周志剛　陳志林　胡省　虢柱　孫志林

摘要：為了準(zhǔn)確地掌握山區(qū)水泥混凝土橋面瀝青鋪裝層溫度場(chǎng)的變化規(guī)律，以便為橋面瀝青鋪裝結(jié)構(gòu)受力變形分析及瀝青鋪裝材料設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)提供理論依據(jù)，文章針對(duì)井岡山山區(qū)高速公路混凝土橋面瀝青鋪裝體系進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)試，同時(shí)以熱力學(xué)為理論基礎(chǔ)，結(jié)合混凝土橋面鋪裝結(jié)構(gòu)以及氣候環(huán)境資料建立了溫度場(chǎng)有限元分析模型，通過有限元方法對(duì)日最高溫度、日變溫幅度、日太陽(yáng)輻射總量、日平均風(fēng)速等氣候條件參數(shù)對(duì)瀝青鋪裝體系溫度場(chǎng)的影響進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：橋面各結(jié)構(gòu)層的溫度場(chǎng)總體上和大氣溫度一樣呈周期性變化，且不同氣候條件下溫度場(chǎng)變化規(guī)律基本相同，只有溫度峰值和變溫幅度有所差異;鋪裝層表面溫度變化幅度最大，最高溫度和最低溫度均出現(xiàn)在鋪裝層表面;隨著鋪裝層深度的增加，日最高溫度、溫度梯度以及日變幅溫度減小，并且下層的最高溫度相對(duì)于其上層的最高溫度的滯后時(shí)間也隨之增加;山區(qū)橋面瀝青鋪裝體系的工作溫度區(qū)間為-5 ℃～67 ℃，且具有夏季使用溫度高、作用時(shí)間長(zhǎng)和冬季使用時(shí)零下溫度持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：水泥混凝土橋;橋面鋪裝;溫度場(chǎng);氣候條件;現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試;有限元

0 引言

水泥混凝土橋面瀝青鋪裝層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)溫度作用是不可忽略的因素。溫度作用不僅會(huì)使鋪裝結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生溫度應(yīng)力，同時(shí)瀝青對(duì)溫度極為敏感，瀝青物理特征會(huì)隨溫度的變化而出現(xiàn)變化。夏季高溫季節(jié)會(huì)導(dǎo)致瀝青軟化，瀝青混合料勁度下降，容易出現(xiàn)泛油、推移、擁包、車轍等病害;在冬季低溫季節(jié)，由于溫縮應(yīng)力作用，可能使瀝青面層發(fā)生脆性破壞。因此，瀝青鋪裝層溫度改變的規(guī)律及其溫度分布狀況若能夠精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，使溫度與瀝青鋪裝層性能的聯(lián)系得以確定，則可以為橋面瀝青鋪裝層的設(shè)計(jì)、材料選擇等提供依據(jù)和指導(dǎo)，從而提高鋪裝層的使用壽命。

關(guān)于溫度場(chǎng)的分析，目前主要有三種方法：基于熱力學(xué)理論的理論求解方法;有限元等數(shù)值模擬分析方法;利用溫度測(cè)試儀器的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和擬合公式的方法。如劉其偉[1]等對(duì)箱梁瀝青層溫度場(chǎng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試;王虹[2]等對(duì)水泥混凝土橋面瀝青鋪裝層低溫溫度場(chǎng)進(jìn)行了分析;逯彥秋[3]等使用ANSYS軟件分析了鋼橋面鋪裝層溫度場(chǎng)的分布特征，并將分析結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了比較;錢振東[4]等構(gòu)建了鋼箱梁橋溫度場(chǎng)模型，模擬瀝青混凝土澆筑時(shí)鋼箱梁橋溫度變化情況，并推出了最不利溫度荷載公式;紀(jì)小平[5]等通過測(cè)試道路和橋面瀝青鋪裝的溫度場(chǎng)并進(jìn)行對(duì)比分析，得出橋面鋪裝溫度場(chǎng)的分布特性并建立了預(yù)估模型;劉瑜等[6]采用有限元方法模擬分析了超高性能混凝土層的輕型組合橋梁結(jié)構(gòu)在日照作用下的溫度場(chǎng);沈聰?shù)萚7]使用ABAQUS有限元軟件建立了某鋼橋面鋪裝及鋼箱梁的簡(jiǎn)化模型，并進(jìn)行數(shù)值求解，最后將溫度場(chǎng)模型分析結(jié)果與實(shí)測(cè)值進(jìn)行了對(duì)比;郝增恒等[8]通過ABAQUS有限元軟件對(duì)鋼箱梁橋面鋪裝系統(tǒng)的不同鋪裝層溫度場(chǎng)變化規(guī)律進(jìn)行了分析。由上述可知，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已對(duì)橋面瀝青鋪裝體系溫度場(chǎng)開展了一些研究，但專門針對(duì)山區(qū)水泥混凝土橋面瀝青鋪裝層溫度場(chǎng)的研究相對(duì)較少。橋梁所處環(huán)境和位置對(duì)橋面鋪裝層應(yīng)用情況有很重要的影響，和普通地區(qū)高速公路橋梁比較，山區(qū)中地形更加復(fù)雜多變，氣候也更為惡劣，環(huán)境狀態(tài)更差，所以橋面鋪裝層使用情況也就更加不理想，損壞程度也就更加嚴(yán)重。此外，惡劣的氣候環(huán)境加大了溫度場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的難度，所需的人力、物力和財(cái)力也更多，即使實(shí)測(cè)頻率和時(shí)間都增加了，也很難測(cè)試到最不利溫度的情況。所以在調(diào)查清楚橋梁所在位置的氣候和環(huán)境之后，再通過有限元數(shù)值模擬分析來掌握確定山區(qū)混凝土橋面瀝青鋪裝層溫度場(chǎng)具有重要的理論和實(shí)用意義。

