本發(fā)明涉及凍土工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種彈簧翹曲式調(diào)控路基對流換熱的方法。

背景技術(shù)：

在我國青藏高原、東北等多年凍土區(qū)，通過長期的演化、發(fā)展和變化，形成了厚達幾米、甚至十幾米、各具形態(tài)的厚層地下冰。隨著氣候環(huán)境的變化、人類工程活動的影響，導(dǎo)致凍土和地下冰退化和融化，從而導(dǎo)致各種工程災(zāi)害的產(chǎn)生，對各種重大工程建筑穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響。

通過保護凍土工程措施的采用，主動冷卻凍土基礎(chǔ)，是保證凍土工程長期安全運營、穩(wěn)定的關(guān)鍵途徑。而在這些措施中，有效調(diào)控凍土工程的對流換熱過程，是保護凍土基礎(chǔ)重要的工程措施的一個類型。該類措施，通過有效促進冬季或夜晚低溫環(huán)境條件下基礎(chǔ)與外界環(huán)境的換熱過程，有效抑制暖季或白天高溫環(huán)境條件下基礎(chǔ)的換熱過程，由此達到冷能在路基內(nèi)部的不斷存儲、凍土地溫的不斷降低、基礎(chǔ)穩(wěn)定性不斷增強的目的。

面對國家“十三五”戰(zhàn)略規(guī)劃的出臺，青藏高速公路即將面臨修筑，但是，高速公路與普通公路相比，普通公路與鐵路相比凍土問題都更為突出。已有研究表明（俞祁浩等.我國多年凍土區(qū)高速公路修筑關(guān)鍵問題研究.中國科學(xué)（技術(shù)科學(xué)），2014，44（4）:425~432），由于黑色路面的強烈吸熱、瀝青路面隔水和阻止水分蒸發(fā)散熱的影響，使得相同條件下公路路基的吸熱強度是鐵路的3倍多，且路基吸熱的主要途徑，主要集中在路堤的中心部位，并難以向周圍凍土散熱。而高速公路與普通公路相比,更加劇了該種現(xiàn)象的出現(xiàn)。當公路路基寬度增加約1倍時，路堤底面的吸熱強度增加約0.6倍，路基吸熱進一步聚集在路基的中心部位，由此產(chǎn)生更加明顯的“聚熱效應(yīng)”，并導(dǎo)致凍土更加快速的退化。面對更高的技術(shù)標準、更寬的公路路面，高速公路與凍土之間的熱作用更加顯著，在多年凍土區(qū)修筑高速公路將會面對更為突出的凍土問題和修筑技術(shù)難題。由于傳熱途徑、強度等方面的根本改變，通過青藏鐵路等獲得的成功經(jīng)驗、先進技術(shù)難以在青藏高速公路建設(shè)中直接應(yīng)用。

雖然，現(xiàn)有相近技術(shù)對通風管的對流換熱進行了調(diào)控，但是，青藏高原高寒極端自然環(huán)境，特殊工程條件，都對通風管調(diào)控風門的穩(wěn)定性、風門的敏感性、風門安裝和運維過程的便利性等都提出了更高的要求，現(xiàn)有一些技術(shù)難以完全滿足工程實際需要。如：俞祁浩（俞祁浩，程國棟，馬巍.路基的自動溫控通風裝置：中國，03218742.4[p]，2004-8-18）技術(shù)，整個裝置安裝在通風管外，通過桿件與通風管內(nèi)風門相連。在極端惡劣環(huán)境下控制、動作單元不僅容易遭受破壞，而且連接桿件容易失效，導(dǎo)致整個裝置的失效。同時，裝置的安裝，需要在通風管上單獨鉆孔、打眼，過程繁瑣、效率低下。這些問題的存在都在較大程度上對該裝置的使用、造價和運維成本都導(dǎo)致的了不利影響。又如：俞祁浩（俞祁浩，程國棟，何乃武.用于路基中通風管隔熱傳冷控制開關(guān)：中國，200520004195.3[p]，2006-9-13），俞祁浩（俞祁浩，程國棟，馬魏.路基的荷載式液壓自動溫控通風裝置：中國，03218744.0[p]，2004-8-18）設(shè)計的液壓系統(tǒng)，在青藏高原極端環(huán)境下難以有效工作。因此，亟需多角度研發(fā)能夠滿足工程實際的對流調(diào)控風門，滿足多年凍土區(qū)高速公路建設(shè)需要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、穩(wěn)定性高的彈簧翹曲式調(diào)控路基對流換熱的方法。

為解決上述問題，本發(fā)明所述的一種彈簧翹曲式調(diào)控路基對流換熱的方法，其特征在于：該方法是指首先將軸心桿固定于通風管管壁之上，并將轉(zhuǎn)軸套管套接在所述軸心桿上；然后將風門固定于所述轉(zhuǎn)軸套管上；其次在所述軸心桿上設(shè)置限位器，該軸心桿的中心設(shè)置記憶合金；最后通過鏈桿將重力平衡塊固定在風門上。

