一种多功能融冰雪路面试验装置及评价方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多功能融冰/雪路面试验装置及评价方法，其特征是设置用于构建试验环境的密闭的箱体；在箱体的内部设置试验平台，被测试件放置在试验平台上，在被测试件的顶部放置冰/雪槽；加冰/雪管道用于向冰/雪槽中入投冰/雪；用于模拟融冰雪路面的被测试件分层设置为：下层路面层、中部加热层和上层路面层；中部加热层为混凝土预制件，并成阵列分布各孔道，在各孔道的孔壁上粘接有应变片；在设定位置的孔道中置入加热元件形成加热孔，在未置入有加热元件的孔道中置入混凝土棒将孔道填实。利用本发明专利技术能够针对不同工况条件、路面结构，及不同融雪化冰方式进行融雪化冰过程的模拟试验，获得融冰雪效率、速率以及疲劳寿命，通过对于融冰雪路面的评价获得最优方案，使其能够得到更好的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多功能融冰雪路面试验装置及评价方法，更具体地说是一种用于模拟不同工况条件、不同路面结构、采用电热法或热流体法等不同融冰雪方式的融冰雪过程，并进一步获得融冰雪效率、速率与路面疲劳寿命，进而对融冰雪路面方案进行评价。
技术介绍
道路积雪结冰严重威胁着交通安全。常用的采用人力以及机械设备的除冰雪方法，其耗费人力物力巨大；采用融冰雪路面可以快速地消除路面冰雪，较为典型的为电加热或流体加热型融冰雪路面，是在水泥混凝土中预埋加热器件，以电加热或流体加热的方式给水泥混凝土路面加热，混凝土导热快、比热容大、蓄热能力强，使融冰雪效果有一定的保障。不同的环境条件、路面结构、加热功率或流体温度对于融冰雪路面的融冰雪效果的影响是不同的，并决定着融冰雪路面的融冰雪负荷能力。现有技术中的一些试验装置功能单一，针对不同的环境条件、路面结构、加热功率或流体温度等不能进行简单有效的比对试验，极大地限制了融冰雪路面的具体应用。
技术实现思路
本专利技术是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种多功能融冰雪路面试验装置及评价方法，以期能够针对不同的工况条件、路面结构，以及不同的融雪化冰方式进行融雪化冰过程的模拟试验，进而获得融冰雪效率、速率以及融冰雪路面的疲劳寿命，对于融冰雪路面方案进行评价，以使融冰雪路面能够得到更好的应用。本专利技术为解决技术问题采用如下技术方案：本专利技术多功能融冰/雪路面试验装置的特点是：设置用于构建试验环境的密闭的箱体；在所述箱体的内部设置试验平台，被测试件放置在所述试验平台上，在被测试件的表面覆盖一层导热布，在导热布上放置冰/雪槽；呈倾斜的加冰/雪管道的低端处在冰/雪槽的上方，用于向冰/雪槽中投冰/雪，所述加冰/雪管道的另一端贯穿箱体侧壁突伸在箱体的外部；在所述箱体的内壁上分别固定设置有温度计、风扇以及照明装置；所述箱体的外部配置包括制冷单元、量筒和PLC控制器，利用所述制冷单元为箱体提供冷量，使得在箱体中获得设定的环境温度；带有称重器的量筒位于箱体一侧；所述量筒通过排水管与试验平台上的排水口相连通，用于收集箱体中融冰/雪水，并计量融冰/雪的水量；所述PLC控制器用于控制风扇、照明装置以及通过设置在箱体侧壁上的接线端口与被测试件中的电器元件电连接；用于模拟融冰/雪路面的被测试件分层设置为：位于底部的下层路面层、位于中部的中部加热层和位于顶面的上层路面层；所述中部加热层为混凝土预制件，在其中成阵列分布各孔道，所述各孔道相互平行，且呈水平布置，在所述各孔道的孔壁上粘接有应变片；在设定位置的孔道中置入加热元件形成加热孔，在所述加热元件的表面设置温度传感器；在未置入有加热元件的孔道中置入混凝土棒将孔道填实，所述混凝土棒与所述中部加热层属于热、力学性能相同的同质材料。本专利技术多功能融冰/雪路面试验装置的结构特点也在于：所述试验平台设置为具有底部平台和两侧壁板的通槽结构，在所述被测试件两侧和底部粘贴有隔热板。