本文針對(duì)江西井岡山山區(qū)某高速公路彎坡水泥混凝土橋面瀝青鋪裝體系，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)溫度場(chǎng)測(cè)試，并建立了基于熱傳導(dǎo)學(xué)的有限元模型，同時(shí)考慮太陽(yáng)輻射、路面與大氣溫度對(duì)流、風(fēng)速等因素，對(duì)井岡山山區(qū)瀝青鋪裝層溫度場(chǎng)在低溫、常溫和高溫狀態(tài)下的分布情況進(jìn)行計(jì)算，并找到分布規(guī)律，以便為山區(qū)彎坡混凝土橋?yàn)r青鋪裝層的高溫穩(wěn)定、低溫縮裂和常溫疲勞開裂的分析提供理論依據(jù)。

1 現(xiàn)場(chǎng)溫度場(chǎng)實(shí)測(cè)分析

本文選取江西省某高速公路經(jīng)井岡山山區(qū)路段的鐵路跨線橋，測(cè)試鋪裝層溫度場(chǎng)并利用模型展開研究[9]。選用預(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋，主梁間距、梁高度和長(zhǎng)度、邊梁和中梁的寬度值分別為2.2 m、2.4 m、40 m、1.85 m和1.7 m，跨間安裝橫隔板7塊，厚度為20 cm，翼板間預(yù)留現(xiàn)澆濕接縫，縫寬0.5 m。橋面鋪裝層的上面層為4 cm SMA-13SBS改性瀝青混合料，下面層為6 cm AC-20CSBS改性瀝青混凝土。

1.1 現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)試方案

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試采用長(zhǎng)沙市三智電子科技有限公司生產(chǎn)的SZW-18型溫度傳感器，它具有精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、防潮及絕緣性良好等特點(diǎn)。其分辨率為0.25 ℃，量程為-40 ℃～120 ℃，直徑為6 mm，長(zhǎng)度為40 mm。選用長(zhǎng)沙三智電子科技有限公司研發(fā)的數(shù)據(jù)采集儀完成采集工作，型號(hào)為SZZX-MUC，電壓額定值是12 V，可與20個(gè)型號(hào)為SZW-18的溫度傳感器進(jìn)行連接，配備有SZZX-MUC測(cè)試系統(tǒng)軟件，通過電腦顯示測(cè)試溫度。該設(shè)備帶蓄電池，因數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)設(shè)備常年置于野外，并且測(cè)試點(diǎn)周邊無現(xiàn)成的220 V交流電，為了持續(xù)供應(yīng)電力，采用太陽(yáng)能面板供電。

選取橋梁靠中間位置的橋面作為測(cè)試點(diǎn)。在施工結(jié)束以后通過鉆芯分別在路表下4 cm（上下瀝青層間）和10 cm（瀝青鋪裝層低）處埋設(shè)溫度傳感器?？紤]安裝維護(hù)的方便性，將溫度傳感器安裝在靠路側(cè)1.5 m的邊緣位置。為了保證溫度傳感器的存活率，每一測(cè)試層位沿縱向安裝4個(gè)溫度傳感器，間距為1 m。另將兩個(gè)傳感器置于大氣中測(cè)試氣溫。

