相变控温混凝土场道的热力耦合行为研究

The pavement with high performance in melting snow and ice has attracted more attention of domestic and foreign experts, and mechanical performance of this auto-snowmelt pavement has been affected by the cycling action of temperature and loads of takeoff-landing, which need to be well research. In this project, one energy storage layer will be designed to provide enough heat to melt snow and ice by the phase cycle changing of energy storage materials. Then, based on the three-layer structure, the mechanical characterization will be tested under cycling action by temperature and loads of takeoff-landing, and the fatigue performance will be experimental analyzed under thermal-mechanical coupling. Furthermore, the constitutive model of composite pavement with energy storage layer will be deduced using the theoretical solution of thin slab on three-layer-elastic foundation, and the mechanical properties of the structure, under cycling action by temperature and loads of takeoff-landing coupling, are analyzed using continuum damage mechanics, and considered the temperature. The mechanical properties of the structure under cycling action by temperature and loads coupling will be numerical analyzed by FEM, and the structure will be optimized. The project will predict the fatigue life of the auto-snowmelt pavement, and improve the using efficiency, and have an important significance to melting snow and ice as well.

除冰雪性能好的自融雪道面已受到国内外专家的重视，并且飞机起降载荷及冰雪冻融循环作用直接影响着道面的力学性能，需深入研究。本项目首先通过铺设相变储能材料层，利用其循环相变潜能实现道面的融雪化冰从而有效降低能耗；其次，在三层道面结构的基础上进行飞机起降载荷、温度作用的力学性能测试试验，对结构在热力耦合作用下的疲劳性能进行试验研究；再次，在三层弹性地基上薄板理论的基础上建立该复合场道结构的本构关系，利用连续损伤力学分析飞机起降载荷和温度循环作用下结构的力学性能，建立考虑温度的损伤力学模型，利用试验结果对模型进行修正；最后，利用有限元方法对复合道面在热力耦合循环作用下的力学特性进行数值分析，并对结构进行优化。本项目的执行不仅可对道面的疲劳寿命进行前期预测，提高道面的使用效率，还对机场跑道融雪化冰具有重要的现实意义。

除冰雪性能好的自融雪道面已受到国内外专家的重视，并且飞机起降载荷及冰雪冻融循环作用直接影响着道面的力学性能，需深入研究。本项目围绕自融雪道面结构的形式、结构在热力耦合循环载荷作用下的力学性能及温度对道面强度的影响规律等科学问题，系统研究了自融雪的有效方式及其结构实现，在现有多层板理论基础上引入温度影响因素和孔隙率的概念，利用损伤力学的方法，考虑温度的影响、载荷的变化，对自融雪道面板在热力耦合作用下的力学性能进行建模分析，给出板结构的强度与温度、外载之间的关系，通过试验和仿真进一步分析和完善了自融雪道面板的本构关系，为道面实现自动融雪提供了一种可能模式。提出了将绿色环保的相变储能材料作为自融雪的主热源，结合电阻丝等辅助热源共同实现道面的自融雪功能，并能大幅降低能耗。在此基础上，设计了三层道面板结构，通过铺设升温层，将相变材料及辅助加热材料封装和固定在特定的管路中。通过试验创新，得到了相变温度能稳定在5℃左右的有机相变复合材料。由于升温层铺设有管道，将多孔材料的孔隙率引入到升温层建模中，建立管道铺设方式对结构的影响关系。对含有升温层的道面结构进行了大量的冻融循环测试、载荷循环测试，通过分析，所选相变材料在经过多次相变交替后，相变温度仍能稳定在给定的温度，验证了材料的稳定性。通过对试件进行静强度测试，给出了试件在经过多次冻融循环后静强度有所下降的规律。通过对试件进行载荷循环测试，给出了载荷大小、循环频率、温度等因素下试件的疲劳寿命变化规律，提出了改善试件寿命的措施，及道面结构的优化设计方式。