本發(fā)明涉及一種多功能融冰雪路面試驗裝置及評價方法，更具體地說是一種用于模擬不同工況條件、不同路面結(jié)構、采用電熱法或熱流體法等不同融冰雪方式的融冰雪過程，并進一步獲得融冰雪效率、速率與路面疲勞壽命，進而對融冰雪路面方案進行評價。

背景技術：
道路積雪結(jié)冰嚴重威脅著交通安全。常用的采用人力以及機械設備的除冰雪方法，其耗費人力物力巨大；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，混凝土導熱快、比熱容大、蓄熱能力強，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、加熱功率或流體溫度對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荷能力?，F(xiàn)有技術中的一些試驗裝置功能單一，針對不同的環(huán)境條件、路面結(jié)構、加熱功率或流體溫度等不能進行簡單有效的比對試驗，極大地限制了融冰雪路面的具體應用。

技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術所存在的不足，提供一種多功能融冰雪路面試驗裝置及評價方法，以期能夠針對不同的工況條件、路面結(jié)構，以及不同的融雪化冰方式進行融雪化冰過程的模擬試驗，進而獲得融冰雪效率、速率以及融冰雪路面的疲勞壽命，對于融冰雪路面方案進行評價，以使融冰雪路面能夠得到更好的應用。本發(fā)明為解決技術問題采用如下技術方案：本發(fā)明多功能融冰/雪路面試驗裝置的特點是：設置用于構建試驗環(huán)境的密閉的箱體；在所述箱體的內(nèi)部設置試驗平臺，被測試件放置在所述試驗平臺上，在被測試件的表面覆蓋一層導熱布，在導熱布上放置冰/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)壁上分別固定設置有溫度計、風扇以及照明裝置；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)；所述量筒通過排水管與試驗平臺上的排水口相連通，用于收集箱體中融冰/雪水，并計量融冰/雪的水量；所述PLC控制器用于控制風扇、照明裝置以及通過設置在箱體側(cè)壁上的接線端口與被測試件中的電器元件電連接；用于模擬融冰/雪路面的被測試件分層設置為：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變片；在設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，所述混凝土棒與所述中部加熱層屬于熱、力學性能相同的同質(zhì)材料。本發(fā)明多功能融冰/雪路面試驗裝置的結(jié)構特點也在于：所述試驗平臺設置為具有底部平臺和兩側(cè)壁板的通槽結(jié)構，在所述被測試件兩側(cè)和底部粘貼有隔熱板。利用本發(fā)明中多功能融冰/雪路面試驗裝置進行路面的融冰/雪試驗方法的特點是按如下過程進行：步驟一、根據(jù)融冰/雪路面中加熱元件設定的間距d和埋深h，在中部加熱層上的對應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；步驟二、將由下層路面層、中部加熱層和上層路面層疊放構成的被測試件在兩側(cè)和底部粘貼隔熱板后放置在試驗平臺上，在被測試件上覆蓋導熱布，冰/雪槽放置在導熱布上，將被測試件中電連接導線與PLC控制器相連接；步驟三、利用PLC控制器控制風扇和照明裝置模擬相應的風速和光照條件；步驟四、啟動制冷裝置，在由溫度計測得的箱體內(nèi)溫度達到試驗所需環(huán)境溫度T時，通過加冰/雪管道向冰/雪槽中投入設定質(zhì)量的冰/雪；由PLC控制器控制加熱元件開始加熱，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/雪過程；步驟五、分別記錄完成融冰/雪過程中的各檢測數(shù)據(jù)，通過計算獲得融冰/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/雪試驗方法的特點也在于：所述檢測數(shù)據(jù)為：由溫度傳感器檢測獲得加熱元件開始加熱時的起始溫度T1和停止加熱時的結(jié)束溫度T2；加熱元件自開始加熱至停止加熱的加熱時長t，融冰/雪過程中所有應變片檢測獲得的應變值中的最大應變值εmax和最小應變值εmin，由稱重器(15)測得的完成融冰/雪過程時量筒中的融冰/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)明利用對融冰/雪路面進行疲勞壽命預估的方法的特點是按如下過程進行：首先，按照本發(fā)明中融冰/雪試驗方法，采用有限元軟件模擬不同的試驗過程，建立融冰雪路面損傷變量D與各試驗參數(shù)的回歸模型；對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/雪試驗方法，針對被測試件進行融冰雪試驗，并由式(1)和式(2)計算獲得損傷變量D；最后，根據(jù)基于損傷力學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)明疲勞壽命預估的方法的特點也在于：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)化評價指標，針對不同的融冰/雪路面進行評價，判斷最優(yōu)方案。與已有技術相比，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裝置能夠模擬電加熱或流體加熱等融冰雪路面，一個試件可根據(jù)設定分別以電加熱和流體加熱的不同方式進行試驗，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，有效減少了時間和造價成本。2、本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)不同環(huán)境溫度和風速等多種工況條件的耦合，極大地提高了試驗過程的準確性。3、本發(fā)明試驗方法中采用回歸模型計算損傷變量，相較于傳統(tǒng)溫度荷載疲勞試驗需循環(huán)加載至試件破壞，本發(fā)明只需一次加載即可預估疲勞壽命，大大縮短了融冰雪路面疲勞壽命試驗時間，同時還避免了長時間大循環(huán)下溫度加載試驗失敗的問題。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，對融冰雪路面進行評價，相較于傳統(tǒng)以融冰雪速率或效率進行優(yōu)化設計的方法，本發(fā)明方法兼顧了熱力學和力學壽命特征，更加符合工程實際要求。附圖說明圖1為本發(fā)明多功能融冰雪路面試驗裝置結(jié)構示意圖；圖2為本發(fā)明在中部加熱層中設置電加熱器結(jié)構示意圖；圖3為本發(fā)明在中部加熱層中設置流體加熱器結(jié)構示意圖。圖中標號：1箱體、2為PLC控制器，3照明裝置，4溫度計，5風扇，6接線端口，7隔熱板，9試驗平臺，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導熱布，19冰/雪，20冰/雪槽，21混凝土棒。具體實施方式參見圖1，本實施例中多功能融冰/雪路面試驗裝置是設置用于構建試驗環(huán)境的密閉的箱體1。在箱體1的內(nèi)部設置試驗平臺9，被測試件放置在試驗平臺9上，在被測試件的表面覆蓋一層導熱布18，在導熱布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)壁上分別固定設置有溫度計4、風扇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...