CN110307908A - 一种路面结构当量温度的计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种路面结构当量温度的计算方法，该方法在路面结构表面及内部不同深度的层结构层底埋设温度传感器，采集各路面结构内部不同深度位置温度数据，做温度‑深度曲线图，找测度数据个数将曲线与温度、深度线围合的面积分隔成梯形，求各梯形的质心，然后根据各梯形质心与面积加权数求围合面积的质心，该质心点位置坐标的横纵坐标即分别为路面结构当量温度与对应的深度。该方法得到的路面结构当量温度充分考虑了路面结构内部温度沿深度方向的梯度分布特点，相比于直接将各结构层温度算术平均更科学、合理，结果能更真实的反应路面结构内部温度状态，可为路面使用性能温度修正提供参考温度。

Description

一种路面结构当量温度的计算方法
技术领域
本发明涉及路面工程技术领域，特别是涉及一种路面结构当量温度的计算方法。
背景技术
温度是表征路面结构服役行为的重要参量。沥青路面的弯沉、应力应变响应、车辙、抗滑性能、路面/轮胎噪声等服役性能指标都与路面结构的温度状态密切相关。一般来说，用于评价沥青路面使用期间环境温度的指标有：路面结构的温度、沥青路面表面温度和大气温度等。在实际工程中，在同一时段，这三个温度数值并不相等，但三个温度可从不同角度反映环境对路面结构使用性能的影响。这三类温度中，路表面温度和大气温度相对来说容易获取，而路面结构的温度通常有两种获取手段，一种是通过大气温度和路表温度，建立相关的预估模型来预测，预估模型通常建立在一定的假设条件上，预测结果通常与实际会有一定的偏差；另一种是通过在路面结构内部埋设温度传感器来获取，从而获得较为真实的路面结构温度数据。对于后者，由于路面结构存在一定厚度，需要在路面结构不同深度位置埋设温度传感器，以获取路面结构内部不同深度的温度数据，而路面结构本身是一个整体，实际使用时，往往需要找到一个具有代表性的温度，来反映路面结构整体温度状态，以利于相关模型的建立和分析，如路面结构弯沉、路面抗滑性能指标的温度修正模型等。由于路面结构内部温度分布并不是均匀的，而是存在一定的温度梯度，路面结构温度的代表值不能简单地以不同深度温度的算术平均值来计算，因此，如何寻找一个能反应路面结构温度梯度变化特点的代表性温度是一个值得研究的问题。
发明内容
针对以上问题，本发明提出一种路面结构当量温度的计算方法，该方法针对路面结构内部不同深度处实测温度数据，根据不同深度处温度分布规律，通过加权平均的方法获得路面结构的代表温度，即路面结构当量温度。
一种路面结构当量温度的计算方法，包括如下方法步骤：
1、获取路面结构内部温度数据
选择一个路面结构，在路面结构表面及内部不同深度埋设温度传感器，采集各路面结构内部不同深度位置温度数据；
2、绘制路面结构温度随深度分布曲线
根据步骤1采集的路面结构内部不同深度处温度数据，绘制路面结构内部温度随深度变化的曲线；
3、图形分割
将步骤2绘制的曲线与两个坐标轴围成的几何图形，按照数据点个数分割成若干个直角梯形；
4、计算步骤3分割后的各个梯形的质心坐标(xi,yi)；
分割后的各个梯形均为直角梯形，质心计算方法为：
式中：Ti为路表下第i个传感器采集的温度值；Ti-1为路表下第i-1个传感器采集的温度值；hi为路表下第i个传感器埋设深度；hi-1为路表下第i-1个传感器埋设深度。
5、计算步骤2绘制的曲线与两个坐标轴围成的几何图形的质心
根据步骤4计算的各个梯形的质心坐标，以各梯形的面积为加权值，计算步骤2绘制的曲线与两个坐标轴围成的几何图形的质心坐标(x,y)，其中质心横坐标即为该路面结构当量温度，纵坐标则代表该当量温度对应的结构层深度位置，其计算公式为：
其中xi是第i个梯形横坐标，Si是第i个梯形面积，yi是第i个梯形纵坐标。
所述路面结构内部每一个结构层埋设一个温度传感器。
所述路面结构表内部的温度传感器埋设于每一层的层底。
其中各结构层层底的温度传感器位于同一直线上。
其中各结构层层底的温度传感器位于同一条垂直于路面的直线上。
该方法得到的路面结构当量温度充分考虑了路面结构内部温度沿深度方向的梯度分布特点，相比于直接将各结构层温度算术平均更科学、合理，结果能更真实的反应路面结构内部温度状态，可为路面使用性能温度修正提供参考温度。
附图说明
图1路面结构内部温度传感器布置示意图，
1-沥青上面层；2-沥青下面层；3-温度传感器；4-半刚性基层及底基层；5-土基；
图2路面结构内部温度随深度变化的曲线示意图，
图3温度曲线与坐标轴围成的几何图形分割示意图，
图4直角梯形质心坐标计算示意图，
图5路面结构内部各层底温度传感器埋设深度位置。
具体实施方式
以下结合足尺路面试验环道2018年某结构路面结构温度采集与计算实例，对一种路面结构当量温度计算方法进行进一步说明，下述实例仅用于说明本发明而并非对本发明的限制。
1、温度数据采集
足尺路面试验环道路面结构内部温度通过不同深度温度传感器来检测，最浅测点在路表，最深测点距路表250cm。传感器采用PT100铂电阻温度传感器，测量范围：-50～100℃，精度：0.15℃，采集频率为10分钟。某结构路面结构型式及路面结构内部温度传感器埋设方式如图1、5。该结构路面结构层总厚度为92cm，2018年5月各层位温度传感器某次测量数据见表1。
表1 2018年5月各层位温度传感器某次测量数据
2、绘制路面结构温度随深度分布曲线
绘制路面结构温度随深度分布曲线，见图2。
3、图形分割
将图2温度曲线与两个坐标轴围成的几何图形，分割成6个梯形，见图3；
4、计算各个梯形的质心坐标及面积
根据梯形质心和面积计算公式，计算得到6个梯形的质心坐标和面积见表2。
表2 6个梯形的质心坐标和面积
序号 (x<sub>i</sub>,y<sub>i</sub>) 面积S<sub>i</sub>
1 (29.58,1.93) 112.47
2 (25.24,7.99) 201.42
3 (24.89,21.59) 494.30
4 (23.97,41.89) 471.15
5 (22.09,61.79) 427.91
6 (19.67,81.87) 385.60
5、计算步骤2绘制的曲线与两个坐标轴围成的几何图形的质心
根据表2中质心坐标，以各梯形的面积为加权值，按照式1和式2计算温度曲线与两个坐标轴围成的几何图形的质心坐标，见图4。经计算质心坐标为(23.43,43.21)，由此得到路面结构当量温度为23.43℃，该当量温度对应的结构层深度为43.21cm。
此当量温度是路面结构内部各层位温度的一个代表值，可以作为评价路面结构内部温度状态和进行相关路面使用性能的温度修正的重要参数。

