本發(fā)明涉及一種多功能融冰雪路面試驗(yàn)裝置及評(píng)價(jià)方法，更具體地說(shuō)是一種用于模擬不同工況條件、不同路面結(jié)構(gòu)、采用電熱法或熱流體法等不同融冰雪方式的融冰雪過(guò)程，并進(jìn)一步獲得融冰雪效率、速率與路面疲勞壽命，進(jìn)而對(duì)融冰雪路面方案進(jìn)行評(píng)價(jià)。

背景技術(shù)：
道路積雪結(jié)冰嚴(yán)重威脅著交通安全。常用的采用人力以及機(jī)械設(shè)備的除冰雪方法，其耗費(fèi)人力物力巨大；采用融冰雪路面可以快速地消除路面冰雪，較為典型的為電加熱或流體加熱型融冰雪路面，是在水泥混凝土中預(yù)埋加熱器件，以電加熱或流體加熱的方式給水泥混凝土路面加熱，混凝土導(dǎo)熱快、比熱容大、蓄熱能力強(qiáng)，使融冰雪效果有一定的保障。不同的環(huán)境條件、路面結(jié)構(gòu)、加熱功率或流體溫度對(duì)于融冰雪路面的融冰雪效果的影響是不同的，并決定著融冰雪路面的融冰雪負(fù)荷能力。現(xiàn)有技術(shù)中的一些試驗(yàn)裝置功能單一，針對(duì)不同的環(huán)境條件、路面結(jié)構(gòu)、加熱功率或流體溫度等不能進(jìn)行簡(jiǎn)單有效的比對(duì)試驗(yàn)，極大地限制了融冰雪路面的具體應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，提供一種多功能融冰雪路面試驗(yàn)裝置及評(píng)價(jià)方法，以期能夠針對(duì)不同的工況條件、路面結(jié)構(gòu)，以及不同的融雪化冰方式進(jìn)行融雪化冰過(guò)程的模擬試驗(yàn)，進(jìn)而獲得融冰雪效率、速率以及融冰雪路面的疲勞壽命，對(duì)于融冰雪路面方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，以使融冰雪路面能夠得到更好的應(yīng)用。本發(fā)明為解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案：本發(fā)明多功能融冰/雪路面試驗(yàn)裝置的特點(diǎn)是：設(shè)置用于構(gòu)建試驗(yàn)環(huán)境的密閉的箱體；在所述箱體的內(nèi)部設(shè)置試驗(yàn)平臺(tái)，被測(cè)試件放置在所述試驗(yàn)平臺(tái)上，在被測(cè)試件的表面覆蓋一層導(dǎo)熱布，在導(dǎo)熱布上放置冰/雪槽；呈傾斜的加冰/雪管道的低端處在冰/雪槽的上方，用于向冰/雪槽中投冰/雪，所述加冰/雪管道的另一端貫穿箱體側(cè)壁突伸在箱體的外部；在所述箱體的內(nèi)壁上分別固定設(shè)置有溫度計(jì)、風(fēng)扇以及照明裝置；所述箱體的外部配置包括制冷單元、量筒和PLC控制器，利用所述制冷單元為箱體提供冷量，使得在箱體中獲得設(shè)定的環(huán)境溫度；帶有稱重器的量筒位于箱體一側(cè)；所述量筒通過(guò)排水管與試驗(yàn)平臺(tái)上的排水口相連通，用于收集箱體中融冰/雪水，并計(jì)量融冰/雪的水量；所述PLC控制器用于控制風(fēng)扇、照明裝置以及通過(guò)設(shè)置在箱體側(cè)壁上的接線端口與被測(cè)試件中的電器元件電連接；用于模擬融冰/雪路面的被測(cè)試件分層設(shè)置為：位于底部的下層路面層、位于中部的中部加熱層和位于頂面的上層路面層；所述中部加熱層為混凝土預(yù)制件，在其中成陣列分布各孔道，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應(yīng)變片；在設(shè)定位置的孔道中置入加熱元件形成加熱孔，在所述加熱元件的表面設(shè)置溫度傳感器；在未置入有加熱元件的孔道中置入混凝土棒將孔道填實(shí)，所述混凝土棒與所述中部加熱層屬于熱、力學(xué)性能相同的同質(zhì)材料。