冬季条件下路面结构温度场有限元分析

冬季低温、降雨和降雪等作用致使我国北方地区路面结冰而影响交通安全,因而路面结构温度场是冬季路面融冰、融雪的重要依据.首先通过室内试验验证了数值模拟方法的可靠性并标定了相关参数;然后以西安市某道路为例,在分析该地区冬季气温特点和规律的基础上,考虑昼夜温差为8、12、16℃以及覆冰化冰状态四种工况,应用有限元软件COMSOL分析计算不同工况下路面结构温度场的时空演化规律.研究结果表明:道路表面温度受气温变化影响较大,其日温变化规律基本与日气温变化规律相同,但路面结构的温度变化存在滞后效应,且随深度增加滞后现象愈明显,三种昼夜温差下道路表面温度变幅都为气温变幅的63%左右;道路表面覆冰化冰时,其表面总换热系数增大,使得路面温度场随气温变化的幅度和敏感度变大.该研究成果为道路的冬季维护、运行和交通管理提供参考.