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塑胶运动场地高温温度场及温度应变研究

编辑:王虹|何海峰 单位:武汉体育学院 体育工程信息技术学院|国家体育总局体育工程重点实验室|运动干预与健康促进湖北省协同创新中心

来源:第十届全国体育科学大会发布日期:2015-06-16 11:12:33浏览:221次

随着我国国民生活水平逐步提高,民众对健身的热情亦日益高涨,越来越多的运动场地被建立。许多城市采用塑胶材料作为体育运动场地表面,一方面有助于美化环境,另一方面也可以改善运动条件。现阶段我国塑胶运动场地主要有两种,一种是水泥混凝土材料作为基层材料的塑胶运动场地(水泥基塑胶运动场地),另一种是沥青混凝土材料作为基层材料的塑胶运动场地(沥青基塑胶运动场地)。然而,塑胶运动场地长期置于自然环境中,在使用过程中经受各种气候环境影响,易出现因整个塑胶运动场地自上而下温度场分布不均匀而引发塑胶面层开裂、鼓包等,这些病害既影响塑胶运动场地的整体美观,又削弱了其使用寿命。已有研究主要针对塑胶面层厚度的选择和施工注意事项进行说明,而对塑胶运动场地病害产生的具体原因从理论角度分析较少。因此,寻求解决塑胶面层与基层开裂、剥离等问题的方法成为体育工程、材料工程、结构工程等多学科领域研究的重要课题。

本文结合传热学理论,针对不同基层(水泥基、沥青基)的塑胶运动场地,采用数值模拟AppANSYS建立合理的数值模型,借助标准气象资料,从温度场到结构场进行分析计算,研究夏季连续高温条件下塑胶运动场地温度及其温度应变变化规律,从理论角度找出塑胶运动场地夏季高温鼓包、开裂等病害产生的具体原因,为有效减少塑胶运动场地表面热破坏、提高其使用寿命提供理论依据,最终为我国体育运动场地、尤其是塑胶运动场地的建设、行业标准的制订等提供理论支撑。

热分析及结构分析研究表明:无论是沥青基塑胶运动场地还是水泥基塑胶运动场地,在经受相同的连续7天高温的气候环境下,二者自上而下的温度场分布规律基本相同,在相同位置、相同时刻温度差很小。持续一周的高温使相同位置日相同时刻塑胶层表面温度逐渐增加,经过长期的太阳光辐射,塑胶面层老化会越来越严重,最终造成塑胶面层的疲劳寿命降低。可考虑在塑胶面层材料中添加抗老化剂,以减少塑胶面层受外界环境影响造成使用性能降低;持续一周的高温使相同位置日相同时刻塑胶层的正温度梯度逐渐减小,负温度梯度绝对值逐渐增加,最终易造成塑胶面层温差变化大,产生开裂或变形情况;高温环境下,水泥基塑胶运动场地塑胶层上下温度应变差明显高于沥青基塑胶运动场地,其最高可超过12.8%,充分说明采用水泥混凝土作为基层材料的塑胶运动场地抗变形能力明显低于采用沥青混凝土作为基层材料的塑胶运动场地,尤其在雨后基层中存在大量水气时,塑胶层表面和底面温度应变相差越大,越易产生变形,当水气蒸发时,塑胶层更易鼓包,因此,沥青基塑胶运动场地优于水泥基塑胶运动场地。


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