利用本专利技术中多功能融冰/雪路面试验装置进行路面的融冰/雪试验方法的特点是按如下过程进行：步骤一、根据融冰/雪路面中加热元件设定的间距d和埋深h，在中部加热层上的对应位置孔道中置入加热元件，在未置入有加热元件的孔道中置入混凝土棒将孔道填实；步骤二、将由下层路面层、中部加热层和上层路面层叠放构成的被测试件在两侧和底部粘贴隔热板后放置在试验平台上，在被测试件上覆盖导热布，冰/雪槽放置在导热布上，将被测试件中电连接导线与PLC控制器相连接；步骤三、利用PLC控制器控制风扇和照明装置模拟相应的风速和光照条件；步骤四、启动制冷装置，在由温度计测得的箱体内温度达到试验所需环境温度T时，通过加冰/雪管道向冰/雪槽中投入设定质量的冰/雪；由PLC控制器控制加热元件开始加热，直至冰/雪槽中的冰/雪融化完毕，加热元件停止加热，完成融冰/雪过程；步骤五、分别记录完成融冰/雪过程中的各检测数据，通过计算获得融冰/雪路面的融冰/雪效率η，以及融冰/雪路面的融冰/雪速率v。本专利技术融冰/雪试验方法的特点也在于：所述检测数据为：由温度传感器检测获得加热元件开始加热时的起始温度T1和停止加热时的结束温度T2；加热元件自开始加热至停止加热的加热时长t，融冰/雪过程中所有应变片检测获得的应变值中的最大应变值εmax和最小应变值εmin，由称重器(15)测得的完成融冰/雪过程时量筒中的融冰/雪质量M；令：冰/雪的比热容为c，冰/雪的溶解热为q；则：完成融冰/雪过程所吸收的热量Q为：Q＝c×M×t+M×q若加热元件是电阻值为R的电加热元件，电加热元件的端电压为U；则电加热元件在完成融冰/雪的过程中产生的热量W为：W＝P×t，P＝U2/R；若加热元件为流体加热器件，流体加热器件中热流体的质量为m，热流体比热容为c′，则流体加热器件产生的热量W为：W＝mc′(T1-T2)；依此则有：融冰/雪效率η为：η＝Q/W×100％；融冰/雪速率v为：v＝M/t。本专利技术利用对融冰/雪路面进行疲劳寿命预估的方法的特点是按如下过程进行：首先，按照本专利技术中融冰/雪试验方法，采用有限元软件模拟不同的试验过程，建立融冰雪路面损伤变量D与各试验参数的回归模型；对于加热元件为电加热元件，所述回归模型如式(1)：D＝A×d2+B×h+C×P2+F×t2+G×T+H(1)对于加热元件为流体加热器件，所述回归模型如式(2)：D＝A×d2+B×h+C×T12+F×t2+G×T+H(2)式(1)和式(2)中，A、B、C、F、G和H均为回归系数；然后，按照本专利技术中融冰/雪试验方法，针对被测试件进行融冰雪试验，并由式(1)和式(2)计算获得损伤变量D；最后，根据基于损伤力学的混凝土疲劳损伤模型，利用损伤变量D由如下式(3)获得融冰/雪路面疲劳寿命N： N = 1 1 - ( 1 - D ) 1 1.31 ( 1 - 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能融冰/雪路面试验装置，其特征是设置用于构建试验环境的密闭的箱体(1)；在所述箱体(1)的内部设置试验平台(9)，被测试件放置在所述试验平台(9)上，在被测试件的表面覆盖一层导热布(18)，在导热布(18)上放置冰/雪槽(20)；呈倾斜的加冰/雪管道(17)的低端处在冰/雪槽(20)的上方，用于向冰/雪槽(20)中投冰/雪，所述加冰/雪管道(17)的另一端贯穿箱体侧壁突伸在箱体(1)的外部；在所述箱体(1)的内壁上分别固定设置有温度计(4)、风扇(5)以及照明装置(3)；所述箱体(1)的外部配置包括制冷单元(16)、量筒(14)和PLC控制器(2)，利用所述制冷单元(16)为箱体(1)提供冷量，使得在箱体(1)中获得设定的环境温度；带有称重器(15)的量筒(14)位于箱体一侧；所述量筒(14)通过排水管(13)与试验平台(9)上的排水口相连通，用于收集箱体(1)中融冰/雪水，并计量融冰/雪的水量；所述PLC控制器(2)用于控制风扇(5)、照明装置(3)以及通过设置在箱体侧壁上的接线端口(6)与被测试件中的电器元件电连接；用于模拟融冰/雪路面的被测试件分层设置为：位于底部的下层路面层(10a)、位于中部的中部加热层(11)和位于顶面的上层路面层(10b)；所述中部加热层(11)为混凝土预制件，在其中成阵列分布各孔道(12)，所述各孔道(12)相互平行，且呈水平布置，在所述各孔道(12)的孔壁上粘接有应变片；在设定位置的孔道中置入加热元件形成加热孔，在所述加热元件的表面设置温度传感器；在未置入有加热元件的孔道中置入混凝土棒将孔道填实，所述混凝土棒与所述中部加热层属于热、力学性能相同的同质材料。...