Claims (5)

1.一种路面结构当量温度的计算方法，包括如下方法步骤：
1)、获取路面结构内部温度数据
选择一个路面结构，在路面结构表面及内部不同深度埋设温度传感器，采集各路面结构内部不同深度位置温度数据；
2)、绘制路面结构温度随深度分布曲线
根据步骤1采集的路面结构内部不同深度处温度数据，绘制路面结构内部温度随深度变化的曲线；
3)、图形分割
将步骤2绘制的曲线与两个坐标轴围成的几何图形，按照数据点个数分割成若干个直角梯形；
4)、4、计算步骤3分割后的各个梯形的质心坐标(xi,yi)；
分割后的各个梯形均为直角梯形，质心计算方法为：
式中：Ti为路表下第i个传感器采集的温度值；Ti-1为路表下第i-1个传感器采集的温度值；hi为路表下第i个传感器埋设深度；hi-1为路表下第i-1个传感器埋设深度；
5)、计算步骤2绘制的曲线与两个坐标轴围成的几何图形的质心
根据步骤4计算的各个梯形的质心坐标，以各梯形的面积为加权值，计算步骤2绘制的曲线与两个坐标轴围成的几何图形的质心坐标(x,y)，其中质心横坐标即为该路面结构当量温度，纵坐标则代表该当量温度对应的结构层深度位置，其计算公式为：
其中xi是第i个梯形横坐标，Si是第i个梯形面积，yi是第i个梯形纵坐标。
2.根据权利要求1所述的方法，所述路面结构内部每一个结构层埋设一个温度传感器。
3.根据权利要求2所述的方法，所述路面结构内部的温度传感器埋设于各结构层的层底。
4.根据权利要求3所述的方法，其中各结构层层底的温度传感器位于同一直线上。
5.根据权利要求4所述的方法，其中各结构层层底的温度传感器位于同一条垂直于路面的直线上。
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