現(xiàn)場(chǎng)溫度采集系統(tǒng)建立以后，從2013年10月開始全天24 h采集橋面溫度。測(cè)試時(shí)數(shù)據(jù)檢測(cè)頻率為30 min/次，并通過GPS傳輸?shù)姆绞綄F(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦ぷ鲉挝坏目刂朴?jì)算機(jī)上。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果分析

由于現(xiàn)場(chǎng)施工對(duì)溫度采集系統(tǒng)造成破壞，僅收集了不到3個(gè)月的溫度數(shù)據(jù)資料，未能得到冬季極端低溫和夏季極端高溫的溫度數(shù)據(jù)，故后續(xù)研究主要采用有限元數(shù)值模擬分析。以10月9日采集的現(xiàn)場(chǎng)溫度數(shù)據(jù)為例分析橋面各層位在24 h內(nèi)的溫度變化規(guī)律。如圖1所示，0：00氣溫開始回落，8：00氣溫逐漸上升，到14：30左右，氣溫達(dá)到最大值。與此同時(shí)，橋面各層位的溫度表現(xiàn)出同樣的規(guī)律，但峰值出現(xiàn)時(shí)刻有所滯后，并且上層的溫度高于下層，但在0：00上層的溫度低于下層。從溫度變化趨勢(shì)可以看出，上層由于跟大氣接觸，所以隨氣溫變化的幅度大，下層溫度變化幅度小，相對(duì)穩(wěn)定。

2 橋面溫度場(chǎng)分析基本理論

2.1 基本假定

假定橋面鋪裝層符合下列要求：

（1）每一層都是同性且均勻的連續(xù)體，對(duì)應(yīng)熱特征參數(shù)都是固定的。

（2）每層之間熱流密度和溫度都是連續(xù)且接觸性能很好。

（3）附屬建造物不產(chǎn)生影響。

2.2 熱傳導(dǎo)基本方程

由于太陽(yáng)距離地球非常遙遠(yuǎn)，且橋梁為狹長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，在橋梁縱向方向上的溫度梯度非常小，故不考慮太陽(yáng)輻射沿橋梁垂直方向分布改變的影響。本課題二維模型建立是以橋梁橫截面為基礎(chǔ)完成的，并對(duì)溫度場(chǎng)分布及變化展開探究。以熱傳導(dǎo)基本理論為前提，式（1）為二維瞬態(tài)熱傳導(dǎo)公式[10]。

2.3 熱交換方式

橋面鋪裝體系溫度場(chǎng)在自然環(huán)境中，受氣溫變化和日照輻射的影響。本課題對(duì)輻射、對(duì)流和太陽(yáng)輻射換熱進(jìn)行考慮。

（1）太陽(yáng)輻射

太陽(yáng)輻射亦稱為短波輻射，以Barber[11]和嚴(yán)作人[12]等人的分析結(jié)果為基礎(chǔ)，式（2）表示太陽(yáng)輻射量變化規(guī)律。

式（2）是分段函數(shù)，因此在計(jì)算過程中不具有連續(xù)性，將其展開得到式（3）為Fourier級(jí)數(shù)，形式為余弦三角函數(shù)，當(dāng)階數(shù)[WTB1X]k[HTXH]到30后，能夠符合工程的精度要求。

（2）輻射換熱

輻射換熱亦稱為長(zhǎng)波輻射，當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)從周圍環(huán)境、大氣和地表熱輻射進(jìn)行吸收，再經(jīng)過橋梁表面進(jìn)行熱輻射散出，這個(gè)過程就稱之為橋梁結(jié)構(gòu)和外界環(huán)境的輻射換熱。根據(jù)基爾霍夫（Kirchhoff）定律，工程結(jié)構(gòu)物的輻射換熱能力如式（5）所示。

（3）氣溫及對(duì)流熱交換

有關(guān)研究證明大氣溫度整體上表現(xiàn)為周期變化，嚴(yán)作人[12]等人對(duì)大氣溫度每天變化情況用2個(gè)正弦函數(shù)表示，并且經(jīng)過驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)與大氣溫度實(shí)際數(shù)值很接近，并且達(dá)到工程精度標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 初始條件

