行车荷载与温度综合作用下沥青路面疲劳损伤分析

沥青混合料的劲度模量是温度与荷载作用时间的函数,沥青路面疲劳损伤不仅与行车荷载的反复作用有关,而且需要考虑温度因素的影响。文中采用沥青结构层温度场预估模型和疲劳寿命预测方程,结合沥青混合料劲度模量和Miner疲劳损伤累积定律,预估并分析行车荷载与温度综合作用下沥青路面的疲劳损伤,进而对不同的行车荷载与温度组合作用下沥青路面疲劳损伤的结果进行比较。结果表明:温度对沥青结构层的疲劳损伤有较大的影响,随着温度的升高,沥青混合料劲度模量减小,沥青结构层的疲劳损伤增加;行车荷载与温度综合作用下沥青路面疲劳损伤比仅考虑行车荷载作用下沥青路面疲劳损伤增加30%~40%;考虑温度作用时,重载车辆对沥青路面疲劳损伤的影响更大。     

长寿命路面沥青混合料疲劳极限研究

在分析常规应变条件下沥青混合料疲劳破坏发展的基础上,改进了AASHTO T321中所推荐的疲劳寿命计算方法,根据混合料劲度模量的变化规律,将疲劳破坏过程分为3个阶段,以第2个阶段的试验数据推算低应变条件下试件的疲劳寿命,并通过测试不同低应变水平下沥青混合料的疲劳性能,得出了山东省滨州地区长寿命路面沥青混合料的疲劳极限.结果表明:在低应变条件下,沥青混合料疲劳极限和应变水平仍符合幂函数疲劳方程.     

沥青混合料疲劳-蠕变交互作用损伤模型

为了研究沥青混合料在重复荷载作用下的疲劳特性并描述疲劳-蠕变损伤效应共同作用的过程,考虑沥青混合料具有的动态性质,从粘弹性损伤力学基本理论出发,基于应变等效假设,采用复数模量定义了损伤变量。通过分析沥青混合料在周期荷载作用下的损伤变化规律,运用疲劳-蠕变耦合损伤理论,建立了疲劳-蠕变损伤效应共同作用时的损伤演化方程,提出了体现温度及应力影响的损伤模型和疲劳寿命预测模型,并对损伤模型进行了分析。研究结果表明:构建的损伤模型满足热力学准则和物理条件;沥青混合料疲劳失效是由疲劳-蠕变损伤效应共同影响所致;利用提出的疲劳模型可以更好地预测不同温度和应力条件下的沥青混合料疲劳寿命。     

钢桥面铺装材料疲劳性能研究

针对钢桥面铺装层容易出现疲劳开裂与车辙破坏的特点,提出采用4种有代表性的铺装层沥青混合料,通过应变控制模式下的四点弯曲疲劳试验方法,研究其疲劳特性以提高钢桥面铺装层的抗疲劳耐久特性和高温稳定性。通过多个应变水平下的疲劳试验,分析了沥青混合料劲度模量与改性沥青品质、疲劳寿命、滞后角的关系,验证了疲劳寿命与累积耗散能在双对数坐标下的线性关系,得出不同改性沥青混合料的疲劳曲线和疲劳方程。不同的铺装层材料很难建立相同的疲劳预测模型,只能根据直接的疲劳试验获得混合料的抗疲劳耐久特性。     

乳化沥青冷再生混合料疲劳性能研究

采用目前工程上常用的两档沥青路面铣刨旧料对RAP掺量为80％和100％的乳化沥青冷再生混合料进行材料组成设计.通过击实试验和劈裂试验分别确定其最佳流体含量和最佳乳化量用量.在配合比设计基础上采用控制应变加载模式对乳化沥青冷再生混合料疲劳性能进行试验研究,确定了加载较为合理的应变水平,即300,250,200με和150με.试验结果表明,在应变水平较高时,两种RAP掺量下乳化沥青冷再生混合料能承受有限的荷载作用次数,当应变水平降低到150 μe时,两种RAP掺量混合料在150万次荷载作用下仍未破坏,采用劲度模量与荷载作用次数预估的方法确定了疲劳寿命.通过对4种应变水平-荷载作用次数进行疲劳曲线拟合,提出两种RAP掺量下乳化沥青冷再生混合料的应变控制指标.     

