Расчет термического сопротивления дорожной одежды

Тепловые расчеты для обоснования технических решений при проектировании автомобильных дорог в криолитозоне базируются на определении и выборе заданного термического сопротивления конструктивных слоев дорожной одежды. Целью настоящих исследований являлась количественная оценка возможности использования при расчетах термического сопротивления эквивалентной однослойной (вместо многослойной) конструкции дорожной одежды. Для анализа использовались классические формулы стационарной теплопередачи через плоскую стенку. Получены простые инженерные формулы для оценки относительной процентной ошибки значений термического сопротивления при использовании в расчетах эквивалентного слоя дорожной одежды. В качестве примера рассмотрена двухслойная конструкция дорожной одежды. Введено понятие коэффициента неравенства теплопроводности материалов конструктивных слоев дорожной одежды. Показано, что для достижения ошибки в расчетах меньше допустимой в инженерной практике коэффициент неравенства не должен быть меньше значения 0,52 и больше значения 1,92. Построена и исследована целевая функция допустимой расчетной ошибки на минимум. Результаты численных расчетов представлены в виде 2D- и ЗD-графиков, которые позволяют наглядно оценить влияние диапазона изменения значений коэффициентов теплопроводности материалов конструктивных слоев на правомерность использования эквивалентной однослойной конструкции дорожной одежды при расчетах термического сопротивления.

А.Ф. ГАЛКИН¹, д-р техн. наук, профессор (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
В.Ю. ПАНКОВ², канд. геол.-минер. наук, доцент (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
Е.О. ЖИРКОВА², (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

¹ Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН (677010, г. Якутск, ул. Мерзлотная, 36)
² Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова (677027, г. Якутск, ул. Белинского, 58)

1. Вялов С.С. Реологические основы механики мерзлых грунтов. М.: Высшая школа, 1978. 447 с.
2. Eppelbaum L.V., Kutasov I.M. Well drilling in permafrost regions: Dynamics of the thawed zone // Polar Research. 2019. Vol. 38. 3351. DOI: https://doi.org/10.33265/polar.v38.3351
3. Zhang X., Feng S.G., Chen P.C. Thawing settlement risk of running pipeline in permafrost regions // Oil Gas Storage Transporation. 2013. No. 6, pp. 365–369.
4. Galkin A.F., Pankov V.Yu. Thermal protection of roads in the permafrost zone // Journal of Applied Engineering Science. 2022. Vol. 20. No. 2, pp. 395–399. DOI: 10.5937/jaes0-34379
5. Жирков А.Ф., Железняк М.Н., Шац М.М., Сивцев М.А. Численное моделирование изменения мерзлотных условий взлетно-посадочной полосы аэропорта Олекминск // Маркшейдерия и недропользование. 2021. № 5 (115). С. 22–32.
6. Панков В.Ю., Бурнашева С.Г. Анализ способов защиты автомобильных дорог от негативных криогенных процессов. В сб. Лучшая студенческая статья 2020. МЦНС «Наука и просвещение». 2020. С. 52–55.
7. Шац М.М. Современное состояние городской инфраструктуры г. Якутска и пути повышения ее надежности // Геориск. 2011. № 2. С. 40–46.
8. Сериков С.И., Шац М.М. Морозобойное растрескивание грунтов и его роль в состоянии поверхности и инфраструктуры г. Якутска // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная экология. Урбанистика. 2018. № 1. С. 56–69. DOI: 10.15593/2409-5125/2018.01.04
9. Шестернев Д.М., Литовко А.В. Комплексные исследования по выявлению деформаций на автомобильной дороге «Амур». Материалы докладов XIV Общероссийской научно-практической конференции и выставки «Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации». М.: Геомаркет, 2018. С. 309–314.
10. Железняк М.Н., Шестернев Д.М., Литовко А.В. Проблемы устойчивости автомобильных дорог в криолитозоне. Материалы докладов XIV Общероссийской научно-практической конференции и выставки «Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации». М.: Геомаркет, 2018. С. 223–227.
11. Кондратьев В.Г., Кондратьев С.В. Как защитить федеральную автодорогу «Амур» Чита – Хабаровск от опасных инженерно-геокриологических процессов и явлений // Инженерная геология. 2013. № 5. С. 40–47.
12. Галкин А.Ф., Курта И.В., Панков В.Ю., Потапов А.В. Оценка эффективности использования слоистой конструкции тепловой защиты при строительстве дорог в криолитозоне // Энергобезопасность и энергосбережение. 2020. № 4. С. 24–28.
13. Бессонов И.В., Жуков А.Д., Боброва Е.Ю., Говряков И.С., Горбунова Э.А. Анализ конструктивных решений в зависимости от типа изоляционных материалов в дорожных покрытиях в многолетнемерзлых грунтах // Транспортное строительство. 2022. № 1. С. 14–17. DOI: 10.18635/2071-2219-2020-4-24-28
14. Галкин А.Ф., Железняк М.Н., Жирков А.Ф. Повышение тепловой устойчивости дорожных одежд в криолитозоне // Строительные материалы. 2021. № 7. С. 26–31. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2021-793-7-26-31
15. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. М.: Энергоиздат, 1981. 416 с.
16. Галкин А.Ф. Термическое сопротивление теплозащитного слоя дорожной одежды // Естествен-ные и технические науки. 2021. № 8. С. 97–99.
17. Дульнев Г.И. Теплопроводность влажных пористых материалов // ИТЖ. 1989. Т. 56. № 2.С. 261–291.
18. Оделевский В.И. Расчет обобщенной проводимости гетерогенных систем // Журнал технической физики. 1951. Т. 21. Вып. 6. С. 667–685.
19. Дульнев Г.Н., Заричняк Ю.П. Теплопроводность смесей и композиционных материалов. Л.: Энергия, 1974. 264 с.
20. Galkin А.F., Kurta I.V., Pankov V.Yu. Calculation of thermal conductivity coefficient of thermal insulation mixtures. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 918. 012009. doi:10.1088/1757-899X/918/1/012009