(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210732371.3 (22)申请日 2022.06.24 (71)申请人 吉林大学 地址 130012 吉林省长 春市前进大街269 9 号 (72)发明人 魏海斌　马子鹏　韩栓业　蒋博宇　 魏东升　陈锦浩　 (74)专利代理 机构 深圳市洪荒之力专利代理有 限公司 4 4541 专利代理师 庄露露 (51)Int.Cl. G01N 33/42(2006.01) G01D 21/02(2006.01) G06F 30/23(2020.01) (54)发明名称 一种电加热融雪路面结构性能感知模型及 其解析方法 (57)摘要 本发明公开了一种电加热融雪路面结构性 能感知模型及其解析方法， 属于电加热融雪路面 感知技术领域， 所述模型包括融雪路面结构性能 网格化感知体系和 融雪路面结构全尺寸有 限元 模型， 所述融雪路面结构性能网格化感知体系包 括建立感知单元和感知单元网格化， 建立感知单 元包括在路面内部布设用于实时采集路面温度 场的温度传感器， 并在路面内部布设沥青应变 计、 位移计以及土压力盒， 具有 提高感知 精度、 提 高感知准确性 以及便于判断路面结构性能的状 态变化， 所述方法提供了 路面结构安全分析的准 确判断依据， 可以对融雪 路面进行及时的养护维 修， 提高融雪路面 服役性能的连续 性。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 115219701 A 2022.10.21 CN 115219701 A 1.一种电加热融雪路面结构性能感知模型， 其特征在于， 所述模型包括融雪路面结构 性能网格化感知体系和融雪路面结构全尺寸有限元模型， 所述融雪路面结构性能网格化感 知体系包括建立感知单 元和感知单 元网格化。 2.根据权利要求1所述的电加热融雪路面结构性能感知模型， 其特征在于， 所述建立感 知单元包括在路面内部布设用于实时采集路面温度场的温度传感器， 并在路面内部布设沥 青应变计、 位移计以及土压力盒， 以实时采集车辆荷载作用下的融雪路面结构力学性能， 其 中， 具体采集参数为沥青层层底拉应变N1、 沥青层永久变形量R1以及路基顶面竖向压应变 λ1； 所述感知单元网格化包括根据道路的宽度与长度进行网格化划分， 将独立感知单元形 成网状。 3.根据权利要求2所述的电加热融雪路面结构性能感知模型， 其特征在于， 所述感知单 元由6个热电偶温度传感器、 2个沥青应变计、 2个位移计以及2个土压力盒组成， 共埋设于三 个横断面且横断面间距为0.5 m， 其中， 温度传感器埋设位置 分别为行车道中心 面层顶部、 中 间和底部以及行 车道侧面 面层顶部、 中间和底部， 土 压力盒埋设在 荷载作用位置基层顶部 。 4.根据权利要求3所述的电加热融雪路面结构性能感知模型， 其特征在于， 所述感知单 元纵向间距 为2m， 横向间距为中央分 隔带距离， 网格化总单元埋设密度根据路段重要性、 感 知精度以及经济性进 行选取， 网格化总单元采集频率为每1个月一次， 记录每次采集感知参 数沥青层层底拉应变N1、 沥青层永久变形量R1以及路基顶面竖向压应变λ1的最不利值作为 此次融雪路面结构性能感知结果， 同时采集记录融雪路面在融雪过程中温度场的变化作为 附加的热荷载。 5.根据权利要求2所述的电加热融雪路面结构性能感知模型， 其特征在于， 所述融雪路 面结构全尺寸有限元模型包括： S1、 融雪路面结构模型尺寸确定， 根据文献参考及计算经验， 路面结构横向尺寸按照实 际道路宽度设定， 其中， 纵向尺寸 不小于5m， 整体厚度不小于 5m； S2、 路面结构材料参数选取， 路面结构各层材料采用线弹性模型来模拟， 对应的材料表 征参数分别为弹性模量、 泊松比、 热膨胀系数以及导热系数； S3、 模型边界条件， 路面结构底部限制X、 Y、 Z三个方向位移， 左右两侧面限制Y方向的位 移， 前后两侧面限制X 方向的位移； S4、 荷载选取， 根据道路实际作用车辆， 按照规范要求测量车轮作用面积S以及接地压 强P。 6.根据权利要求5所述的电加热融雪路面结构性能感知模型， 其特征在于， 根据网格化 感知体系在行车荷 载作用下的网格化感知得到的沥青层层底拉应变N1、 沥青层永久变形量 R1以及路基顶面竖向压应变λ1结果进行反演修正有限元模型弹性模量和泊松比参数， 并根 据网格化感知体系在主动加热融雪时， 感知路面结构温度场变化结果进行反演， 修正有限 元模型导热系 数参数， 确保模型感知参数求解的正确 性， 根据道路融雪实时感知的路面温 度场以及车辆荷载分别进 行有限元模型热荷载以及热力耦合荷载求解， 获得主动加热热荷 载作用下的路面结构沥青层层底拉应变N2、 沥青层永久变形量 R2、 路基顶面竖向压应变 λ2的 最不利解以及热力耦合荷载作用下的路面 结构沥青层层底拉应变 N3、 沥青层永 久变形量R3、 路基顶面竖向压应 变 λ3的最不利解。 7.一种如权利要求1 ‑6任一所述的 电加热融雪路面结构性网格化感知的解析方法， 其权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115219701 A 2特征在于， 所述方法包括以下步骤： a1、 根据JTG  D50‑2017公路沥青路面设计规范要求， 按照以下公式分别计算沥青层层 底容许拉应 变[Na]、 沥青层容许永久变形量[Ra]以及路基顶面 容许竖向压应 变[ λa]： [ λa]＝1.25×104‑0.1β(kT3Ne4)‑0.21            (3)； a2、 根据每次采集得到的行车荷载作用下融雪路面结构性能感知参数N1、 R1、 λ1的最不 利结果以及全尺寸有限元模型在热荷载和热力耦合作用下求解得到的感知参数N2、 N3、 R2、 R3、 λ2和 λ3的最不利结果作为感知融雪路面结构性能变化的判断依据； a3、 在道路服役期内， 融雪路面结构性能变化具体判断条件如下： ①沥青层层底拉应 变Max{N1、 N2、 N3}≤[Na]， ②沥青层永久变形量Max{R1、 R2、 R3}≤[Ra]， ③路基顶面竖向压应 变Max{ λ1、 λ2、 λ3}≤[ λa]， 如果以上三个条件同时满足， 此时说明 融雪路面结构性能良好； 如果以上有一个条件不满足， 此时说明 融雪路面结构性能下降， 有 小概率出现病害； 如果以上有两个条件不满足， 此时说明 融雪路面结构性能下降， 有较大概 率出现病害； 如果以上三个条件都不满足， 此时说明融雪路面结构性 能已经不 能满足基本的服役性 能了， 道路可能已经 出现病害。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115219701 A 3