基于耗散能评价沥青混合料的疲劳性能

疲劳开裂是由交通荷载重复作用而导致破坏累积的过程,是沥青路面结构破坏的一种主要形式.弯曲疲劳发生的典型模式是:水平拉应变造成沥青混凝土层底部的微裂缝,然后经由重复荷载作用致使微裂缝向上发展,最终导致路面破坏.常用的沥青路面疲劳特性的研究方法有现象学法、断裂力学法和耗散能法.为用不同的耗散能统计指标评价混合料的抗疲劳性能,在不同的加载条件和作用环境下进行两点梁弯曲试验,同时研究了混合料的一些特性,包括劲度模量、耗散能、疲劳寿命和愈合效果.     

交联聚乙烯改性沥青混合料弯拉疲劳性能研究

通过四点弯曲弯拉疲劳试验,对不同交联聚乙烯掺量的改性沥青混合料在温度、应力比、加载频率等因素影响下的疲劳性能进行研究。结果表明,适量的交联聚乙烯改性剂可改善沥青混合料的疲劳性能,其最佳掺量为5%;交联聚乙烯改性沥青混合料的弯拉强度、疲劳寿命和劲度模量随着温度的升高而降低;随着应力比的增大,疲劳寿命逐渐降低,劲度模量逐渐增大;荷载频率对交联聚乙烯改性沥青路面疲劳性能的影响较大,低频率比高频率更容易产生疲劳破坏。     

浇筑式沥青混合料疲劳性能影响因素分析

浇筑式(GA)沥青混合料的抗疲劳特性对桥面铺装结构的使用寿命有重要影响。文中通过四点弯曲疲劳试验,分析沥青类型、油石比、应变水平及拌和温度等因素对GA沥青混合料劲度模量、加载次数、滞后角的影响。结果显示,随沥青结合料用量的增加,GA沥青混合料的劲度模量呈下降趋势,破坏时的疲劳加载次数和滞后角呈增加趋势;随应变水平的增加,劲度模量和疲劳加载次数呈下降趋势;随拌和温度的升高,GA沥青混合料的劲度模量呈增加趋势、滞后角呈下降趋势,180～240℃时温度变化对滞后角的影响显著,240～260℃时滞后角变化较平缓;合理调整最佳沥青用量或控制拌和温度,能降低或避免GA沥青混合料老化问题,提高桥面铺装结构的整体刚度,延长其使用寿命。     

沥青混合料疲劳响应模型试验研究

首先总结分析了沥青混合料不同疲劳试验方法的特点、两种疲劳试验控制模式的适用范围,建议采用应力控制模式的间接拉伸疲劳试验方法。然后分析了不同试验因素的影响,选定了加载波型,确定了疲劳试验的应力比水平、频率及温度等试验参数的范围。采用旋转压实成型方法,对3种沥青混合料进行试件成型。分别考虑3种空隙率水平,应用均匀试验设计方法,进行了不同温度、频率、应力比水平下的间接拉伸疲劳试验,对试验结果进行了显著性分析,并应用多元线性回归方法,得到了适用于不同荷载条件下基于温度、频率、沥青饱和度、初始应变及初始劲度模量的沥青混合料疲劳模型。与国外疲劳模型进行了对比分析,表明得到的疲劳模型具有较好的比对性,可用于沥青混合料疲劳寿命的预估。     

聚合物纤维加筋沥青混合料疲劳特性的研究

在MTS上采用应变控制模式和中点加载方式的小梁弯曲疲劳试验方法,研究了不同沥青用量、纤维掺量和应变水平条件下聚合物纤维加筋沥青混合料的弯曲疲劳特性及其变化规律;根据试验结果提出了基于疲劳寿命下的最佳聚合物纤维掺量,建立了以拉应变、混合料的初始劲度、体积参数VFA和纤维掺量为参数的聚合物纤维加筋沥青混合料疲劳性能模型.结果表明,沥青混合料的疲劳寿命随着聚合物纤维掺量的增加而延长,但当掺量过大时疲劳寿命反而可能有所下降.通过多元线性回归分析表明,含纤维掺量参数的新模型的精度比其他疲劳模型得到了明显提高.     

泡沫沥青冷再生混合料疲劳特性及其长寿命冷再生沥青路面结构优化

为了研究新旧沥青长期融合作用下泡沫沥青冷再生混合料的抗疲劳耐久性,采用4点弯曲疲劳试验,对80％、100％的RAP泡沫沥青冷再生混合料进行了低应变水平下的疲劳试验,分析RAP、再生剂、模拟服役时间对泡沫沥青冷再生混合料疲劳性能的影响规律,拟合回归了泡沫沥青冷再生混合料的疲劳方程,确定了泡沫沥青冷再生混合料的疲劳极限应变,进而优化了长寿命泡沫冷再生沥青路面结构.结果 表明:添加再生剂对泡沫沥青冷再生混合料的力学性能、路用性能和抗疲劳性能有显著增强作用;增大荷载应变水平显著降低了泡沫沥青冷再生混合料的疲劳寿命,泡沫沥青冷再生混合料疲劳寿命对应变水平变化极为敏感,增大RAP掺量或添加再生剂均能改善冷再生混合料的抗疲劳性能;室内放置期间,泡沫沥青冷再生混合料疲劳寿命同样存在增长过程;将泡沫沥青冷再生混合料中的RAP仅作为黑色集料,低估了泡沫沥青冷再生混合料的抗疲劳性能.推荐泡沫沥青冷再生混合料的疲劳极限应变为100με.在此应变水平下,泡沫沥青冷再生路面满足长寿命沥青路面抗疲劳性能要求.     

