沥青路面温度场有限元数值分析

樊友川武汉经济技术开发区（WEDZ）城乡建设局建设工程服务中心（430056）



沥青路面温度场有限元数值分析

樊友川
武汉经济技术开发区（WEDZ）城乡建设局建设工程服务中心（430056）

摘要：通过有限元热传导基本方法，选取相应典型的计算模型参数，得出了沥青道路结构体沿路面深度方向的温度分布情况，并总结了其规律。

关键词：沥青路面；温度场；有限元分析

路面建成投入使用以后，就经受着自然界温度变化的影响。许多国家也对沥青路面和水泥路面的温度分布状况及其引起的温度应力导致的路面开裂进行了大量试验研究。我国主要采用半刚性基层沥青路面结构，不同的温度对路面结构的影响各异，因此需要根据不同的道路使用情况，确定作用于其上的温度分布场，从而为道路结构受力性能的准确评估提供依据。

1　分析方法

路面结构与外部热的传递过程，遵循能量守恒定律，即热力学第一定律。温度场的分析包括稳态传热和瞬态传热两大类。计算路面结构的温度场时，应采用稳态热传递的计算结果作为温度场计算的初始条件，但初始温度场比较难确定，初始温度场设为路面结构零应力状态时温度分布情况［1］。

这里采用ABAQUS软件进行热分析，通常由稳态热分析确定瞬态热分析的初始温度分布，用瞬态热分析计算出的温度场作为热荷载进行温度应力分析。

2　分析模型

对层状体系道路结构温度场热分析模型，作出如下基本假设［2］：1）各结构层为均匀、连续的各向同性体。2）不考虑路面结构温度场的横向分布，忽略阴面和阳面的温度差异。3）计算面层与基层之间的接触热阻。4）忽略各层材料的导热系数受温度变化的影响。

沥青层上面层厚为4 cm、下面层厚为6 cm，半刚性基层和底基层厚度各为30 cm，平均风速2.8 m/s，太阳日辐射量2.7×107 mol/d·m2，实际有效日照时数为11 h。其他热力学参数见表1。

由于温度梯度一般出现在温度较高的夏季，考虑到与车辆荷载效应的叠加，因此以夏季某日典型高温气候及冬季某日典型低温气候参数分析路面的温度分布。分析中所用的大气温度条件为：夏季最高气温为38.5℃，对应当天最低气温为29℃；冬季最高气温为5℃，最低气温为-2℃。

表1　路面温度场热力学参数

3　分析结果

路面结构初始温度场取为25℃，采用大型有限元软件ABAQUS对有限元热传导基本方法进行计算，分析路面结构体沿路面深度方向的温度分布规律，路面结构不同时刻温度分布如图1。持续低温路面结构温度如图2所示。

图1　高温沿路面分布规律（整体）（局部）

图2　低温状态不同时刻面层温度沿深度分布规律

4　分析总结

路面结构内温度随路表太阳辐射及气温变化

而发生周期性变化，沥青材料力学性能参数的变化及路面结构层温度应力分布宜发生变化。

参考文献：

［1］秦健，孙立军.沥青路面温度场的分布规律［J］.公路交通科技，2006，23（8）：18- 21.

［2］单景松，郭忠印.沥青路面温度场的预估方法［J］.江苏大学学报，2013，34（5）：594- 604.