【技术特征摘要】
1.一种多功能融冰/雪路面试验装置，其特征是设置用于构建试验环境的密闭的箱体
(1)；
在所述箱体(1)的内部设置试验平台(9)，被测试件放置在所述试验平台(9)上，在被测
试件的表面覆盖一层导热布(18)，在导热布(18)上放置冰/雪槽(20)；呈倾斜的加冰/雪管
道(17)的低端处在冰/雪槽(20)的上方，用于向冰/雪槽(20)中投冰/雪，所述加冰/雪管道
(17)的另一端贯穿箱体侧壁突伸在箱体(1)的外部；在所述箱体(1)的内壁上分别固定设置
有温度计(4)、风扇(5)以及照明装置(3)；
所述箱体(1)的外部配置包括制冷单元(16)、量筒(14)和PLC控制器(2)，利用所述制冷
单元(16)为箱体(1)提供冷量，使得在箱体(1)中获得设定的环境温度；带有称重器(15)的
量筒(14)位于箱体一侧；所述量筒(14)通过排水管(13)与试验平台(9)上的排水口相连通，
用于收集箱体(1)中融冰/雪水，并计量融冰/雪的水量；所述PLC控制器(2)用于控制风扇
(5)、照明装置(3)以及通过设置在箱体侧壁上的接线端口(6)与被测试件中的电器元件电
连接；
用于模拟融冰/雪路面的被测试件分层设置为：位于底部的下层路面层(10a)、位于中
部的中部加热层(11)和位于顶面的上层路面层(10b)；所述中部加热层(11)为混凝土预制
件，在其中成阵列分布各孔道(12)，所述各孔道(12)相互平行，且呈水平布置，在所述各孔
道(12)的孔壁上粘接有应变片；在设定位置的孔道中置入加热元件形成加热孔，在所述加
热元件的表面设置温度传感器；在未置入有加热元件的孔道中置入混凝土棒将孔道填实，
所述混凝土棒与所述中部加热层属于热、力学性能相同的同质材料。
2.根据权利要求1所述的多功能融冰/雪路面试验装置，其特征是：所述试验平台(9)设
置为具有底部平台和两侧壁板的通槽结构，在所述被测试件两侧和底部粘贴有隔热板(7)。
3.利用权利要求1所述多功能融冰/雪路面试验装置进行路面的融冰/雪试验方法，其
特征是按如下过程进行：
步骤一、根据融冰/雪路面中加热元件设定的间距d和埋深h，在中部加热层(11)上的对
应位置孔道(12)中置入加热元件，在未置入有加热元件的孔道中置入混凝土棒将孔道填
实；
步骤二、将由下层路面层(10a)、中部加热层(11)和上层路面层(10b)叠放构成的被测
试件在两侧和底部粘贴隔热板(7)后放置在试验平台(9)上，在被测试件上覆盖导热布
(18)，冰/雪槽(20)放置在导热布(18)上，将被测试件中电连接导线与PLC控制器相连接；
步骤三、利用PLC控制器控制风扇(5)和照明装置(3)模拟相应的风速和光照条件；
步骤四、启动制冷装置(16)，在由温度计(4)测得的箱体内温度达到试验所需环境温度
T时，通过加冰/雪管道(17)向冰/雪槽(20)中投入设定质量的冰/雪；
由PLC控制器控制加热元件开始加热，直至冰/雪槽中的冰/雪融化完毕，加热元件停止
加热，完成融冰/雪过程；
步骤五、分别记录完成融冰/雪过程中的各检测数据，通过计算获得融冰/雪路面的融
冰/雪效率η，以及融冰/雪路面的融冰/雪速率v。
4.根据权利要求3所述的融冰/雪试验方法，其特征是：所述检测数据为：
由温度传感器检测获得加热元件开始加热时的起始温度T1和停止加热时的结束温度
T2；加热元件自开始加热至停止加热的加热时长t，融冰/雪过程中所有应变片检测获得的
应变值中的最大应变值εmax和最小应变值εmin，由称重器(15)测得的完成融冰/雪过程时量
筒中的融冰/雪质量M；
令：冰/雪的比热容为c，冰/雪的溶解热为q；
则：完成融冰/雪过程所吸收的热量Q为：Q＝c×M×t+M×q
若加热元件是电阻值为R的电加热元件，电加热元件的端电压为U；
则电加热元件在完成融冰/雪的过程中产生的热量W为：
W＝P×t，P＝U2/R；
若加热元件为流体加热器件，流体加热器件中热流体的质量为m，热流体比热容为c′，

【专利技术属性】
技术研发人员：刘凯，谢泓州，马亚龙，王芳，卢林，黄思路，张祥，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34