初始條件即起始時(shí)刻橋面鋪裝層溫度場(chǎng)，初始溫度一般選擇早上6：00的氣溫值，因?yàn)榻?jīng)過多次驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)橋梁截?cái)嗝鏈囟戎蹬c早上6：00氣溫差距最小，而且溫度均勻性更強(qiáng)。

3 橋面鋪裝層溫度場(chǎng)有限元分析方法

3.1 計(jì)算參數(shù)

（1）氣象參數(shù)

對(duì)課題研究項(xiàng)目所在區(qū)域的氣象站最近30年氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集，以有關(guān)研究案例和成果為基礎(chǔ)，并結(jié)合所處地區(qū)氣候特點(diǎn)，對(duì)低溫和高溫兩種極端溫度，以及常溫下對(duì)應(yīng)的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集和整理，具體參數(shù)如表1所示，主要包含每天最高和最低溫度、橋面風(fēng)速平均值和太陽(yáng)輻射總量等參數(shù)[13]。

（2）材料的熱物理參數(shù)

水泥和瀝青混凝土對(duì)應(yīng)的熱物理參數(shù)在未超出橋面鋪裝層溫度閾值的情況下，變化幅度很小，由此分析橋面溫度場(chǎng)分布時(shí)，各鋪裝材料的熱物理參數(shù)不隨溫度變化而發(fā)生變化。各鋪裝材料對(duì)應(yīng)熱物理參數(shù)如表2所示。

3.2 有限元分析過程

本文采取平面有限元模型，為提高計(jì)算效率與精度，選取八節(jié)點(diǎn)四邊形單元形式。橋梁T型梁截面的有限元網(wǎng)格劃分如圖2所示?；跓醾鲗?dǎo)理論，假設(shè)中梁腹板表面和邊梁腹板內(nèi)側(cè)與大氣只有自然對(duì)流，即風(fēng)速為零。考慮太陽(yáng)輻射熱作用于橋面瀝青鋪裝層，大氣環(huán)境與橋面、梁底部及T梁腹板等表面存在對(duì)流熱交換和輻射熱交換。

應(yīng)用有限元方法模擬時(shí)，首先建立瞬態(tài)熱傳導(dǎo)分析步（24 h），再建立第二個(gè)同樣也是24 h，第二個(gè)初始數(shù)值就是第一個(gè)研究后得到的結(jié)果，以保證溫度場(chǎng)分析時(shí)初始的橋梁內(nèi)部溫度場(chǎng)真實(shí)合理。變溫時(shí)間增量步長(zhǎng)為0.5 h。

4 三種代表性天氣下鋪裝層溫度場(chǎng)結(jié)果分析

通過計(jì)算得到3種代表性天氣下的橋面各位置溫度的日變化曲線，如圖3所示。由圖3可知：

（1）混凝土T梁橋鋪裝系統(tǒng)內(nèi)，鋪裝層表面的溫度值起伏比較大，這主要是太陽(yáng)光對(duì)其產(chǎn)生的影響，夜晚溫度最低，白天出現(xiàn)最高溫度。如低溫天氣時(shí)表面最高溫度出現(xiàn)在14：00左右，約為6.5 ℃;最低溫度出現(xiàn)在4：30左右，約為-5 ℃。常溫天氣時(shí)表面最高溫度出現(xiàn)在13：30左右，約為40 ℃;最低溫度出現(xiàn)在5：00左右，約為13.8 ℃。高溫天氣時(shí)表面最高溫度出現(xiàn)在13：00左右，約為66.4 ℃;最低溫度出現(xiàn)在5：00左右，約為31.6 ℃。由此可見，太陽(yáng)輻射對(duì)白天橋梁表面溫度的影響更為明顯，而夜晚由于無太陽(yáng)輻射，橋梁釋放熱量，其表面溫度與大氣氣溫差異性不明顯，但最低溫度仍略高于日最低氣溫。在不同季節(jié)，因太陽(yáng)輻射量不同導(dǎo)致橋梁表面最高溫度和最低溫度出現(xiàn)時(shí)刻有所不同，氣溫越低，橋梁表面最高溫度出現(xiàn)時(shí)刻越延后，最低溫度出現(xiàn)時(shí)刻越提前，高溫和低溫季節(jié)相差約0.5～1 h。

