基于水热式融雪技术桥面铺装温度场及力学研究-力学专业论文.docxVIP

Temperature Field and Mechanics Research of Bridge Deck Pavement based on the Snowmelt Technology with Hydrothermal Method A Dissertation Submitted for the Degree of Master Candidate：Feng Junjie Supervisor：Prof. Yin Guansheng Chang’an University， Xi’an， China 摘 要 长期以来，积雪结冰路（桥）面的行车安全问题受到广泛关注。各国交通部门研 究出多种方法以解决路（桥）面融雪问题，由于这些方法存在的一些缺陷（效率低、 费用高、极易破坏道路设施、耗能大、循环性较差），各国对具有发展前途、环保节 能和可循环利用等优点的水热式热融雪化冰技术更为关注。目前国内对该技术研究应 用尚处于起始阶段。本文针对桥面埋管内循环水的特点，对水热式融雪系统的埋管桥 面进行数值模拟，研究的内容主要有以下几个方面： 一、介绍了水热式融雪系统的组成，对桥面管网布设和埋管连接方式进行了分 析，研究了该系统输水主管道材质、埋管材质、埋管管径和管内流体须满足的条件。 利用传热学的基本理论，结合埋管桥面融雪系统，系统地分析了融雪过程中的热量传 递，定解条件以及对流系数的计算。 二、利用有限单元法建立三维热力模型，对埋管桥面铺装层温度场进行瞬态分 析，主要研究管间距、埋深、管内水温以及流速对融雪过程中铺装层温度分布、热流 密度以及融雪时间的影响，为公路埋管桥面融冰雪系统设计和施工提供参考。 三、由于加载温度荷载时埋管桥面不同于普通桥面，利用有限单元法建立桥面结 构模型，分析环境降温和埋管加热桥面时桥面铺装层和埋管的温度效应，从而提出合 理的埋管方案。 四、埋管桥面在环境降温、埋管加热桥面以及车载的共同作用下，铺装层的受力 情况不同于单个因素作用于桥面板，本文通过以上诸多因素的耦合对埋管桥面铺装层 作用的分析，研究不同工况下铺装层和埋管的力学响应。 关键词：水热式融雪，桥面铺装，有限单元法，温度分布，应力分析 本文获得陕西省自然科学基金项目（编号：2014JM1005）、陕西省交通厅交通科研项目（编号：13-16K）和中央 高校基本科研业务费专项资金项目(2014G2210003)资助。 I PAGE PAGE IV III III Abstract The problem of traffic safety on the snow icy road (bridge) has been paid more and more attention. A variety of methods were put forward by transportation scientific research department all over the world to solve this problem. However, due to the limitations of the methods, like low effieieney, high cost, easily destroyed of road, energy consurnption, and poor circulation. growing interest is concerned at the decelopment of the hydrothermal deicing and snow melting technology, which is more promising, green energy and recycling.Little work has been done on this problem nowadays in the domestic. In this paper, according to the characteristics of the circulating water of buried pipe, numerical simulation is performed on the buried pipe bridge deck of hydrothermal type snow melting system. The research is mainly concentrated at the following: Firstly, the composition of the hydrothermal snowmelt system was described and the pipe laying