本發(fā)明多功能融冰/雪路面試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于：所述試驗(yàn)平臺(tái)設(shè)置為具有底部平臺(tái)和兩側(cè)壁板的通槽結(jié)構(gòu)，在所述被測(cè)試件兩側(cè)和底部粘貼有隔熱板。利用本發(fā)明中多功能融冰/雪路面試驗(yàn)裝置進(jìn)行路面的融冰/雪試驗(yàn)方法的特點(diǎn)是按如下過(guò)程進(jìn)行：步驟一、根據(jù)融冰/雪路面中加熱元件設(shè)定的間距d和埋深h，在中部加熱層上的對(duì)應(yīng)位置孔道中置入加熱元件，在未置入有加熱元件的孔道中置入混凝土棒將孔道填實(shí)；步驟二、將由下層路面層、中部加熱層和上層路面層疊放構(gòu)成的被測(cè)試件在兩側(cè)和底部粘貼隔熱板后放置在試驗(yàn)平臺(tái)上，在被測(cè)試件上覆蓋導(dǎo)熱布，冰/雪槽放置在導(dǎo)熱布上，將被測(cè)試件中電連接導(dǎo)線與PLC控制器相連接；步驟三、利用PLC控制器控制風(fēng)扇和照明裝置模擬相應(yīng)的風(fēng)速和光照條件；步驟四、啟動(dòng)制冷裝置，在由溫度計(jì)測(cè)得的箱體內(nèi)溫度達(dá)到試驗(yàn)所需環(huán)境溫度T時(shí)，通過(guò)加冰/雪管道向冰/雪槽中投入設(shè)定質(zhì)量的冰/雪；由PLC控制器控制加熱元件開(kāi)始加熱，直至冰/雪槽中的冰/雪融化完畢，加熱元件停止加熱，完成融冰/雪過(guò)程；步驟五、分別記錄完成融冰/雪過(guò)程中的各檢測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算獲得融冰/雪路面的融冰/雪效率η，以及融冰/雪路面的融冰/雪速率v。本發(fā)明融冰/雪試驗(yàn)方法的特點(diǎn)也在于：所述檢測(cè)數(shù)據(jù)為：由溫度傳感器檢測(cè)獲得加熱元件開(kāi)始加熱時(shí)的起始溫度T1和停止加熱時(shí)的結(jié)束溫度T2；加熱元件自開(kāi)始加熱至停止加熱的加熱時(shí)長(zhǎng)t，融冰/雪過(guò)程中所有應(yīng)變片檢測(cè)獲得的應(yīng)變值中的最大應(yīng)變值εmax和最小應(yīng)變值εmin，由稱重器(15)測(cè)得的完成融冰/雪過(guò)程時(shí)量筒中的融冰/雪質(zhì)量M；令：冰/雪的比熱容為c，冰/雪的溶解熱為q；則：完成融冰/雪過(guò)程所吸收的熱量Q為：Q＝c×M×t+M×q若加熱元件是電阻值為R的電加熱元件，電加熱元件的端電壓為U；則電加熱元件在完成融冰/雪的過(guò)程中產(chǎn)生的熱量W為：W＝P×t，P＝U2/R；若加熱元件為流體加熱器件，流體加熱器件中熱流體的質(zhì)量為m，熱流體比熱容為c′，則流體加熱器件產(chǎn)生的熱量W為：W＝mc′(T1-T2)；依此則有：融冰/雪效率η為：η＝Q/W×100％；融冰/雪速率v為：v＝M/t。本發(fā)明利用對(duì)融冰/雪路面進(jìn)行疲勞壽命預(yù)估的方法的特點(diǎn)是按如下過(guò)程進(jìn)行：首先，按照本發(fā)明中融冰/雪試驗(yàn)方法，采用有限元軟件模擬不同的試驗(yàn)過(guò)程，建立融冰雪路面損傷變量D與各試驗(yàn)參數(shù)的回歸模型；對(duì)于加熱元件為電加熱元件，所述回歸模型如式(1)：D＝A×d2+B×h+C×P2+F×t2+G×T+H(1)對(duì)于加熱元件為流體加熱器件，所述回歸模型如式(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均為回歸系數(shù)；然后，按照本發(fā)明中融冰/雪試驗(yàn)方法，針對(duì)被測(cè)試件進(jìn)行融冰雪試驗(yàn)，并由式(1)和式(2)計(jì)算獲得損傷變量D；最后，根據(jù)基于損傷力學(xué)的混凝土疲勞損傷模型，利用損傷變量D由如下式(3)獲得融冰/雪路面疲勞壽命N：式(3)中，fc為中部加熱層的混凝土軸心抗壓強(qiáng)度；σmax＝(1-D)Eεmax，σmin＝(1-D)Eεmin；E為中部加熱層的混凝土彈性模量；本發(fā)明疲勞壽命預(yù)估的方法的特點(diǎn)也在于：利用優(yōu)化理論，以所述融冰/雪效率η、融冰/雪速率v，以及融冰/雪路面疲勞壽命N作為優(yōu)化評(píng)價(jià)指標(biāo)，針對(duì)不同的融冰/雪路面進(jìn)行評(píng)價(jià)，判斷最優(yōu)方案。