SMA沥青混凝土断裂与疲劳性能试验研究

主要分析SMA沥青混凝土的断裂与疲劳性能.采用小梁三点弯曲试验分析不同温度(-10～60℃)对SMA沥青混凝土弯曲强度、最大弯曲应变、弯曲劲度模量和断裂应变能密度的影响,同时采用小梁四点弯曲试验研究其疲劳性能.试验结果表明SMA沥青混凝土各项力学性能呈明显的温度依赖性,其疲劳寿命可采用典型的沥青混合料疲劳模型进行预估,...     

考虑自愈合补偿的多种沥青混合料疲劳性能比较

为给疲劳优先工况条件下的抗裂沥青混合料设计及改性剂选择提供参考,通过选定相同的沥青用量,采用小梁疲劳试验机研究了11种不同沥青混合料在考虑了自愈合补偿后的疲劳性能.采用50％初始劲度模量降低疲劳寿命Nf50评价基质沥青混合料疲劳性能,采用归一化劲度次数积疲劳寿命NfNM评价改性沥青混合料的疲劳性能.研究结果表明:当未考虑自愈合时,11种沥青混合料中SBS-AC13疲劳性能最好,当考虑自愈合后,仍是SBS-AC13疲劳性能最好;橡胶沥青混合料ARAC-13自愈合能力最好;疲劳自愈合能力与空隙率、级配都呈很好的相关性.     

动态回弹模量滞回曲线形态参数研究

动态回弹模量的滞回曲线是动态加载作用下混合料的荷载和变形曲线,可反映沥青混合料内部应力应变状态随荷载和温度等的演变规律。基于黏弹理论可确定滞回曲线的3种形态参数:长轴斜率k、椭圆离心率e、滞回曲线面积S,分别表征沥青混合料的动态回弹模量、黏滞性及耗散能。并由此进行不同温度、荷载的动态回弹模量试验,结果发现:随温度升高SBS与70#沥青混合料形态参数存在较大差异,且其变化曲线均在15~20℃出现明显拐点;随荷载级位变大k,S呈一定的变化规律但e值基本不变。表明:(1)相对级配而言,沥青品质对混合料性能影响更大,而黏滞性与荷载大小无关;(2)在15~20℃间沥青混合料的力学性能差异较大,对温度的敏感性较高;(3)不同的滞回曲线形态参数取值体现了沥青混合料间的性能差异,可以采用3种形态参数对沥青混合料的黏滞性、耐疲劳性等基本力学性能进行评价。最后,基于试验曲线的变化规律,建立了回弹模量的应力依赖性模型,可反映不同应力水平条件下沥青混合料的响应行为,且预测结果较接近真实状态;基于Miner线性损伤准则,推导了变荷载累积耗散能预估方程,并建立了基于能量耗散理论的疲劳方程,可以通过动态模量试验得到的形态参数S对混合料疲劳性能进行预测。     

超薄磨耗层沥青混凝土力学特性与疲劳性能研究

该文研究了级配类型和集料种类对超薄层沥青混凝土力学特性与疲劳性能的影响.研究结果表明,密实型级配类型或石灰岩作为细集料均能显著改善沥青混合料的力学性能,提高超薄层沥青混合料的抗压强度、劈裂强度和破坏劲度模量;超薄层沥青混合料的动态模量均大于普通沥青混合料,有利于提高沥青混合料抵抗永久变形的能力;普通沥青混合料的疲劳方程适合于描述超薄层沥青混合料的疲劳寿命与应力的关系,SAC-10(完断)级配的沥青混合料的疲劳寿命在相同的应力强度比下始终最大.     