所述記憶合金是指tini二元系、tini-x三元系、cu基、fe基形狀記憶合金中的一種，其調(diào)控設(shè)定溫度為-10℃~10℃。

所述重力平衡塊是指金屬、石材、混凝土中的一種。

所述鏈桿的長度為10~20cm。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

1、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，僅為記憶合金、重力塊與風門的組合。整體結(jié)構(gòu)簡單，制作便利、安裝和維護方便。

2、穩(wěn)定性高、使用范圍廣。

首先，本發(fā)明全部放置于通風管的內(nèi)部，有效避免外界極端惡劣環(huán)境侵蝕和破壞影響，工作壽命大幅增加；其次，通過記憶合金不同彈力的設(shè)定，以及與不同重力平衡塊的組合，可以根據(jù)使用環(huán)境的風力、溫度等不同極端環(huán)境，可以設(shè)定開啟或關(guān)閉風門扭轉(zhuǎn)力矩的大小，由此增大風門控制單元動作、動力的強度，并增加動作完成后，維持風門所處狀態(tài)的穩(wěn)定性，以避免高原大風產(chǎn)生的不利影響。

3、動作簡便，靈敏性高。

本發(fā)明通過重力平衡塊與記憶合金彈簧之間的扭力變化，直接推動風門開啟或關(guān)閉，動作簡便，由此避免通過中間物質(zhì)轉(zhuǎn)換或動力轉(zhuǎn)換造成的不利影響。同時，記憶合金直接感應(yīng)環(huán)境溫度的變化，動作感應(yīng)單元的靈敏度大幅提高，響應(yīng)時間也由此大幅縮短。

4、對流換熱效能得到提高。

由于調(diào)控風門靈敏度的提高，對于不同季節(jié)條件下、或不同夜晚低溫、或是白天高溫環(huán)境條件，風門也可以及時開啟或關(guān)閉，在最大程度利用冷能的同時，也有效避免相對暖空氣的熱影響。由此，進一步提高通風路基整體的降溫效能。

5、對通風管空氣流動過程影響進一步降低。

由于重力平衡塊主要沿通風管的軸向分布、且橫截面很小，在通風管開啟狀態(tài)下，所占通風管橫截面積比例較其它技術(shù)更小，對通風管空氣流動影響進一步得到有效降低。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細的說明。

圖1為本發(fā)明的側(cè)視圖。

圖2為本發(fā)明的主視圖。

圖中：1—風門2—軸心桿3—轉(zhuǎn)軸套管4—限位器5—記憶合金6—重力平衡塊7—鏈桿。

具體實施方式

如圖1、圖2所示，一種彈簧翹曲式調(diào)控路基對流換熱的方法，該方法是指首先將軸心桿2固定于通風管管壁之上，并將轉(zhuǎn)軸套管3套接在軸心桿2上；然后將風門1固定于轉(zhuǎn)軸套管3上；其次在軸心桿2上設(shè)置限位器4，該軸心桿2的中心設(shè)置記憶合金5；最后通過鏈桿7將重力平衡塊6固定在風門1上。

其中：

記憶合金5是指tini二元系、tini-x三元系、cu基、fe基形狀記憶合金中的一種，其調(diào)控設(shè)定溫度為-10℃~10℃。

重力平衡塊6是指金屬、石材、混凝土中的一種。

鏈桿7的長度為10~20cm。

本發(fā)明工作原理為：

記憶合金5在高于奧氏體（austenite）相變溫度af環(huán)境下，即在高于記憶合金5設(shè)定溫度條件下，記憶合金5具有相對較高的彈性系數(shù)。在低于馬氏體（martenite）相變溫度mf環(huán)境下，即在相對較低溫度環(huán)境條件下記憶合金5具有相對很低的彈性系數(shù)。因此，風門1的開啟或關(guān)閉，主要通過記憶合金5與重力平衡塊6之間的彈力和扭力各自大小進行控制。

風門1的開啟過程。在環(huán)境溫度低于設(shè)定溫度條件下，由于記憶合金5處于馬氏體狀態(tài)，記憶合金5的彈性系數(shù)很低，此時，重力平衡塊6與鏈桿7形成的扭力大于記憶合金5的彈力，在重力平衡塊6的扭力推動下，轉(zhuǎn)達到風門1水平限位器4限制位置，風門1開啟。

風門1關(guān)閉過程。與上述條件相反，在環(huán)境溫度高于設(shè)定條件下，記憶合金5處于奧氏體狀態(tài)，記憶合金5的彈力恢復(fù)，并大于重力平衡塊6扭力，在記憶合金5彈力的推動下，風門1向相反方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)，并旋轉(zhuǎn)達到風門1垂直限位器4限制位置，完成正溫環(huán)境條件下風門1的關(guān)閉。