.2路面温度日正矩,负矩分析 根据公式(1)对镇江全年路面温度数据进行 计算,得出每个月正负矩的均值,极大值和极小值 以及标准差并将月平均正负矩的变化情况绘制成 图(见图4). 通过对图4及当地气候特征分析,可以得出 以下结论: (1)正负矩全年的变化趋势相同,即当正矩 值增加时负矩值也增加,当正矩值减小时负矩值 同样也减小.5月份正负矩平均值均达到全年的 最高点,且标准差分别仅为0.94?和1.38?,由 U 皿』 暖 l212:{d56789l0ll JJ份 图4月平均正负矩对比 此推断,路表温度变化幅度最大的月份是5月;同 理,1月份的正负矩平均值为全年最小,推断 1月份路表温度变化幅度最小. (2)图4中正负矩曲线在6月份时有明显向 下的突变,6月份正矩均值为12.68?,明显低于 5月份的l6.56?和7月份的l5.06?,负矩也 有相同的规律.结合当地气候特征,镇江6月进 入梅雨季,由于连续降雨,路面温度变化幅度相对 降低,因此产生了数值上的变化L5]. (3)正负矩的数值大小与季节变化相关.冬 季气温很低,白天太阳辐射量较小,正矩和负矩值 在全年中也较低;春季气温不断升高,昼夜温差很 大,正负矩值在全年中也是最大的;夏季镇江持续 高温,白天太阳辐射量大,夜晚散热量也大,因此 正负矩值也较大;秋季逐渐降温,正负矩值也不断 下降.比较四季的正负矩数值:春>夏>秋>冬. (4)同一天的正矩值大于负矩值,这是因为 一 天中白天太阳辐射使路表温度升高很快,高温 峰值大大高于全天平均温度,而夜晚降温速率相 比白天升温则要缓慢很多,低温峰值不是很明显, 因此晴天时每天的正矩值都大于负矩值. 2.3沥青路面日通量分析 根据式(2)计算出沥青路面日热通量的瞬时 值,并按不同季节取平均值,得出热通量季节变化 对比图,见图5. l20 ln8(】 毫口(‘ ;0 一 40 — 8(J — l2(} 图5热通量季节变化对比 由图5曲线既可以看出热通量的日变化规 律,又能够比较四季热通量变化的不同.具体结 论如下: (1)热通量变化规律与太阳的活动规律基本 相一致,即白天热通量为正值,夜晚热通量为 2010年第5期钱晨:镇江地区沥青路面温度特征值分析 负值. (2)每天的热通量有两个零点.第一个零点 大致出现在06:00~08:O0之间,第二个零点出现 在15:O0,16:O0之间.由图5可以看出,零点出 现的位置与季节变化相关,由于日照时间长,早晨 热通量的零点位置出现较早而傍晚零点位置出现 较晚,冬季正好相反. (3)日热通量最大值通常出现在l1:OO, 12:O0之间,较每天气温峰值出现的时间早;而最 小值通常在傍晚17:OO,19:O0之间.从四季的 峰值看,春>夏>秋>冬,这说明春季路面与大气 之间的热交换量最大,冬季最小,这也从侧面证明 了春季路表温度变化幅度最大. 3结语 (1)沥青路面日温度呈周期性变化,在典型 晴天条件下,路面结构内温度日振幅随深度递减, 日最大,最小温度出现时刻随深度滞后;但此规律 在阴雨天不适用. (2)正矩和负矩全年的变化趋势相同,其数 值大小与季节相关,四季的数值比较为:春>夏> 秋>冬;同1d中正矩值大于负矩值;梅雨季期间 正负矩值相对较小. (3)沥青路面日热通量变化规律与日照相 关,一天之中热通量有2个零点.第一个零点大 致在理论日出时间之后2h出现,第二个零点出 现在日落之前1.5h.对于沥青路面日能量的年 变化特征为:春季路面与大气之间的热交换峰值 最大,冬季最小. 需要指出的是:本文仅就镇江地区的沥青路 面温度特征值作了详细分析,在推导路面结构的 日能量时,沥青路面面层导温系数a值按固定值 简化处理.如果要在其他地区进一步推广,还需 要进行大量的数据分析和验证. 参考文献 Eli郑健龙,周志刚,张起森.沥青路面抗裂设计理论与 方法[M].北京:人民交通出版社,2003. [23姚祖康.道路路基和路面工程[M].上海:同济大学 出版社,1994. E3]翁笃呜.小气候和农田小气候[M].北京:农业出版 社,1981. E4]康海贵,郑元勋,蔡迎春,等.实测沥青路面温度场 分布规律的回归分析[J].中国公路学报.2007,2O (6):l3—18. [53李超,刘厚通,迟如利,等.草地下垫研地表温度 与近地面气温的对比研究[J].光学技术.2009.35 (4):635—639. AnalysisofCharacteristicValueofTemperatureof AsphaltPavementinZhenjiangArea QianChen (TongjiUniversity,Shanghai201804,China) Abstract:Asphaltmixtureisaverysensitivematerialonthetemperature,theresearchabouttheteIil-- peraturecharactersofasphaltmixtureisveryimportantinmodelingtemperaturepredictionandpave mentdesign:Inthispaper,withtemperaturevariationdataofasphaltpavementinZhenjiangarea,we discussedaboutthepavementtemperaturevariationaccordingtothedepth,mainlyanalyzedthechar, acteristicvalueofpositivetemperatureamplitude,negativetemperatureampliludeandheatflux.Fbe analysisshowsthevariationofpavementtemperatureandtherateofheattransferbecomethemostin spring,andwealsoobtainedtheconclusionthatithasthesameregularbetweenpositivetemperattire amplitudeandnegativetemperatureamplitudeandtheevolutionofheatfluxandSOon. Keywords:asphaltpavement;temperature;positivetemperatureamplitudeandnegativetemperature amplitude;heatflux