硬质沥青混合料动态间接拉伸试验研究

基于动态测定方法确定的沥青混合料的参数能真实反映沥青混合料对运动车辆荷载的响应,并能正确表现沥青混合料本身的粘弹性性质等优点,利用英国Cooper NU-14多功能沥青材料试验机测定了30^#硬质沥青混合料的动态间接拉伸劲度模量,对试验结果进行了二元方差分析及非线性拟合,分析了级配、油石比、结合料类型和试验温度对动态间接拉伸试验的影响。结果表明：30^#硬质沥青混合料具有很高的动态间接拉伸劲度模量,用于沥青路面的下面层可减小其底面的拉应变;级配、油石比、试验温度和沥青针入度均对沥青混合料的动态间接拉伸劲度模量有显著的影响。     

德国沥青路面温度场的预估模型及应用

介绍了目前在德国沥青路面设计中所采用的温度场预估模型及其最新发展,分析了沥青路面温度场预估模型的影响因素.并且通过沥青层温度场的预估模型、温度与沥青混合料劲度模量的关系、沥青层弯拉疲劳方程和Miner疲劳损伤累积定理,阐述了温度场在沥青路面设计中的应用.     

环氧沥青混合料疲劳衰变特性试验

为获取钢桥面铺装环氧沥青混合料的疲劳衰变特性,首先基于正交异性桥面板-铺装层组成的复合结构模型,计算出标准胎压、超载50％以及超载100％胎压作用下铺装层的最大拉应变,作为疲劳试验应变水平的选取标准;然后,采用小梁四点弯曲疲劳试验对3组不同温度和不同应变条件下的环氧沥青混合料疲劳性能进行测试;最后,利用威布尔公式对不同温度与应变条件下的环氧沥青混合料疲劳寿命与疲劳裂纹扩展时的作用次数进行预测.结果表明:环氧沥青混合料初始模量大小仅与温度相关,与应变水平无关;在10℃和20℃时,1.38 MPa以下胎压以及30℃时0.7 MPa胎压作用500万次均不发生疲劳破坏;30℃时,1.1 MPa和1.38 MPa胎压分别作用66 833次和35 480次出现疲劳损坏现象;相同应变作用下,试验温度越低,小梁疲劳破坏越快;环氧沥青混合料疲劳曲线可明显分为试验设备稳定、疲劳裂缝启裂、疲劳裂缝扩展3个阶段.研究结果可为环氧沥青混合料铺装疲劳寿命预估以及预防性养护提供理论依据.     

再生沥青混合料路用性能研究

针对AC-25型再生沥青混合料和新拌沥青混合料,通过劈裂强度试验、间接拉伸试验和三轴重复荷载试验对比分析了掺加30%旧料的再生沥青混合料与新拌沥青混合料的路用性能。研究结果表明:在相同温度时,再生沥青混合料的劈裂强度和劲度模量均比新拌沥青混合料要大,水平变形略低。依据间接拉伸疲劳试验,新拌AC-25型沥青混合料的疲劳性能要优于再生AC-25型沥青混合料。建立了新拌和再生AC-25型沥青混合料的应力疲劳方程和应变疲劳方程,其拟合相关系数之平方均大于0.91,相关性较好。在温度60℃、相同应力水平下,再生AC-25沥青混合料的永久应变小于新拌AC-25型沥青混合料,再生沥青混合料的抗永久变形性能优于新拌沥青混合料。建立了新拌和再生AC-25型沥青混合料在重复荷载作用下的黏弹性力学模型,相关系数达0.99。     

基于温度与应变参数的沥青混合料动态模量依赖模型研究

为客观表征沥青混合料的非线性黏弹性及其温度、荷载依赖性,采用法国梯形梁试验仪开展了不同应变水平、不同温度、不同加载频率下的沥青混合料二点弯拉动态模量试验。通过引入非线性算子的方法,提出了基于温度与应变参数的沥青混合料动态模量依赖模型构建方法,建立了沥青混合料动态模量主曲面表达式,利用相关系数检验和方差分析方法评价了动态模量依赖模型的可靠性。结果表明:以足尺环道沥青混合料为基础开展的梯形梁二点弯拉试验,0℃时动态模量变异系数均值约为2.5%,45℃时动态模量变异系数均值约为6.2%,10个试验温度下动态模量变异系数均值约为4%,试验方法变异水平低、误差小,具有十分良好的平行性和可靠性;所建立的基于温度与应变参数的动态模量依赖模型表达式,决定系数R~2能够达到0.99以上,F检验的P值为0,模型对试验结果的拟合效果良好,动态模量与温度、应变水平之间具有十分显著的相关性;可采用该模型描述沥青混合料弯拉动态模量,并将沥青混合料动态模量的描述模型由主曲线转变为主曲面。在路面结构分析中使用该模型,能够更加客观地反映实际路面中的非线性响应现象,有效避免了结构分析中由于模量取值不合理,所造成的计算结果失真等问题。