流体加热融雪道面系统作为一种主动、高效、环保、可控的新型机场道面融雪技术受到学者们的广泛关注。研究人员通过理论模拟、室内外试验观测等手段,探究了道面的融雪性能及影响因素。然而,针对流体加热融雪道面加热过程中的温度应力,以及温度应力与荷载应力共同作用下的道面力学响应缺乏研究,使得流体加热融雪道面在实际应用中的安全性遭受质疑。针对以上问题,本文开发了室内外流体加热融雪道面温度应变监测系统,分析了加热过程中道面温度应变的分布特性,建立了流体加热道面温度应力数值模型并基于试验数据进行了验证,探究了道面温度应力的分布特性,阐明了温度应力与飞机荷载应力的耦合关系,从融雪-力学双目标优化角度确定了合理的流体加热道面系统设计及运行参数,并将研究成果用于指导北京大兴国际机场流体加热道面工程设计和运行。主要内容及成果如下:考虑机场道面结构与地下土壤热源分布,在室内流体加热道面力学性能试验分析基础上,建立了室外足尺流体加热融雪道面及配套监测系统。分析了加热过程中道面温度应变的分布特性,对比了流体加热道面与普通道面的温度应变分布差异,明确了热流的引入对道面温度应变的影响规律,阐明了道面温度与应变的关系。结果表明:流体加热道面温度应变随着加热时间逐渐增大,道面温度应变由管壁沿半径向外部呈圆形扩散。考虑道面温度应变与温度应力的关系,在温度应变试验研究基础上,基于热弹性力学相关原理,建立了瞬态流体加热道面温度应力数值模型,并采用实测数据进行了验证。探究了流体加热道面温度应力在时间域和空间域的分布规律,明确了道面最大温度应力出现的时间、位置。探究了流体升温特性、气象条件、埋管参数和道面材料热物理参数等对道面最大温度应力的影响规律。对比道面最大温度应力和强度,确定了流体加热道面系统的临界运行条件。结果表明:道面最大温度压应力出现在管道壁处,最大温度拉应力出现在管道埋置深度的两管中间位置处。道面温度应力随着时间增加先增大后减小再稳定,最大温度应力出现在加热初期。考虑飞机荷载和温度荷载的共同作用,建立了三维瞬态流体加热道面温度-荷载耦合数值模型,并采用实测数据进行了验证,分析了流体加热道面在飞机荷载和温度荷载共同作用下道面应力的分布特性。探究了飞机荷载作用位置、飞机类型、移动荷载和冲击荷载等对道面耦合应力的影响规律,明确了道面最不利加载荷位。结果表明:飞机荷载和温度荷载同时作用于流体加热道面时,温度荷载产生的应力占主导地位。温度-荷载耦合作用较单纯温度应力作用下流体加热道面最大应力有所增大。最不利的荷载组合形式为温度荷载与B737型飞机冲击荷载作用于板角位置组合。综合考虑流体加热道面力学性能与融雪性能,建立了全工况数据库,基于决策者对两种性能的权重比例,构建了流体加热道面融雪性能与力学性能双目标优化函数,并通过遗传算法进行了优化模型求解,编制了不同气候条件下流体加热道面系统设计参数和运行策略的优化诺谟图。以北京大兴国际机场实际道面结构及气候条件为例,基于优化诺谟图确定了合理的流体加热道面系统设计和运行参数。以上研究以足尺试验和数值模拟方法,揭示了流体加热道面加热过程中温度应力的分布特性,阐明了温度荷载与飞机荷载耦合作用下道面最大应力的变化规律,基于道面融雪性能与力学性能双目标,提出了流体加热道面融雪系统设计和运行的优化方法,为北京大兴国际机场流体道面实际工程应用提供了理论依据和参考。