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在：1、本發(fā)明的多功能融冰雪試驗(yàn)裝置能夠模擬電加熱或流體加熱等融冰雪路面，一個(gè)試件可根據(jù)設(shè)定分別以電加熱和流體加熱的不同方式進(jìn)行試驗(yàn)，并能快速調(diào)整加熱元件的埋深和間距，避免多種路面方案需要制作多種試件的弊端，有效減少了時(shí)間和造價(jià)成本。2、本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)不同環(huán)境溫度和風(fēng)速等多種工況條件的耦合，極大地提高了試驗(yàn)過(guò)程的準(zhǔn)確性。3、本發(fā)明試驗(yàn)方法中采用回歸模型計(jì)算損傷變量，相較于傳統(tǒng)溫度荷載疲勞試驗(yàn)需循環(huán)加載至試件破壞，本發(fā)明只需一次加載即可預(yù)估疲勞壽命，大大縮短了融冰雪路面疲勞壽命試驗(yàn)時(shí)間，同時(shí)還避免了長(zhǎng)時(shí)間大循環(huán)下溫度加載試驗(yàn)失敗的問(wèn)題。4、本發(fā)明方法中利用融冰雪效率、融冰雪速率和融冰雪路面疲勞壽命為優(yōu)化指標(biāo)，對(duì)融冰雪路面進(jìn)行評(píng)價(jià)，相較于傳統(tǒng)以融冰雪速率或效率進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，本發(fā)明方法兼顧了熱力學(xué)和力學(xué)壽命特征，更加符合工程實(shí)際要求。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明多功能融冰雪路面試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明在中部加熱層中設(shè)置電加熱器結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明在中部加熱層中設(shè)置流體加熱器結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號(hào)：1箱體、2為PLC控制器，3照明裝置，4溫度計(jì)，5風(fēng)扇，6接線端口，7隔熱板，9試驗(yàn)平臺(tái)，10a下層路面層，10b上層路面層，11中部加熱層，12孔道，13排水管，14量筒，15稱重器，16制冷單元，17加冰/雪管道，18導(dǎo)熱布，19冰/雪，20冰/雪槽，21混凝土棒。具體實(shí)施方式參見(jiàn)圖1，本實(shí)施例中多功能融冰/雪路面試驗(yàn)裝置是設(shè)置用于構(gòu)建試驗(yàn)環(huán)境的密閉的箱體1。在箱體1的內(nèi)部設(shè)置試驗(yàn)平臺(tái)9，被測(cè)試件放置在試驗(yàn)平臺(tái)9上，在被測(cè)試件的表面覆蓋一層導(dǎo)熱布18，在導(dǎo)熱布18上放置冰/雪槽20；呈傾斜的加冰/雪管道17的低端處在冰/雪槽20的上方，用于向冰/雪槽20中投冰/雪19，加冰/雪管道17的另一端貫穿箱體側(cè)壁突伸在箱體1的外部；在箱體1的內(nèi)壁上分別固定設(shè)置有溫度計(jì)4、風(fēng)扇5以及照明裝置3。如圖1所示，在箱體1的外部配置包括制冷單元16、量筒14和PLC控制器2，利用制冷單元...