（2）隨著鋪裝層深度的增加，日最高溫度和日變幅溫度減小，并且隨著深度的增加，其最高溫度和最低溫度相對(duì)于其上層結(jié)構(gòu)的最高溫度和最低溫度的滯后時(shí)間也隨之增加。如低溫天氣時(shí)表面最高溫度出現(xiàn)在14：00左右，大約是6.5 ℃，4：30前后溫度最低，大約是-5 ℃，日變溫幅度達(dá)到11.5 ℃;距鋪裝層表面深度4 cm位置處，15：30左右溫度最高，大約是4.2 ℃，較鋪裝層表面最高溫度出現(xiàn)時(shí)間滯后約1.5 h，日變溫幅度為8.2 ℃。距鋪裝層表面10 cm位置處，16：30溫度值達(dá)到最高，大約為1.6 ℃，較鋪裝層表面最高溫度出現(xiàn)時(shí)間滯后約2.5 h，日變溫幅度為4.7 ℃。距鋪裝層表面深度20 cm位置處，18：30左右溫度最高為-0.1 ℃，較鋪裝層表面最高溫度出現(xiàn)時(shí)間滯后約4.5 h，日變溫幅度為2.5 ℃。

（3）腹板溫度隨時(shí)間的變化相對(duì)平緩，日變溫幅度很小，這是由于T梁翼板遮擋了太陽(yáng)輻射，T梁腹板的溫度場(chǎng)基本保持不變。

（4）橋面瀝青鋪裝層工作的溫度區(qū)間為-5 ℃～67 ℃。在高溫天氣時(shí)，鋪裝層表面溫度遠(yuǎn)高于周圍環(huán)境溫度，最大溫差達(dá)到了26.7 ℃，且鋪裝層表面高溫作用時(shí)間較長(zhǎng)，溫度達(dá)到50 ℃以上的時(shí)長(zhǎng)超過9 h。在低溫天氣時(shí)，鋪裝層表面溫度低于0 ℃的時(shí)長(zhǎng)約為12 h左右。這是因?yàn)樵摌蛱幱谀戏蕉嘤瓯┥絽^(qū)，其夏季高溫時(shí)間長(zhǎng)，溫度高;冬天多雨雪，氣溫低。

必須指出，上述圖3（[HTSS]b[HTXH]）數(shù)值模擬分析中常溫天氣條件下的結(jié)果與圖1所示現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果所反映的溫度變化規(guī)律基本一致，但鋪裝表面最高溫度和溫度變化幅度有所不同。其原因主要是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)段內(nèi)的天氣與數(shù)值模擬分析中的常溫天氣有所不同，另外結(jié)構(gòu)模型和模型參數(shù)（材料熱力學(xué)參數(shù)和太陽(yáng)輻射、風(fēng)速等氣候條件參數(shù)）與實(shí)際情況可能不相一致。

5 氣候條件參數(shù)的影響分析

熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射是影響橋面溫度場(chǎng)最主要的因素，針對(duì)氣候條件參數(shù)的分析實(shí)際上就是對(duì)這三個(gè)影響因素進(jìn)行分析，因此本課題針對(duì)氣溫、太陽(yáng)輻射日總量值和風(fēng)速日均值等三個(gè)氣候條件參數(shù)對(duì)橋面溫度場(chǎng)的影響作進(jìn)一步分析。

5.1 氣溫

氣溫敏感性的分析主要就是對(duì)每天氣溫最大值和最小值進(jìn)行探究，本課題對(duì)此制定兩個(gè)方案：

（1）在日變溫幅度穩(wěn)定，最高溫度改變的情況下，分析橋面鋪裝層溫度場(chǎng)變化的規(guī)律。假設(shè)變溫幅度固定在10 ℃，最高氣溫分別是10 ℃、20 ℃、30 ℃和40 ℃，太陽(yáng)輻射值和橋面風(fēng)速均值分別為20 MJ·m-2和3 m·s-1。由下頁(yè)圖4可知，鋪裝層表面溫度受氣溫最高溫度變化的影響程度最大，表面溫度隨日最高氣溫的提高而提高，基本上日最高溫度提升多少，表面溫度也會(huì)隨之提升多少，不過變溫幅度幾乎沒有受到日最高氣溫的影響。同時(shí)，表面溫度梯度也基本上不會(huì)受到最高氣溫變化的影響。

（2）在日最高溫度穩(wěn)定，變溫幅度改變的情況下，對(duì)橋面鋪裝層溫度場(chǎng)變化的情況進(jìn)行分析。假設(shè)最高溫度穩(wěn)定在30 ℃，日變溫幅度在25 ℃、20 ℃、10 ℃和5 ℃，剩余參數(shù)和第一種方案相同。其計(jì)算結(jié)果見下頁(yè)圖5，與方案一相同，表面溫度也會(huì)受到變溫幅度的影響。在最高溫度穩(wěn)定，溫差改變的情況下，溫差越大則表面最高溫度越小，但減小的幅度和其他時(shí)間相比偏低。同時(shí)，變溫幅度不斷增大，溫度梯度也會(huì)隨之增大。

5.2 日太陽(yáng)輻射總量

假設(shè)橋面風(fēng)速日均值、變溫幅度和最高溫度分別為3 m·s-1、10 ℃和30 ℃時(shí)，日太陽(yáng)輻射總量分別為35 MJ·m-2、25 MJ·m-2、15 MJ·m-2、5 MJ·m-2，其計(jì)算結(jié)果見圖8。橋面溫度達(dá)到最低值的時(shí)間基本上不會(huì)受到日太陽(yáng)輻射總量提升的影響，但對(duì)橋面最高高溫有明顯影響，主要表現(xiàn)為：表面溫度最大值和梯度值都會(huì)增加。鋪裝表面的深度在0.5 m內(nèi)會(huì)受到太陽(yáng)輻射的影響，然而超出0.5 m后影響非常小，可忽略不計(jì)。

5.3 日平均風(fēng)速

[JP3]由前文式（7）可知，對(duì)流交換系數(shù)在受到風(fēng)速的影響時(shí)產(chǎn)生較大變化。假設(shè)日變溫幅度、日最高溫度和日太陽(yáng)輻射總量分別為10 ℃、30 ℃和20 MJ·m-2時(shí)，風(fēng)速平均值分別為6 m·s-1、4 m·s-1、2 m·s-1、0 m·s-1，[JP2]計(jì)算結(jié)果如圖7所示。表面溫度以及梯度受風(fēng)速均值的影響和太陽(yáng)輻射總量的影響較為相似，不過太陽(yáng)輻射總量對(duì)溫度和溫度梯度的影響更為顯著。當(dāng)風(fēng)速變快時(shí)，熱交換系數(shù)就會(huì)提高，這樣其表面和周圍環(huán)境熱交換能力就會(huì)更大，所以表面溫度和梯度都會(huì)變小，但是影響程度并不是很大。

6 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)山區(qū)高速公路水泥混凝土橋梁依托工程，開展了橋面溫度場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和有限元數(shù)值模擬分析，得到了以下主要結(jié)論：

（1）太陽(yáng)有效輻射和溫度都是以特定的規(guī)律周期性改變的，在這種周期性的影響情況下，橋面結(jié)構(gòu)溫度的變化規(guī)律也呈現(xiàn)周期性改變，高溫、低溫和常溫狀態(tài)下橋面溫度場(chǎng)都呈周期性改變，且變化規(guī)律大體相同，只有溫度峰值和變溫幅度有所差異。

（2）[JP3]鋪裝層表面溫度變化幅度最大，最高溫度和最低溫度均出現(xiàn)在鋪裝層表面。隨著鋪裝層深度的增加，日最高溫度、溫度梯度以及日變幅溫度減小，并且隨著深度的增加，下層結(jié)構(gòu)的最高溫度相對(duì)于其上層結(jié)構(gòu)的最高溫度的滯后時(shí)間也隨之增加。由于T梁翼板遮擋了太陽(yáng)輻射，T梁腹板的溫度場(chǎng)基本保持不變。[JP2]

（3）橋面鋪裝層的工作溫度區(qū)間為-5 ℃～67 ℃。在夏季高溫條件下，鋪裝層服役時(shí)溫度高，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，在進(jìn)行鋪裝層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮其高溫穩(wěn)定性;冬季低溫條件下，鋪裝層服役時(shí)低于0 ℃的時(shí)間長(zhǎng)，鋪裝層易結(jié)冰，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料設(shè)計(jì)應(yīng)考慮鋪裝層的抗滑性能和抗凍性能，提高行車安全性。

（4）橋面鋪裝表面溫度隨日最高氣溫增加而增加，變溫幅度和梯度受到的影響幾乎可以忽略。日變溫幅度改變情況下，表面溫度變化不是線性的，變溫幅度越大對(duì)應(yīng)的溫度梯度也就越大。橋面鋪裝表面溫度最高溫、溫度梯度以及溫度場(chǎng)受到日太陽(yáng)輻射總量和風(fēng)速均值的影響較為貼近，相比之下，日平均風(fēng)速對(duì)其產(chǎn)生的影響更為顯著。

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